刀具及切削参数对加工表面粗糙度的影响.pdf

郑州华菱超硬材料有限公司 2014.10 刀具及切削用量对加工表面粗糙度的影响 华菱超硬在提供高速切削和难加工材料切削方面的刀具解决方案时，对于 “以车代磨”方案设计积累的关于提高加工表面光洁度经验，现从刀具材质、刀 具的几何参数、切削用量（切削参数）等因素分析加工表面粗糙度，分享如下， 抛砖引玉。 一，粗糙度的定义： 经机械加工后的零件表面，不可能是绝对平整和光滑的，实际上存在着一 定程度宏观和微观几何形状误差，一般用粗糙度值来表示，所以表面粗糙度是反 映微观几何形状误差的一个指标，表面粗糙度值即微小的峰谷高低程度及其间距 状况。以前，加工表面粗糙度被称为表面光洁度，其表示方式和数值换算如下表： 表面粗糙度作为表面质量的一项重要衡量指标，不仅直接决定了机械产品 的外观精美程度，而且对机器的装配质量以及零件的使用寿命都有着很大的影 响。 二、刀具对表面粗糙度的影响 （1）刀具几何参数 刀具几何参数中对表面粗糙度影响较大的是主偏角Kr、副偏角Kr和刀尖圆 弧半径 re。当主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度亦小，因而可减小 表面粗糙度；副偏角越小，表面粗糙度越低，但减小副偏角容易引起震动，故减 小副偏角，要根据机床的刚性而定。刀尖圆弧半径re 对表面粗糙度的影响：在 刚度允许的情况下re 增大时，表面粗糙度将降低，增大re 是降低表面粗糙度的 好方法。因此减少主偏角 Kr、副偏角Kr’以及增大刀尖圆弧半径r，均可减小 华菱超硬是硬材料加工行业中知名的刀具，致力于高硬度切削和高速切削领域完整的刀具产品及方案设计 郑州华菱超硬材料有限公司 2014.10 残留面积的高度，从而降低表面租糙度。 以解决难加工材料切削和高速切削问题知名的华菱超硬刀具，“对于刀尖 圆弧角的选择建议依据加工工件的刚性和粗糙度要求选择，如果刚性好，尽量选 择大的圆弧角，不但可提高加工效率，亦可提高加工表面光洁度；但镗孔时或者 切削细长轴或薄壁零件时因为系统刚性差，常选用较小的刀尖圆弧半径”，其刀 具工程师做刀具选型方案时如是说。具体的刀尖圆弧角与粗糙度值参见后文（走 刀量、刀尖圆弧角、加工表面粗糙度三者的关系）。 （2）刀具材料 当刀具材料与被加工材料金属分子亲和力大时，被加工材料容易与刀具粘 结而生成积屑瘤和鳞刺，因此凡是粘结严重的，摩擦严重的，表面粗糙度就大， 反之就小。加工同样的工件，不同的刀具材料获得不同的表面粗糙度，例如加工 铸铁件，硬质合金刀片很难达到Ra1.6 的粗糙度；而BN-S30 牌号或BN-K20 牌号 的立方氮化硼由于刀具材料摩擦系数低，而且高温热稳定性和耐磨性优异，所以 加工铸铁粗糙度完全可以达到Ra0.8-Ra1.6，如下图： （3）刀具磨损 刀具的磨损分为三个阶段:初期磨损、正常磨损和剧烈磨损。由于刀具表面 会存在一些毛刺和不规则的微凸体、微裂痕等,所以在切削的初期阶段,磨损比较 剧烈,造成了表面粗糙度变化幅度大；之后进入正常磨损,切削过程比较平稳,因 此表面粗糙度变化幅度减小；随着磨损量的增大,刀具进入剧烈磨损阶段,刀具后 刀面磨损率急剧上升,系统又趋向于不稳定,振动随之增大,表面粗糙度的变化幅 度也急剧上升。 三、切削用量对表面粗糙度的影响 （1）切削速度v 的影响 加工塑性材料时，切削速度避开低速和中速区域，就减少了鳞刺和积屑瘤 华菱超硬是硬材料加工行业中知名的刀具，致力于高硬度切削和高速切削领域完整的刀具产品及方案设计 郑州华菱超硬材料有限公司 2014.10 的产生，表面粗糙度就会降低，为什么淬火后的钢件可以用 BN-H10 或 BN-H20 牌号超硬刀具实现以车代磨，而且线速度越高，精车后的粗擦度越低的原因。而 加工脆性材料时，一般不会产生积屑瘤和鳞刺，所以对粗糙度的影响不大。 （2）进给量f 的影响 减小进给量可以降低残留面积的高度，因而可以减小表面粗糙度。但当进 给量减小到一定值时再减小，表面粗糙度不会明显下降，当进给量更小时，粗糙 度会反而上升。 （3）切削深度的影响 一般来说，切削深度对表面粗糙度的影响不大，在实