5.4 Влияние технологических факторов на качество обработанной поверхности.

При обработке заготовок резанием на их поверхности возникают микронеровности. Шероховатость, измеренная в направлении движения подачи (поперечная шероховатость), обычно больше шероховатости, измеренной в направлении главного движения режущего инструмента (продольная шероховатость). На шероховатость обработанной поверхности влияет множество факторов.

1) Прежде всего она зависит от метода обработки. Каждому методу обработки свойствен определенный диапазон высоты микронеровностей, форма и схема расположения штрихов от режущего инструмента на обрабатываемой поверхности, определяемые кинематикой движения инструмента относительно заготовки (параллельные, кругообразные, пересекающиеся, по спирали).

2) Режимы резания влияют на шероховатость поверхности.

При скорости резания 20 – 25 м/мин высота микронеровностей достигает наибольшего значения. При дальнейшем увеличении скорости резания, при прочих неизменных условиях, шероховатость поверхностей постепенно уменьшается (рис. 3). Зона увеличенной шероховатости связана с образованием нароста на режущей кромке инструмента. С увеличением скорости резания наростообразование прекращается и шероховатость уменьшается. На шероховатость поверхности влияют захват и отрыв слоев, расположенных под режущей кромкой инструмента (при обработке стальных заготовок) и явления хрупкого выламывания частиц материала (при обработке заготовок из серого чугуна и твердых цветных сплавов). При высоких скоростях резания стружка отделяется режущим инструментом более плавно без вырывания частиц металла.

Подача по-разному влияет на шероховатость поверхности при разных методах обработки. При точении стандартными проходными резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закругления вершины (до 2 мм) подача заметно влияет на шероховатость (кривая 1 на рис. 4). При точении резцами с широкой режущей кромкой (кривая 2) шероховатость поверхности не зависит от подачи, что позволяет повысить производительность отделочных операций. При сверлении и зенкеровании отверстий, торцовом и цилиндрическом фрезеровании и других методах обработки (кривая 3) подача незначительно влияет на шероховатость поверхности.

Рис. 3 Влияние скорости резания на шероховатость обработанной поверхности.

Рис. 4 Влияние подачи на шероховатость обработанной поверхности.

Глубина резания не оказывает заметного влияния на шероховатость поверхности, если жесткость технологической системы достаточно велика. В некоторых случаях (при снятии корки или удалении наклепанного слоя) увеличение глубины резания уменьшает шероховатость поверхности, так как инструмент работает по основному металлу.

3) Форма режущей кромки инструмента также влияет на шероховатость поверхности. Однако образование микронеровностей нельзя объяснить только следом движения режущей кромки в материале заготовки. Фактическая шероховатость, особенно при чистовой и тонкой обработке, получается больше расчетной, найденной из геометрических соотношений.

Микронеровности образуются также вследствие трения задней поверхности инструмента по обрабатываемой поверхности, которое возрастает по мере износа режущего инструмента. Уменьшение неровностей и зазубрин на режущей кромке путем ее доводки способствует получению более гладкой обработанной поверхности. Это особенно заметно при чистовой обработке развертками, протяжками, широкими резцами.

4) На шероховатость поверхности влияют механические свойства, химический состав и структура материала заготовок. При обработке заготовок из мягкой низкоуглеродистой стали получается более шероховатая поверхность, чем при обработке заготовок из твердой стали с большим содержанием углерода. Заготовки из стали с повышенным содержанием серы (автоматные стали) и из стали с присадкой свинца после обработки имеют менее шероховатую поверхность, чем заготовки из углеродистой стали. Заготовки из сталей с мелкозернистой структурой обрабатываются лучше заготовок из сталей с крупнозернистой структурой. Заготовки из стали со структурой пластинчатого перлита обрабатываются хуже заготовок из сталей с глобулярным перлитом.

5) Соответствующим выбором смазочно-охлаждающей жидкости можно уменьшить шероховатость и повысить стойкость инструмента. При применении минеральных осененных и растительных масел высота микронеровностей уменьшается на 25 – 40% по сравнению с обработкой без охлаждения. Шероховатость поверхности при шлифовании можно уменьшить тщательной фильтрацией охлаждающей жидкости от частиц абразива.

6) На шероховатость поверхности влияет жесткость технологической системы Различная жесткость в сечениях заготовки, обусловленная условиями ее закрепления, вызывает появление неодинаковой шероховатости обработанной поверхности. При консольном закреплении вала шероховатость поверхности повышается на свободном конце вала; при обработке вала в центрах с вращающимся задним центром шероховатость поверхности повышается у заднего центра при длине вала L до 15d, а при большей длине вала повышается от заднего центра к середине его длины и затем уменьшается по мере приближения к переднему центру. Неоднородность шероховатости поверхности, определяемая отношением Rz_max/Rz_min, может достигать 2—3.

7) Вибрации элементов технологической системы периодически изменяют положение режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности, создавая на ней выступы и впадины. На процесс вибрации влияют жесткость системы, зазоры в ее звеньях, неуравновешенность вращающихся частей и дефекты приводов станка.

В зависимости от частоты и амплитуды колебаний изменяются форма и размеры неровностей. При относительно невысокой частоте и большой амплитуде колебаний на обрабатываемой поверхности образуется волнистость; на отдельных участках поверхности она изменяется в зависимости от жесткости технологической системы в различных сечениях обрабатываемой заготовки. Вибрации технологической системы являются основной причиной появления волнистости. Волнистость может возникать в результате копирования неровностей заготовки, а также от действия остаточных напряжений в нежестких заготовках.

8) Квалификация рабочего

Зная влияние технологических факторов на шероховатость поверхности, можно назначить условия обработки, обеспечивающие достижение заданной шероховатости поверхности.