金属切削加工中控制表面质量的几种方法

1 切削力对金属切削加工的影响

      切削力在金属切削加工过程中，对切削热、刀具磨损和已加工表面质量等有直接影响，对控制表面质量有着巨大的作用。因此，切削力的研究，对于生产实际效率及控制表面质量都有重要意义。

      切削力的产生来自两个因素，第一因素是金属材料的弹塑性变形；第二因素是刀具与金属表面、切屑的相互摩擦力。因此，工件材料、刀具几何角度等对切削力有重要影响。

      1.1 工件材料对切削力的影响

      切削力是由材料的剪切屈服强度、塑性变形等因素来影响的。材料的剪切屈服强度与切削力成正相关关系，即材料的剪切屈服强度越高，切削力越大。切削力还受材料塑性、韧性的影响，材料塑性、韧性越好，切削力越大。

      1.2 刀具几何角度对切削力的影响

        从刀具几何角度分析，切削力主要受前角、主偏角、刃倾角变化的影响。当前角减小时，切削变形增大，切削力加强。但是还需注意，前角对切削力的影响与材料有关。切削力的作用方向主要受主偏角影响，与此同时，主偏角对主切削力、进给力及背向力都有一定影响。刃倾角对主切削力影响不大，但在一定范围内增大刃倾角使进给力增加、背向力减小。

2 切削液对金属切削加工的影响

      2.1 切削液的作用

        在金属切削加工过程中，切削液对切削加工有重要作用。主要分为四点：第一，冷却作用。切削液常以液体形式存在于切削区，它不仅能够降低切削温度，起到冷却作用，还能够减小工件与刀具的热变形。第二，润滑作用。切削液在工件与刀具、切屑之间形成一层油膜，减少它们之间的摩擦，起到润滑作用。第三，排屑与清洗作用。生产加工时，切削液处于流动状态，可将切削区域及机床上的细碎切屑冲走。第四，防锈作用。将防锈剂加入到切削液中，使金属表面形成一层保护膜，可防止工件及刀具出现生锈现象。

      2.2 切削液的种类

      切削液主要分为三类。第一类，非水溶性切削液，主要对工件、刀具等有润滑作用。第二类，水溶性切削液，主要用于工件、刀具等的冷却和清洗。第三类，表面活性剂，这种物质既溶于水也溶于油，而且将水和油连接在一起，故其有乳化作用。

      2.3 切削液的选择

      切削液的选择常根据工件材料、加工方法以及刀具材料等具体情况而选择。1）根据工件材料选择。切削加工塑性材料时需用切削液，脆性材料则不需要；2）根据加工方法选择。如果对材料进行磨削加工，选择具有冷却、清洗排泄及防锈功能的切削液。如果对材料进行半封闭或封闭加工，可以考虑极压切削油和极压乳化液。

3 刀具材料对金属切削加工的影响

        刀具的使用寿命及切削效率主要由刀具材料决定。刀具材料的先进与优越，不仅会使加工质量增强，切削效率增加，还会延长刀具的使用寿命，从而进一步降低生产成本。因此，刀具材料的发展与创新，会使切削速率不断增大，金属切削生产率显著提高，使得生产者利用固定的设备在同等时间内获得更大的收益。

      3.1 刀具材料的性能

        通过考虑金属切削加工中的实际因素，刀具材料应具有高硬度、高强度、以及良好的耐磨性、耐热性和导热性。硬度高的刀具材料才能完成切削加工任务，足够的强度才能保证切削加工不会产生危险，良好的耐热性才能保证在高温环境下进行加工工作。只有这样，才能保证加工安全、高效率的运行。

      3.2 刀具材料的种类

        刀具材料的种类一般是按照材料的物理化学性能区分。在实际生产中，高速钢、硬质合金是使用最为广泛的。耐热性较差的碳素、合金工具钢因其抗弯强度较高，主要用于中、低速切割。高速钢按用途又可分类，通常分为两类：第一类，通用型高速钢；第二类，高性能高速钢。良好的工艺性是通用型高速钢的显著特色，而高性能高速钢是在通用型高速钢的基础上加入微量元素，故高性能高速钢的耐磨性、耐热性显著提高。陶瓷材料的主要成分是氧化铝，是经压制成型后烧结而成。其具备稳定的化学性能，故适用于较高的切削速度。金刚石是目前最硬的刀具材料，不仅能够完成有色金属的加工，而且善用于非金属材料的高速精加工。立方氮化硼，一种硬度和耐磨性仅次于金刚石的刀具材料。适用于冷硬铸铁和一些难加工材料的加工。

4 金属切削加工中控制表面质量的方法

      4.1 合理选择刀具材料

        刀具材料的选择一般根据加工材料和具体的加工情况而定。在金属切削加工过程中，对有色金属及非金属材料进行高速精加工时，一般采用金刚刀。利用的是金刚刀硬度高，耐磨性好，摩擦系数小的性能。对碳钢、合金钢进行高速精加工时，可以采用涂层硬质合金、或者立方氮化硼刀具材料，利用的是硬度高，耐磨性好，特别是其化学稳定性好的性能。

      4.2 合理选择切削液

      为了减少切屑、刀具与工件间的摩擦，可通过选择合理的切削液来实现。切削液的科学应用，可避免粘结现象，改善已加工表面质量。但是其使用效果，还需综合考虑与刀具材料、工件材料、加工方法等因素。