机械加工表面粗糙度的产生原因和影响因素

      在经过机械加工的零件表面上，总会存在很多高低不平的微小峰谷，这些峰谷高低不平的程度就是所谓的零件表面粗糙度。机械加工的表面粗糙度是由于切削分离时的塑性变形、工艺系统的高频振动、刀具与被加工表面的摩擦等原因造成的。对于精密零件，应尽量减少其表面粗糙度，提高零件的表面质量。这也是衡量机械加工质量的一个重要标准。

      机械加工产生表面粗糙的原因

      引起机械加工表面粗糙的主要有以下几个原因：

      首先是残留面积，这是刀具的主切削刃和副切削刃在切削后，残留在已加工表面上的一些尚未被切去的面积。

      其次是鳞刺，有些塑性金属，例如低碳钢、中碳钢、不锈钢、铝合金等，当使用高速钢刀具对其进行低速或中速切削时，就会在加工表面上产生鱼鳞片状的毛刺，被称为鳞刺。产生鳞刺会使零件表面粗糙度激增。

      接下来是积屑瘤，这是在切削过程中，切削屑在切削刃表面上积累形成的。产生积屑瘤时，其突出的部分可能会替代切削刃切入工件，在已加工表面上划一道道出深浅不一的沟纹；而当积屑瘤脱落时，部分积屑瘤碎片可能会粘附在已加工表面上，形成细小毛刺。这两种情况都会造成零件已加工表面粗糙度增大。

      最后还有振动，在切削加工时，工艺系统由于刚性不足，产生周期性振动，这样会在已加工表面上划出条痕或者波纹痕迹，使表面粗糙度值明显增大。

      加工中影响表面粗糙度的因素

      机械加工中，哪些因素会造成残留面积、积屑瘤、鳞刺和振动的产生呢？让我们来看一下：

      第一个因素是切削用量。切削用量包括进给量和切削速度等，其中进给量对残留面积的影响最大，进给量的增加会导致残留面积也随之增加。切削速度对表面粗糙度的影响主要体现在鳞刺和积屑瘤的产生上。当切削对象为塑性金属时，切削速度很低时，不容易产生积屑瘤；而切削速度很高时，有利于减小塑性变形，从而抑制鳞刺的产生。故而，这两种情况都会减小零件表面的粗糙度。而在切削脆性材料时，切削速度的影响较小，因为材料变形小，故表面粗糙度值也减小。

      第二个因素是刀具的几何参数。刀具的几何参数主要包括刀具的刃形和角度等，其中刀尖圆弧半径、主偏角和副偏角对残留面积和振动有较大的影响。通常，在机床刚度足够的前提下，当刀尖圆弧半径增大，而主偏角和副偏角都减小时，表面粗糙度值小。但如果机床的刚度过低，刀尖圆弧半径过大或主偏角过小，反而会因为切削力过大，造成振动，而使表面的粗糙度值增大。

      第三个因素是用于切削的刀具材料。刀具材料不同，刃口圆弧半径的大小和保持锋利的时间都是不同的。有些材料的刀具，如高速钢，能够刃磨得很锋利，但保持的时间较短，所以在低速切削时表面粗糙度较小；而有些材料的刀具，如硬质合金，刃磨后刃口圆弧半径较大，在高速度下切削表面粗糙度值较小。只要根据加工需要，恰当选择合适的刀具材料，就可以减小加工表面的粗糙度。

      第四个因素是工件材料。工件材料的塑性越高，硬度越低，就越容易产生积屑瘤、鳞刺、冷硬等现象，表面粗糙度也就越大。所以，切削高碳钢、中碳钢和调质钢的表面粗糙度比切削低碳钢要小；而切削钢材料工件的表面粗糙度比切削铸铁材料要小。