黃莉
(河池市職業(yè)教育中心學(xué)校,廣西 河池 547000)
在機(jī)械加工過程中,由于切削分離時的塑性變形、工藝系統(tǒng)的振動、刀具與已加工表面間的摩擦等因素影響,使加工后的工件表面,總會存在許多高低不平的微小峰谷,這些零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差,稱為表面粗糙度。
切削加工時,雖然刀具表面和刀刃都磨得很光,但已加工表面粗糙度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于刀具表面的粗糙度。其產(chǎn)生的原因可歸納如下。
1.1 幾何因素所產(chǎn)生的粗糙度
這主要決定于殘留面積的高度。
1.2 切削過程不穩(wěn)定因素所產(chǎn)生的粗糙度
其中包括積屑瘤、麟刺、切削變形、刀具的邊界磨損、刀刃與工件相對位置變動等。
(1)殘留面積。切削時,由于刀具與工件的相對運動及刀具幾何形狀的關(guān)系,有一小部分金屬未被切下來,而殘留在已加工表面上,稱為殘留面積,其高度直接影響已加工表面的橫向粗糙度。
(2)積屑瘤。當(dāng)切削塑性金屬時,常在靠近切削刃及刀尖的前刀面上,產(chǎn)生積屑瘤,積屑瘤的硬度很高,在相對穩(wěn)定時,可以代替切削刃進(jìn)行切削。由于積屑瘤會伸出切削刃及刀尖之外,從而產(chǎn)生一定的過切量∞,加以積屑瘤的形狀不規(guī)則,因此切削刃上各點積屑瘤的過切量不一致,從而在加工表面上沿著切削速度方向,刻劃出一些深淺和寬度不同的縱向溝紋。其次,積屑瘤作為整體來說,雖然它的底部相對比較穩(wěn)定,但它的頂部常是反復(fù)成長與分裂。分裂的積屑瘤一部分,附在切屑底部而排出;另一部分,則留在已加工表面上形成鱗片狀毛刺;同時積屑瘤頂部的不穩(wěn)定又使切削力波動而有可能引起振動。因此進(jìn)一步使加工表面粗糙度增大。所以可以說,除了殘留面積所形成的已加工表面粗糙度之外,要算積屑瘤的成長與分裂,對表面粗糙度的影響最為嚴(yán)重。
(3)鱗刺。鱗刺就是已加工表面上出現(xiàn)的鱗片狀的毛刺。在較低及中等的切削速度下,用高速鋼、硬質(zhì)合金或陶瓷刀具切削低碳鋼、中碳鋼、鉻鋼、不銹鋼、鋁合金及銅合金等塑性材料時,無論是車、刨、插、鉆、拉、滾齒、插齒及螺紋切削等工序中,都可能出現(xiàn)鱗刺。鱗刺的晶粒和基體材料的晶粒相互交錯,鱗刺與基體材料之間沒有分界線。鱗刺的出現(xiàn),使已加工表面的粗糙程度增加;因此,它是塑性金屬切削加工中獲得良好加工品質(zhì)的一個障礙。在切削塑性材料時,無論有無積屑瘤,都有可能產(chǎn)生鱗刺。
(4)切削過程中的變形。在擠裂或單元切屑的形成過程中,由于切屑單元帶有周期性的斷裂,這種斷裂要深入到切削表面以下,從而在加工表面上留下擠裂的痕跡而成為波浪形。而在崩碎切屑的形成過程中,從主切削刃處開始的裂紋,在接近主應(yīng)力方向斜著向下延伸形成過切。因此,造成加工表面的凹凸不平。其次,由于在切削刃兩端沒有來自側(cè)面的約束力,因此,在切削刃兩端的已加工表面及待加工表面處,工件材料被擠壓而產(chǎn)生隆起,從而使表面粗糙度進(jìn)一步增大。
(5)刀具的邊界磨損。刀具磨損后,有時會在副后面上產(chǎn)生溝槽形邊界磨損,從而在已加工表面上形成鋸齒狀的凸出部分。因此,使加工表面粗糙度增大。
(6)刀刃與工件相對位置變動。由于機(jī)床主軸軸承回轉(zhuǎn)精度不高,及各滑動導(dǎo)軌面的形狀誤差等,使運動機(jī)構(gòu)發(fā)生跳動,材料的不均勻性及切屑的不連續(xù)等,造成的切削過程波動,均會使刀具、工件間的位移發(fā)生變化,從而使切削厚度、切削寬度或切削力度發(fā)生變化。因此,在很多情況下,這些不穩(wěn)定因素會在加工系統(tǒng)中誘發(fā)起自激振動,使相對位置變化的振幅更加擴(kuò)大,以致影響到背吃刀量的變化,從而使表面粗糙度增大。
由上述分析可知,要減小表面粗糙,必須減小殘留面積、消除積屑瘤和鱗刺,減小工件材料的塑性變形及切削過程中的振動等。
