【数控刀具选用指南8】切削后的已加工表面质量
☞ 这是金属加工（mw1950pub）发布的第13297篇文章
编者按
经过切削后的已加工表面质量应符合加工要求，其中包括：表面粗糙度、表层硬化程度、加工表面残余应力等。
（本篇选自《数控刀具选用指南》第一章第二节（一）已加工表面质量）
（一）表面粗糙度
在切削加工中，由于刀痕、塑性变形、振动和摩擦等原因，会使加工表面产生微小的峰谷，这些微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度。表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质等有很大影响。它直接影响零件加工表面的使用性能和寿命。国家标准 GB/T1031-2009规定了表面粗糙度的评定参数及其数值。常用的评定表面粗糙度的参数是轮廓算术平均偏差Ra值，常见加工方法一般能达到的表面粗糙度值如表1-7所示。
表1-7 常见加工方法所能达到的公差等级和表面粗糙度
一般来说，零件的表面粗糙度值越小，零件的使用性能越好，寿命也越长，但零件的制造成本也会相应增加。
（二）表层组织变化及白层
零件加工后表面层的力学、物理化学等性能会与基体材料不同，表现为加工硬化、残余应力产生、疲劳强度变化及耐腐蚀性下降等，直接影响零件的使用性能。零件加工质量与加工成本有着密切的关系。加工精度要求高，将会使加工过程复杂化，导致成本上升，所以在确定零件加工精度和表面粗糙度时，总的原则是，在满足零件使用性能要求和后续工序要求的前提下，尽可能选用较低的精度等级和较大的表面粗糙度值。
所谓白层是伴随着干硬切削过程而形成的存在于工件表层和亚表层的一种特殊组织形态，在光学显微镜下呈白亮色，故称为“白层”（见图1-42），从图1-42中可以看出，白层下方往往还有一层过回火层，通常称为黑层。实验测试表明，白层具有特殊的物理性能：一方面硬度比基体材料高，耐腐蚀性好，图1-43显示了白层、黑层、基体之间的硬度比较；另一方面又比较脆，加工参数控制不好会在组织内部产生微裂纹，使用过程中零件表层材料会伴随裂纹的扩展而脱落。
图1-42 扫描电镜观察的已加工表面白层
图1-43 白层、黑层、基体的硬度比较
（三）加工硬化及硬化层深度
1. 加工硬化 经过切削的表面，硬度往往高出基体硬度1~2倍，即表面硬化了，硬化深度从几十微米到几百微米，这种不经热处理而由切削加工造成的硬化现象称为加工硬化。表层的加工硬化，可使零件耐磨性提高，但脆性增加了，抗冲击性能下降，硬化了的表面层给后续工序加工增加了难度，也增加了刀具磨损。
2. 硬化层深度 加工硬化通常以硬化程度N和硬化层深度Δhd来表示。
（1）硬化程度N为
式中 H0——基体的显微硬度值，单位为HV；
H——硬化层显微硬度值，单位为HV。
（2）硬化层深度Δhd，即硬化层深入基体的距离，以μm计。一般N和Δhd与工件材料及加工方法有关（见表1-8）。
表1-8 钢件表面的硬化层深度△hd和硬化程度N
3. 减小加工硬化的措施 选择较大的γo（见图1-44）、αo及较小的rn；选择尽量高的vc（见图1-45），尽量小的f（见图1-46），ap对加工硬化的影响不大（见图1-47）；使用有效切削液等均可减小加工硬化。
图1-44 △hd-γo关系曲线
图1-45 △hd-vc关系曲线
图1-46 △hd-f关系曲线
图1-47 △hd-ap关系曲线
（四）残余应力状态
加工过程中，工件将受到来自各种工艺等因素的作用与影响，当这些因素消失之后，若工件所受到的上述作用与影响不能随之完全消失，仍有部分作用与影响残留在工件内，则这种残留的作用与影响称为残余应力。残余应力对精密零件的正常工作极为不利，压应力有时能提高零件的疲劳强度，但拉应力则会产生裂纹，使疲劳强度降低；另外，应力分布不均匀会使零件产生变形，从而影响零件精度，甚至影响正常工作，如图1-48所示。产生残余应力的原因可归纳为如下3点：①塑性变形引起的应力；②切削温度引起的热应力；③相变引起的体积应力。
图1-48 典型的残余应力分布特征
（五）表面质量对产品使用性能的影响
加工层变质虽然只发生在很薄的表面层，但实践证明它会对机械零件的使用性能产生影响，进而影响整台机器的性能和寿命。其影响主要有以下几方面：①影响耐磨性；②影响疲劳强度；③影响耐腐蚀性；④影响配合性质。
数控刀具选用指南
《数控刀具选用指南》由金属加工杂志社、哈尔滨理工大学编著，机械工业出版社出版，定位于指导制造企业一线技术员工如何合理选择和使用数控刀具，是目前市场上最实用的一本刀具选用工具书。
本书分门别类介绍车刀、铣刀、孔加工刀具等现代数控刀具的选用要点及典型实例，集实用性、先进性和指导性于一体。书中专设典型行业刀具整体解决方案的章节，针对不同行业的加工特点介绍了大量实际应用案例。可以直接作为企业选购、使用数控刀具的参考依据，也可作为机械加工从业者的培训、参考用书。
点击下图，把《数控刀具选用指南》实体书带回家~
金属加工视频号开通啦
期待您的关注！
▲上下滑动查看更多▼
☞来源：金属加工 ☞本文编辑：可 ☞媒体合作: 010-88379790-519