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1、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：表面光洁度
2、与粗糙度盘盘，Rw数值换算表表面光洁度:VIV2356V7表面粗糙度Ba502512.56.33.21.600.80Rz2001005U品.ks6.3表面光洁度89V10VllV12V14表面粗糙度歸0-400. 200.1000.0500.025I0.012 3.2-SO0,300.40吐2011000. 050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
3、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
4、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
5、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 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
6、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，在实际工作中可以忽略不计， 也可以选用小的切削厚度。减小工件振动，降低表面粗糙度。四、走刀量、刀尖圆弧角、粗糙度三者的关系粗加工时按刀尖圆弧半径选择刀具最大走刀量，或通过经验公式计算刀具走刀量；精加工时按工件表面粗糙度要求计算精加工
7、走刀量。1）粗加工选用最大走刀量参考表刀尖圆弧半径mm0.40.81.21.62.4取大走刀量mm/r0.25-0.350.4-0.70.5-1.00.7-1.31.0-1.8粗加工走刀量经验计算公式:f 粗=0.5 R式中：R刀尖圆弧半径mmf粗粗加工走刀量mm2）精加工根据表面粗糙度理论公式推算精加工走刀量 f公式：式中：Rt 轮廓深度ymf 进给量mm/rr 刀尖圆弧半径mm五、其他因素对表面粗糙度的影响（1） 工件材料性质的影响一般加工塑性材料时，由于刀具对加工表面的挤压和摩擦，会产生塑性变形，最后导致表面粗糙度值较大；而脆性材料加工时塑性变形小， 容易达到表面 粗糙度的要求。为了减小
8、加工表面粗糙度值，常在切削加工前对材料进行调质或 正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。(2)切削液的影响选用合理的切削液，可以减少切屑、刀具、工件接触面间的摩擦 ，降低切 削区温度，使切削区金属表面的塑性变形程度下降，抑制积屑瘤的产生，因此可 大大减小表面粗糙度值。六、关于以车代磨的粗糙度：作为“以车代磨”的典型应用，连续切削用精加工刀具牌号 BN-H10已经很 普及的应用在齿轮端面热后硬车的生产实践中，硬车削与磨削加工相比，确实大 大提高了工作效率。用BN-H10牌号精车淬硬钢后的工件表面粗糙度为Ra0.30.6卩m尺寸精度可达0.013mm若能采用刚性好的标准数控车床加工，刀具的 刚性好和刃口锋利，则精车后的工件表面粗糙度可达Ra0.3卩m尺寸精度可达0.01mm可达到用数控磨床加工的水平。且以车代磨时，BN-H10牌号刀具的金属切除率通常是磨削加工的34倍，所消耗的电能及人工，物料耗材却只有磨 削的1/5。延伸阅读：用立方氮化硼刀具加工铸铁和淬火钢的表面粗糙度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