影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施
影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施
切削用量对表面粗糙度的影响
切削速度的影响
在切削塑性材料时，适当降低切削速度可以有效减小表面粗糙度值。在切削脆性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响较小。切削速度越高，切削力越大，切削温度越高，从而使得工件材料软化，容易产生塑性变形，导致表面粗糙度值增大。
进给量的影响
进给量增大，切削厚度增加，切削力也相应增大，切削过程中工件材料的塑性变形增大，导致表面粗糙度值增大。适当减小进给量，可以减小表面粗糙度值。但进给量过小会导致切削力过小，反而使得表面粗糙度值增大。因此，需要根据工件材料、刀具材料和加工要求等因素选择合适的进给量。
切削深度的影响
切削深度增大，切削力也相应增大，工件材料的塑性变形增大，导致表面粗糙度值增大。在保证刀具和工件不受损伤的前提下，适当减小切削深度可以有效减小表面粗糙度值。同时，切削深度的选择也需要考虑工件材料、刀具材料和加工要求等因素。
刀具几何参数对表面粗糙度的影响
前角的影响
- 前角增大，切削力减小，切削变形减小，切削温度降低，刀具寿命得到提高，从而减小表面粗糙度。
- 前角过大会使切削刃强度降低，散热条件变差，刀具寿命降低，反而会使表面粗糙度增大。因此，需要根据加工材料、切削条件等因素综合考虑前角的选取。
后角的影响
- 后角的主要作用是减少后刀面与加工表面的摩擦，后角增大，摩擦减小，表面粗糙度减小。
- 后角过大会减小切削刃的强度，导致切削刃容易发生崩刃或破损，反而会使表面粗糙度增大。因此，需要根据加工条件和刀具寿命综合考虑后角的选取。
主偏角和副偏角的影响
- 主偏角和副偏角的大小会影响切削力的分配和切削厚度，从而影响表面粗糙度。主偏角和副偏角增大，切削厚度增大，切削力增大，表面粗糙度增大。
- 主偏角和副偏角过小会导致刀尖强度降低，散热条件变差，刀具寿命降低，反而会使表面粗糙度增大。因此，需要根据加工条件综合考虑主偏角和副偏角的选取。
刀具磨损对表面粗糙度的影响
刀具磨损对切削力的影响
随着刀具磨损的增加，切削力通常会增大。这主要是因为刀具磨损导致切削刃变钝，切削刃与工件之间的摩擦增大，切削力也随之增大。这不仅会影响切削过程的稳定性，还可能导致切削热增加，进一步加剧刀具磨损。
刀具磨损对切削温度的影响
刀具磨损会导致切削温度升高。这是由于切削刃变钝导致切削力增大。较大的切削力意味着更大的摩擦，从而产生更多的热量。过高的切削温度可能导致工件表面质量下降和刀具寿命缩短。
刀具磨损对加工表面粗糙度的影响
刀具磨损会导致切削刃变钝，使得切削过程中产生的切屑形状不规则，切削痕迹加深，从而使得加工表面粗糙度增大。此外，过高的切削温度可能导致工件表面烧伤或产生积屑瘤，进一步恶化表面粗糙度。
为了改善由于刀具磨损导致的表面粗糙度问题，可以采取以下措施：
- 选择耐磨性好的刀具材料和涂层技术，以提高刀具寿命和减少磨损。
- 优化切削参数，如切削速度、进给量和切削深度，以降低切削力和减少刀具磨损。
- 采用适当的冷却方法，如切削液，以降低切削温度和减少热量对刀具的影响。
- 定期检查和更换刀具，以确保刀具处于良好状态，从而保证加工表面质量。
工件材料对表面粗糙度的影响
工件材料的硬度对表面粗糙度的影响
硬度过低的工件材料在加工过程中容易产生塑性变形，使得工件表面粗糙度增加。适中的工件硬度可以减小刀具磨损和塑性变形，从而获得较好的表面粗糙度。硬度过高的工件材料在加工过程中容易产生切削热，导致刀具磨损加剧，进而影响表面粗糙度。
工件材料的韧性对表面粗糙度的影响
工件材料的韧性过高会导致切削过程中切屑不易分离，增加表面粗糙度。工件材料的韧性过低则容易产生崩刃和撕裂现象，同样会增加表面粗糙度。选择韧性适中的工件材料可以减小切削过程中的切屑分离难度，降低表面粗糙度。
工件材料的热处理状态对表面粗糙度的影响
经过热处理的工件材料会改变其硬度和韧性，从而影响加工过程中的表面粗糙度。热处理可以使工件材料内部组织更加均匀，减小加工过程中的应力集中和变形，从而获得更好的表面粗糙度。选择合适的热处理工艺和参数可以进一步优化工件材料的性能，提高加工表面的质量。
切削液对表面粗糙度的影响
冷却作用
切削液通过冷却作用降低切削区的温度，减少热变形和热损伤，从而减小表面粗糙度。选择合适的切削液类型和浓度，控制切削液的流量和喷射角度，以实现更好的冷却效果。
润滑作用
切削液在切削刃和工件表面之间形成润滑膜，减少摩擦和粘着，从而减小表面粗糙度。选用具有良好润滑性能的切削液，如添加极压添加剂或纳米颗粒，提高润滑效果。
清洗作用
切削液在切削过程中冲走切屑和磨粒，防止其划伤工件表面，从而减小表面粗糙度。选用具有强清洗能力的切削液，如含有表面活性剂的切削液，提高清洗效果。
改善加工表面粗糙度的措施
选择合适的切削用量
- 切削速度：切削速度过高会导致切削温度升高，使工件表面氧化、氮化，降低表面粗糙度；切削速度过低则可能使工件表面粗糙度值增大。
- 进给量：进给量的大小直接影响切削厚度和切削宽度，进而影响表面粗糙度。适当减小进给量可以减小残留面积，提高表面粗糙度。
- 切削深度：切削深度过大，刀刃在工件表面的挤压、摩擦作用加剧，导致表面粗糙度值增大；切削深度过小则可能使切削厚度变薄，切削刃钝化，导致表面粗糙度值增大。
选择合适的刀具几何参数
- 前角：前角的大小直接影响切削刃的锋利程度和切削力的变化。适当增大前角可以减小切削变形和摩擦，降低切削温度，从而减小表面粗糙度值。
- 后角：后角的大小影响切削刃的强度和散热效果。适当增大后角可以减小后刀面与工件表面的摩擦，减小表面粗糙度值。
- 刃倾角：刃倾角影响切屑的排出方向和刀头的受力方向。适当选择刃倾角可以减小切削过程中的振动和冲击，提高表面粗糙度。
合理使用切削液
- 冷却作用：切削液能够有效地降低切削温度，减少工件表面的热损伤和热变形，从而减小表面粗糙度值。
- 润滑作用：切削液在切削过程中能够在刀刃与工件表面形成润滑膜，减少摩擦和粘结，降低表面粗糙度值。
- 清洗作用：切削液能够将切削过程中产生的切屑和磨粒冲洗干净，防止其划伤工件表面，提高表面粗糙度。
提高机床精度
- 主轴的回转精度直接影响工件的形状和尺寸精度，进而影响表面粗糙度。提高主轴的回转精度可以有效减小表面粗糙度值。
- 导轨的直线度和抗振性对工件表面的平整度和光滑度有重要影响。