Факторы, влияющие на качество поверхности

Шероховатость поверхности зависит от метода и режима обработки, качества применяемого режущего инструмента, жесткости технологической системы, физико-механических свойств обрабатываемого материала, вида применяемой СОЖ, вибраций технологической системы и др.

Каждому методу обработки (точение, шлифование и др.) соответствует свой диапазон получаемой шероховатости поверхности. В табл. 3 приведена шероховатость поверхности при различных методах обработки стали и серого чугуна и сопоставлены параметры шероховатости с параметрами экономической точности. Из сопоставления этих параметров можно увидеть их взаимосвязь: чем выше точность получаемого размера, тем меньше шероховатость поверхности.

При обработке заготовок лезвийным инструментом шероховатость в значительной мере зависит от скорости резания и подачи. На рис. 7, а показано влияние скорости резания V на шероховатость. При обработке вязких материалов в условиях образования нароста наибольшее значение Ra наблюдается при скорости резания 20…25 м/мин. Однако с увеличением скорости резания эффект образования нароста снижается и шероховатость уменьшается. Кроме того, при высоких скоростях резания (более 180 м/мин) значительно уменьшается глубина пластически деформированного слоя, что также снижает шероховатость поверхности.

Подача S (рис. 7, б) влияет на шероховатость в зависимости от используемого режущего инструмента и условий обработки. При точении стандартными резцами с углом в плане 45 ° и малым радиусом закругления при вершине резца (до 2 мм) подача (свыше 0,2 мм/об) существенно влияет на шероховатость (кривая 1). Если точение производится резцами и широкой режущей кромкой, установленной параллельно оси изделия, изменение подачи не отражается на шероховатости (кривая 2). При сверлении, зенкеровании, торцовом и цилиндрическом фрезеровании изменение подачи слабо влияет на шероховатость (кривая 3).

 

Рис. 7. Зависимость шероховатости поверхности от скорости

резания (а) и подачи (б)

 

Глубина резания также слабо влияет на шероховатость. Изменение шероховатости с увеличением глубины резания, когда инструмент режет не по корке, а по основному материалу, связано с изменением физико-механических свойств материала в зоне резания.

Значительное влияние на шероховатость поверхности оказывает состояние режущей части инструмента: микронеровности режущей кромки инструмента ухудшают шероховатость обработанной поверхности. Это особенно заметно при обработке протяжками, развертками или широкими резцами. Затупление режущего инструмента приводит к увеличению шероховатости.

При обработке деталей абразивным инструментом шероховатость поверхности снижается с уменьшением зернистости и повышением твердости шлифовального круга, повышением скорости резания, уменьшением продольной и поперечной подач.

Применение СОЖ улучшает шероховатость обработанной поверхности. Одновременно повышается стойкость инструмента.

Жесткость технологической системы значительно влияет на шероховатость и волнистость поверхности. Так, например, при точении нежесткого вала с установкой на центры наибольшая шероховатость поверхности получается примерно в средней части по длине вала. Недостаточная жесткость технологической системы может быть причиной появления вибрации при резании и, как следствие, образования волнистой поверхности.

Физико-механические свойства поверхностного слоя деталей и заготовок в значительной мере зависят от воздействия тепловых и силовых факторов в процессе обработки.

Так, исходные заготовки из стали, полученные ковкой, литьем или прокатом, имеют поверхностный слой, состоящий из обезуглероженной зоны и переходной зоны, т.е. зоны с частичным обезуглероживанием. Например, заготовки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный слой в пределах 150 - 300 мкм, а полученные свободной ковкой – от 500 до 1000 мкм.

При обработке стальных заготовок резанием глубина деформации распространяется до 100 - 300 мкм. У чугунных заготовок глубина распространения деформации незначительна (до 15 мкм).

При механической обработке металлов деформация поверхностного слоя сопровождается упрочнением (наклепом) этого слоя.

С увеличением глубины резания и подачи глубина наклепанного слоя возрастает. Например, при черновом точении глубина наклепа составляет 200 - 500 мкм, при чистовом точении – 25 - 30 мкм, при шлифовании – 15 - 20 мкм и при очень тонкой обработке – 1 - 2 мкм. С увеличением скорости резания глубина наклепа уменьшается. Это объясняется уменьшением продолжительности воздействия сил резания на деформируемый металл.

При шлифовании деталей доминирующим фактором является тепловой, служащий причиной появления в поверхностном слое обрабатываемого металла растягивающих напряжений. На рис. 8 показана схема распределения остаточных напряжений после шлифования на глубину h поверхностного слоя (кривая 1). Появление растягивающих напряжений связано с быстрым нагреванием поверхностного слоя в зоне контакта металла детали со шлифовальным кругом. После прохождения шлифовального круга поверхностный слой, охлаждаясь, стремится сжаться, вызывая растягивающие напряжения. При шлифовании с выхаживанием (т.е. с последующим выключением продольной подачи) значительно уменьшаются напряжения растяжения и увеличиваются напряжения сжатия (кривая 2).

 

 

Рис. 8. Схема распределения остаточных напряжений после шлифования на глубину h поверхностного слоя