Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Образование шероховатости поверхности детали
Основными причинами, вызывающими шероховатость поверхности, являются геометрические факторы, пластические и упругие деформации металла в поверхностном слое и вибрации.
Геометрия режущей кромки инструмента оказывает влияние на шероховатость поверхности. Характер влияния этого фактора зависит от кинематики относительного движения режущего инструмента и заготовки. Рассмотрим влияние геометрической формы лезвия на шероховатость поверхности, полученной при обработке на токарном станке. За один оборот заготовки вершина резца переместится вдоль образующей цилиндрической поверхности на шаг, равный подаче, из одного положения н другое. При этом на обработанной поверхности останется часть материала, не снятая резцом и образующая остаточный гребешок. Величина и форма гребешка зависят от подачи на оборот и формы режущей части резца, характеризуемой углами ср и ф! и радиусом вершины. При наличии у лезвия радиуса округления шероховатость Rz будет меньше. По мери затупления лезвия на режущих кромках появляются зазубрины, что также влияет на шероховатость. По данным исследований, при точении шероховатость от затупления возрастает на 50...60 %, при фрезеровании цилиндрическими фрезами - на 100... 115 %, торцовыми фрезами - на 35...45 %, сверлами - на 30...40 % и развертывании - на 20...30 %.
При цилиндрическом фрезеровании на шероховатость в направлении продольной подачи стола оказывает влияние радиальное биение фрезы, а при фрезеровании торцовой фрезой - торцовое биение.
При шлифовании на шероховатость поверхности оказывают влияние геометрические характеристики абразивных зерен, расстояние между ними. При шлифовании каждое абразивное зерно прорезает в материале царапину. После правки шлифовального круга алмазным инструментом на его поверхности появляются винтовые неровности, которые тоже переносятся на обрабатываемую поверхность. В зависимости от метода обработки и типа режущего инструмента неровности на поверхности детали имеют соответствующее направление.
Пластические и упругие деформации материала оказывают при обработке резанием влияние на поверхностный слой детали. Поверхностный слой детали из пластических материалов деформируется, в результате возникают неровности обработанной поверхности. При обработке хрупких металлов имеет место вырывание отдельных частиц металла.
Пластические деформации при обработке резанием лезвийным инструментом зависят от скорости резания. В диапазоне скоростей 20...40 м/мин под действием усилий, прижимающих слои металла к передней поверхности резца, и высокой температуры слои металла привариваются к передней и частично к задней поверхности резца, образуя нарост, который изменяет форму режущей кромки лезвия и резко увеличивает шероховатость. По мере возрастания скорости резания количество теплоты, выделяемой в процессе образования стружки, увеличивается, нарост, нагреваясь быстрее остальной части зоны деформации, разрушается и шероховатость уменьшается.
Во время отделения стружки резцом часть металла заготовки, лежащей под ним, поднимается его закругленной частью, подвергаясь упругой и пластической деформации. После прохождения резца этот несре - занный слой металла частично и неравномерно упруго восстанавливается и вызывает трение по задней поверхности, тем самым увеличивается высота неровности профиля поверхности. При высоких скоростях резания глубина пластически деформированного слоя уменьшается.
Вибрации, возникающие в технологической системе и создающие относительные колебательные движения заготовки и режущего инструмента, также являются причиной возникновения шероховатости. При мом чем выше амплитуда колебаний, тем больше шероховатость.