Факторы, влияющие на качество поверхности при механической обработке

Факторы, влияющие на шероховатость поверхности

а) метод обработки

Каждому методу обработки (точению, фрезерованию, строганию, шлифо­ванию и т.п.) свойственен определенный диапазон высот микронеровностей, а также форма и схема расположения штрихов от режущего инструмента на об­рабатываемой поверхности, определяемые кинематикой движения инструмента относительно заготовки (параллельные, кругообразные, пересекающиеся, по спирали и т.д.). В ответственных сопряжениях направление неровностей может быть указано в технических требованиях, например, для трущихся пар направ­ляющих соединений.

Шероховатость поверхности зависит и от геометрических параметров ре­жущего инструмента. Например, при точении изменение в обычных пределах переднего угла γ и заднего угла α (рисунок 10а) оказывает незначительное влияние на шероховатость поверхности.

Рис. 5.1. Геометрические параметры режущего инструмента

С уменьшением угла в плане φ и вспомогательного угла в плане φ₁ (рису­нок 5.1б) шероховатость заметно уменьшается. На инструментах с широкой режущей кромкой (рисунок 5.1в) шероховатость обрабатываемой поверхности определяется в основном шероховатостью режущего лезвия на участке 1-2. Этот эффект особенно заметен в начальный период работы инструмента, пока микронеровности лезвия не сгладились. С уменьшением радиуса r скругления вершины резца (рисунок 5.1г) шероховатость резко возрастает.

б) режим резания (скорость резания V, подача S и глубина резания t)

Влияние скорости резания на шероховатость обработанной поверхности иллюстрируется на рисунке 5.2а. Наибольшего значения высота микронеровно­стей достигает при скоростях резания 20 - 25 м/мин. Зона увеличенной шерохо­ватости связана с образованием нароста на режущей кромке инструмента. С увеличением скорости резания наростообразование прекращается, стружка от-

деляется режущим инструментом более плавно без вырывания частиц из ме­талла, что приводит к уменьшению высоты неровностей.

Рис.5.2. Зависимость шероховатости от скорости резания (а) и подачи (б)

Влияние подачи на шероховатость поверхности зависит от метода обра­ботки и инструмента. Из рисунка 5.2б видно, что увеличение подачи приводит к ухудшению параметров шероховатости поверхности в разной степени. При точении стандартными резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закруг­ления при вершине резца подача существенно влияет на шероховатость по­верхности (кривая 1). При точении резцами с широкой режущей кромкой (кри­вая 2) шероховатость поверхности не зависит от подачи, что позволяет повы­сить производительность отделочных операций. При сверлении, зенкеровании, торцевом и цилиндрическом фрезеровании изменение подачи слабо влияет на шероховатость (кривая 3).

Глубина резания не оказывает заметного влияния на шероховатость по­верхности, если жесткость технологической системы достаточно велика.

в) свойства материала заготовок

На шероховатость поверхности влияют механические свойства, химиче­ский состав и структура материала заготовок. При обработке заготовок из мяг­кой низкоуглеродистой стали получается поверхность с большей шероховато­стью, чем при обработке заготовок из твердых сталей с большим содержанием углерода. Заготовки из сталей с мелкозернистой или пластинчатой структурой обрабатываются лучше заготовок из сталей с крупнозернистой структурой.

г) жесткость системы СПИД и ее вибрации

На шероховатость поверхности влияет жесткость технологической систе­мы. В частности, при различных способах закрепления заготовки при обработке наблюдается увеличение высоты неровностей на участках с меньшей жестко-

стью. Так, при консольном закреплении вала шероховатость поверхности ухудшается на свободном конце вала, при закреплении в центрах длинных ва­лов шероховатость увеличивается на среднем участке вала.

Рис. 5.3. Влияние жесткости системы на шероховатость поверхности

Вибрации элементов технологической системы изменяют положение ре­жущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности, созда­вая на ней выступы и впадины, величина и форма которых зависит от частоты и амплитуды колебаний.

д) применение и правильный подбор смазочно-охлаждающей жидкости

Соответствующим выбором смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) можно уменьшить шероховатость поверхности и повысить стойкость инстру­мента. По сравнению с обработкой без применения СОЖ высота микронеров­ностей при правильном выборе СОЖ может быть уменьшена на 25 - 40%.

Факторы, влияющие на глубину дефектного слоя

Физико-механические свойства поверхностного слоя деталей машин из­меняются в процессе обработки под влиянием совместного действия силовых и тепловых факторов. Под действием сил резания в поверхностном слое при пла­стической деформации возникает наклеп, наблюдается искажение кристалличе­ской решетки. Поверхностный слой 1 на рисунке 5.4 выделен условно. В дейст­вительности граница между поверхностным слоем 1 и сердцевиной 2 размыта.

Рис.5.4. Изменение твердости по глубине поверхностного слоя

В средней части поверхностного слоя условно показана граница (пунк­тирная линия), разделяющая поверхностный слой на две части. Часть слоя, рас­положенная ближе к поверхности, имеет самую высокую твердость. В слое, расположенном ближе к сердцевине, твердость резко снижается и остается по­стоянной в сердцевине.

Поверхностный слой всегда имеет напряжения, отличные от напряжений в сердцевине материала детали.

Степень наклепа и глубина проникновения пластической деформации за­висит от методов обработки и режимов резания. При повышении подачи и уве­личении глубины резания пластические деформации увеличиваются, что при­водит к увеличению толщины дефектного слоя. Повышение скорости резания (характерное для чистовых операций с малыми силами резания) приводит к уменьшению толщины дефектного слоя.

Из таблицы 5.2 видно, что после черновых операций точения, растачива­ния, фрезерования, сверления глубина деформированного поверхностного слоя значительна и составляет от 0,15 до 0,5 мм. После чистовых операций точения. растачивания глубина деформированного поверхностного слоя невелика – до 0,05 мм, а после окончательного шлифования глубина этого слоя составляет не более 0,03 мм.

Таблица 5.2 Глубина деформированного поверхностного слоя

Метод обработки	Глубина слоя, мкм
Точение: черновое чистовое	120-60 30-20
Растачивание: черновое чистовое	50-20 25-10
Шлифование предварительное чистовое	20 15-5
Сверление, зенкерование	70-20
Развертывание	25-5