11.7. Точность и качество поверхности при обработке

Точность детали характеризуется точностью размеров, формы и взаимного расположения поверхностей. Качество поверхности определяется ее шероховатостью, величиной наклепа и остаточных напряжений в поверхностном слое. Степень шероховатости обработанной поверхности определяется схемой процесса резания, т. е. схемой взаимодействия детали и инструмента, геометрией инструмента и режимами обработки. Физическое состояние поверхностного слоя (степень наклепа, остаточные напряжения) зависит от геометрии инструмента, режимов и условий резания.

Точность обработки деталей резанием зависит от технических характеристик станка, состояния, настройки, качества технологической оснастки и режущего инструмента, квалификации оператора, качества смазочно-охлождающей жидкости (СОЖ), рациональности режимов резания, состояния заготовок. Наибольшее влияние на точность обработки оказывают силы резания, которые вызывают упругую деформации системы СПИД (станок–приспособление–инструмент–деталь) и тем самым создают погрешности обработки. Величина погрешностей возрастает пропорционально силам резания.

Формирование микронеровностей на обработанной поверхности. На шероховатость поверхности влияют разные факторы. К геометрическим относят: параметры инструмента (см. рис. 11.3 и рис. 11.5) углы в плане  и ₁, радиус при вершине  и шероховатость режущих кромок, величину подачи S. Это установочные параметры, необходимые для теоретического расчета высоты микронеровностей R_z. Наибольшее отклонение фактической высоты микронеровностей от расчетной (геометрической) связано с явлением наростообразования при резании.

При отсутствии нароста приращение R_z определяется физическими

факторами: пластическим течением металла в направлении вершины микронеровности (пропорционально степени пластической деформации металла в зоне стружкообразования); упругим восстановлением поверхностного слоя; трением между задней поверхностью инструмента и поверхностью резания.

Для снижения высоты микронеровностей необходимо: уменьшать углы резца  и ₁, подачу S; увеличивать радиус при вершине  и снижать физические факторы. Для этого следует работать на режимах, исключающих образование нароста, снижать степень деформации металла при резании, увеличивать до возможных значений передний угол инструмента, обрабатывать материал в более твердом состоянии, применять эффективные смазки и подбирать материал режущей части инструмента, обладающий пониженной адгезионной активностью по отношению к обрабатываемому материалу.

Наклеп и остаточные напряжения при обработке резанием. Зона пластической деформации распространяется при любых режимах резания ниже линии среза (см. рис. 11.5). Материал в поверхностном слое оказывается наклепанным (упрочненным). Глубина и степень наклепа зависят от свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режимов резания и применяемой СОЖ.

При движении инструмента по обработанной поверхности возникает пластическое растяжение поверхностных слоев в направлении линии среза. Слои, лежащие ниже, деформируются упруго и после прохода инструмента стремятся возвратиться в исходное состояние – сжаться. В поверхностном слое возникают остаточные напряжения сжатия.

Под действием теплоты, идущей в деталь, верхние слои растягиваются, нижние холодные слои оказывают сопротивление. Это создает дополнительные остаточные напряжения сжатия.

Результирующая эпюра остаточных напряжений зависит от интенсивности действия механического и теплового факторов. Например, интенсивный нагрев может уменьшить напряжения сжатия, возникшие от механического воздействия. При шлифовании стальных деталей поверхностный слой нагревается до высоких температур, происходят структурные преобразования. Превращения, связанные с увеличением объема структурных составляющих, могут вызвать появление остаточных напряжении сжатия, при уменьшении объема – остаточных напряжений растяжения.

С увеличением скорости резания или уменьшении угла резания остаточные напряжения уменьшаются и могут изменить свой знак. Увеличение подачи, глубины резания и износ инструмента приводит к увеличению остаточных напряжений. Сжимающие остаточные напряжения повышают износостойкость деталей машин, усталостную прочность и их коррозионную устойчивость. Растягивающие остаточные напряжения приводят к снижению циклической прочности и появлению трещин на поверхности деталей.

Остаточные напряжения первого вида уравновешиваются между большими объемами деформируемого тела. Они вызывают коробление и изменения формы изделия. Остаточные напряжения второго вида уравновешиваются в объеме нескольких зерен. Они приводят к трещинообразованию. Остаточные напряжения третьего вида уравновешиваются внутри каждого зерна. Они связаны с изменением расположения атомов в кристаллической решетке.