影响金属切削已加工表面质量因素分析

谭喆

航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司    

摘要：在机械加工中，有很多因素影响已加工表面质量，如何使工件的已加工表面达到要求，就成为加工零件前必须考虑的问题。

关键词：金属切削；表面质量

金属切削过程是指刀具从工件表面上切下多余金属层形成切屑和已加工表面的过程，经切削加工后的零件能获得要求的尺寸精度与表面质量，是机械制造业中最基本的加工方法。金属切削过程中产生的切削变形、切削力、切削热和切削温度、刀具磨损等现象都会对已加工表面质量造成影响。

1.已加工表面层质量简介

已加工表面质量多是工件经过切削加工后呈现的表面状态，包括残余应力、硬化程度以及粗糙度等。在切削加工时，受到切削力和切削温度作用后，会引起已加工表面层质量产生变化。

a.加工硬化

加工层产生了急剧的塑性变形后，使表层组织硬度提高，破坏了内应力平衡，改变了表层组织性能，降低了材料的冲击韧度和疲劳强度，增加了材料的切削难度。

b.表层残余应力

由于切削层塑性变形的影响，会改变表面层残余应力的分布，如切削后切削温度降低，使已加工表面层由膨胀而呈收缩状，在收缩时它受底层材料阻碍，使表面层中产生了拉应力。残余拉应力受冲击载荷作用，会降低材料疲劳强度、出现微观裂纹，降低材料的耐蚀性。

C.表层微裂纹

切削过程中切削表面在外界摩擦、积屑瘤和鳞刺等因素作用以及在表面层内应力集中或拉应力等影响下，造成已加工表层产生微裂纹，微裂纹不仅能降低材料的疲劳强度和耐蚀性，而且在微裂纹不断扩展情况下，造成零件损坏。

d.表层金相组织

切削时由于切削参数选用不当或切削液浇注不充分，会造成加工表面层的金相组织变化，影响被加工材料原有的性能。

e.表面粗糙度

表面粗糙度的形成主要包括两方面：一方面是由积屑瘤的生成就有犁沟，如高速钢铰刀铰孔，只要条件合适，积屑瘤便在主、副刀刃连接的地方生成，会在孔壁上切出螺旋形犁沟，加大了表面粗糙度值。在积屑瘤形成的同时，由于剧烈的变形、摩擦和挤压作用在已加工表面还会出现鳞片状的毛刺即鳞刺现象，使已加工表面变得更粗糙。所以，因为切削变形而产生的积屑瘤和鳞刺对实际表面粗糙度的形成有很大影响。

2. 影响已加工表面层质量因素

a.切削速度影响

切削速度是影响已加工表面质量的一个重要因素。在低速时切削变形大，易形成积屑瘤和鳞刺；在中速时积屑瘤的高度达到最大值，所以中、低速切削不易获得小的表面粗糙度值。在高速时，如果加工工艺系统刚性足够，刀具材料性能良好，可获得较小的表面粗糙度。

b．进给量

进给量是影响表面粗质量最为显著的一个因素，进给量越小，鳞刺、积屑瘤和振动等越不易产生，表面质量越高，但是进给量太小，使切削厚度减薄，加剧了切削刃钝圆半径对加工表面的挤压，使硬化严重。减小进给量的最大缺点是会降低生产效率，因而为了减少因提高进给量而使表面质量下降的影响，通常可利用提高切削速度或选用较小副偏角和磨出倒角刀尖或修圆刀尖的办法来改善。

C．刀具前角的影响

增大刀具前角使切削变形减小，刀—屑面间摩擦减小，故对积屑瘤、鳞刺、冷硬的影响较小。此外，增大前角使刀具刃口更锋利，有利于进行薄切削，能达到精密加工的要求。但前角太大会削弱刀具强度和减小散热体积，加速刀具磨损。因此，为提高加工表面质量，应在刀具强度和刀具寿命许可的条件下，尽量选用大的前角。

d.刀具后角的影响

增大刀具后角， 避免刀具后面与加工表面间产生摩擦，并减小对硬化和鳞刺等的影响。此外，增大后角，使切削刃顿圆半径减小，切削刃锋利，减小了对加工表面的挤压作用。

e.刀具材料的影响

刀具材料对加工表面的影响，主要取决于它们与加工材料间的摩擦因数、亲和程度、材料的耐磨性和可刃磨性。

f.切削液的影响

低速切削过程中，不浇注切削液情况下，由于积屑瘤、鳞刺的影响，表面质量下降；高速切削时，由于切削液浸入切削区域较困难及易被切屑流出时带走和零件转动时被甩出，此时切削液对表面质量影响较低。

3.已加工表面质量对零件使用性能的影响

a.表面质量对耐磨性的影响

零件表面粗糙度对零件表面磨损影响很大。一般来说，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，润滑油不易存储，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。

b.表面质量对耐蚀性的影响

零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度，表面粗糙度值越大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就越多，耐蚀性就越差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性。

c.表面质量对配合质量的影响

表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，表面粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低了配合件间的连接强度。

4.结语

在切削过程中，要想实现超精密切削，就要正确的选择工件材料，切削用量和刀具几何角度，只有这样才能克服加工硬化、表层残余应力、表层微裂纹、表层金相组织对已加工表面质量的影响。

5.参考文献

[1]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[5版].北京：机械工业出版社,2011.4.

[2]肖善华，廖璘志.机械加工工艺设计.北京：机械工业出版社,2018.3.