在切削加工中,若發(fā)現(xiàn)工件表面粗糙度值達(dá)不到圖樣要求時,應(yīng)先仔細(xì)觀察和分析影響工件表面粗糙度值的表面形成,并找出主要影響因素,從而有針對性地加以解決。
2.1 減小殘留面積高度
減小主偏角、副偏角和進(jìn)給量及增大刀尖圓弧半徑,都可以減小殘留面積高度,具體實施時應(yīng)注意:
(1)一般減小副偏角Kr'。尤其是使用Kr'=0°的修光刃,對減小表面粗糙度甚為有效。但修光刃不能過長,否則會引起振動,反而使表面粗糙度增大。一般只要比進(jìn)給量稍大一些即可。此外,有修光刃的刀具,必須在安裝時保證修光刃與已加工表面平行,否則效果不佳。
(2)適當(dāng)增大刀尖圓弧半徑。但如果機(jī)床剛性不足,刀尖圓弧半徑過大,會使徑向徑力Fy'增大而產(chǎn)生振動,反而使表面粗糙度值增大。
(3)減小進(jìn)給量。不僅可以減小殘留面積,而且可以減小積屑瘤和鱗刺的高度,故可以減小加工表面粗糙度。
(4)提高切削速度??梢允狗e屑瘤和麟刺減小甚至消失,并可減小工件材料的塑性變形,因而可以減小表面粗糙度。
2.2 避免積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生
可用改變切削速度的方法,來抑制積屑瘤的產(chǎn)生。如果用高速鋼車刀,應(yīng)降低切削速度Vc<5m/min,并澆注切削液;用硬質(zhì)合金車刀時,應(yīng)提高切削速度C,避免最容易產(chǎn)生積屑瘤的中速范圍,Vc=15~30m/min。
刀具前角r。一般對粗糙度的影響不大,但對于塑性大的材料,在保證刀刃強(qiáng)度的前提下,增大車刀前角,能有效地抑制積屑瘤和鱗刺的生成。
刀面及切削刃的表面粗糙度,對工件表面粗糙度有直接影響。由于刀具表面粗糙度的減小,有利于減小摩擦,從而可抑制積屑瘤和鱗刺的生成。因此,刀具前刀面與后面的粗糙度,必須小于工件所要求的表面粗糙度;并且最好不要大于Ra1.25μm,否則會顯著降低刀具耐用度。
2.3 避免摩擦亮斑
工件在車削時,已加工表面出現(xiàn)亮斑或亮點,切削時又有噪聲,說明刀具已嚴(yán)重磨損。磨鈍的切削刃,將工件表面擠壓出亮痕,使表面粗糙度變大,這時應(yīng)及時重磨或換刀。
2.4 防止切屑拉毛已加工表面
表面切屑拉毛工件,會在已加工表面出現(xiàn)不規(guī)則的較淺劃痕,為此應(yīng)選用正傾刃角的車刀。使切屑流向工件待加工表面,并采取合適的斷屑措施。
2.5 防止和消除振紋
車削時,由于工藝系統(tǒng)的振動,而使工件表面出現(xiàn)周期性的橫向或縱向的振紋。為此應(yīng)從以下幾個方面加以防止:
(1)機(jī)床方面。調(diào)整主軸間隙,提高軸承精度。調(diào)整中、小滑板鑲條,使間隙<0.04mm。并保證移動平穩(wěn)、輕便。選用功率適宜的車床,增強(qiáng)車床安裝的穩(wěn)固性。
(2)刀具方面。合理選擇刀具幾何參數(shù),經(jīng)常保持切削刃光潔、鋒利。增加刀柄的截面積,減小刀柄伸出長度,以提高其剛性。
(3)工件方面。增強(qiáng)工件的安裝剛性。
(4)切削方面。選用較小的切削深度和進(jìn)給量,改變或較低切削速度。
2.6 合理選擇切削液保證充分冷卻潤滑
采用高效切削液,可以減小工件材料的變形和摩擦。而且是抑制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生,減小表面粗糙度的有效措施。但隨著切削速度的提高,其效果將隨之減小。
表面粗糙度值的大小,對工件的耐磨性、耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度、配合性質(zhì)等都有很大的影響。本文對表面粗糙度的概念、產(chǎn)生的原因,影響表面粗糙度的因素,減小表面粗糙度值所采取的措施等問題進(jìn)行了一些探討,并藉以探索提高工件加工質(zhì)量及效率的途徑。
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