3. Возникновение шероховатости на поверхностях деталей машин

   1. Влияние геометрии процесса обработки на шероховатость точёных и строганых поверхностей

В процессе обработки инструмент непрерывно перемещается по обраба­тываемой поверхности со скоростью подачи S. При перемещении рез­ца на величину подачи на обрабатываемой поверхности остаются гребешки. Величина и форма этих гребешков определяется величиной S , уг­лами  и ₁,а так же радиусом закругления вершины r (рис.89). .

Исследования показывают: увеличение подачи влечёт за собой значи­тельный рост высоты неровностей; высота неровностей возрастает с повышением главного  и вспомогательного ₁ углов в плане. Увели­чение радиуса закругления вершины резца r приводит к снижению вы­соты неровностей.

Ориентировочное значение величины шероховатости, исходя из гео­метрических соображения, определяют по формуле проф. В.Л. Чебышева:

.

Кроме отмеченных факторов, на величину неровностей влияют затупление и выкрашивание режущих кромок. Образующиеся на режущем лезвии неровности и зазубрины частично или полностью копируются на обраба­тываемой поверхности. При этом высота неровностей увеличивается: при точении до 60%, при цилиндрическом фрезеровании до 110%, при торцевом фрезеровании до 45%, при сверлении и развёртывании на 30...40%.

Увеличение радиуса закругления режущего лезвия при его затуплении повышает степень пластических деформаций металла поверхностно­го слоя, что тоже приводит к росту шероховатости. В целях снижения дальнейшего роста шероховатости из-за отмеченных причин рекоменду­ется выполнять тщательную заточку и доводку (желательно алмазом) режущих поверхностей инструмента, своевременную их правку. Шерохо­ватость лезвия должна быть в 2...4 раза меньше шероховатости об­рабатываемой поверхности. Так, при требовании к шероховатости по­верхности детали R_a = 1,6 , шероховатость лезвия должна быть R_а = 0,8…0,4. При этом одновременно повысится стойкость инстру­мента.

2. Шероховатость поверхности при цилиндрическом фрезеровании

В этом случае на величину продольной шероховатости доминирующее влияние оказывает подача. При фрезеровании с биением фрезы (экс­центриситет е установки фрезы на оправку равен половине зазора) высота неровностей профиля может быть ориентировочно определена по следующей формуле:

,

где Z - число зубьев фрезы; S_Z - подача на 1 зуб, мм; r - радиус фрезы, мм; е - величина эксцентриситета, мм.

Расчётные зависимости для определения шероховатости поверхности при других видах обработки приводятся в первом томе справочника Технолога-машиностроителя [9]. И в другой научно-технической литературе.

3. Влияние режима обработки на шероховатость поверхности

При обработке резанием пластичных материалов поверхностный слой детали деформируется и приобретает специфическое волокнистое стро­ение. Одновременно изменяется геометрическая форма неровностей, шероховатость поверхности обычно увеличивается.

При обработке хрупких металлов наблюдается выкрашивание отдель­ных зёрен, что также приводит к увеличению шероховатости.

Скорость резания V. При обработке углеродистых сталей (типа сталь 30, -40, -50) с малой скоростью резания ( м/мин) легко отделяется элементная стружка и размеры неро­вностей поверхностей получаются незначительными. В зоне скоростей 20...40 м/мин процесс резания сопровождается увеличенным количест­вом выделенного тепла и значительными давлениями, вызывающими пла­стическое течение металла вдоль передней и задней поверхностей ре­жущего клина. Коэффициент трения стружки об инструмент возрастает. Имеют место периодические приваривания частиц металла к инструмен­ту, образуя при этом наросты. В результате наростообразования поверхность инструмента получается менее чистой, что приводит к резкому увеличению шероховатости, которая в этом случае может мно­гократно превосходить расчётную величину. При интенсивном нагреве и трении о стружку приваренные частички периодически скалываются и уносятся вместе со стружкой. С повышением скорости резания наростообразование прекращается и в интервале скоростей 60...80 м/мин полностью исчезает. В зоне скоростей ( V > 70 м/мин), при которых нарост не образуется, шероховатость поверхности получается наиме­ньшей. Дальнейшее увеличение скорости резания не приводит к заметному снижению шероховатости (рис. 90).

Увеличение скорости резания сокращает глубину пластических деформаций по­верхностного слоя и размеры шероховато­сти приближаются к расчётным. В случае обработки хрупких материалов (например, чугуна) повышение скорости резания уменьшает откалывание частиц и обрабаты­ваемая поверхность становится более гладкой.

Подача S - это следующий эле­мент режима резания, оказывающий боль­шое влияние на шероховатость, что свя­зано не только с отмеченными выше геометрическими причинами, но и в значительной степени обусловлено пластическими и упругими дефор­мациями в поверхностном слое. С повышением подачи эти деформации увеличиваются, а это приводит к увеличению шероховатости, на что указывает экспериментальная зависимость проф. П.Е. Дьяченко (рис. 91). Согласно этой зависимости наиболее рациональными подачами, с точки зрения получения чистых поверхностей при обработке проходными резцами стали, являются подачи S = 0,05... 0,12 мм/об. При мень­ших подачах увеличивается продолжительность силового воздействия инструмента на материал, что приводит к дополнительному деформиро­ванию поверхностного слоя и некоторому росту шероховатости. При то­чении резцами с широкой режущей кромкой шероховатость поверхности почти не зависит от подачи, что позволяет повысить производитель­ность отделочных операции. При сверлении и зенкеровании отверстий, цилиндрическом и торцевом фрезеровании и других методах обработки подача незначительно влияет на шероховатость поверхности.

Глубина резания t не оказывает заметного влияния на шерохова­тость поверхности, если жёсткость техноло­гической системы достаточно велика. В от­дельных случаях (при снятии корки или удалении наклёпанного слоя) увеличение глубины резания уменьшает шероховатость, так

как инструмент работает по основному металлу. При работе с 0,02...0,03 мм процесс резания становится неустойчив; имеет место царапанье материала, в результате чего чистота поверхности ухуд­шается.

Обрабатываемый материал оказывает влия­ние на величину шероховатости. Мягкие малоуглеродистые, вязкие и пластичные стали дают при обработке грубые шероховатые поверх­ности.

При переходе от феррито-перлита к обработке тростита и тристито-мартенсита чистота поверхности улучшается. Глобулярный перлит, состоящий из крупных зёрен цементита, рассеянных в основной массе металла, не способствует повышению чистоты обработки. Хорошие ре­зультаты даёт нормализация ( Т = 850...870°С) с последующим от­жигом (Т = 900°С), в результате которой структура выравнивается. Повышение твёрдости всегда способствует улучшению чистоты поверх­ности, при этом одновременно уменьшается влияние скорости резания. Во всех случаях снижение вязкости материала следует рассматривать как резерв возможности снижения шероховатости поверхности при об­работке резанием.