2.5.2. Факторы, влияющие на качество обработанной поверхности

Шероховатость поверхностей деталей машин зависит от многих факторов: метода обработки, режимов резания, геометрических параметров и качества поверхностей режущей части инструмента, пластической и упругой деформации обрабатываемого материала, жёсткости технологической системы («станок – приспособление – инструмент – заготовка») и связанных с ней вынужденных деформаций, колебаний и вибраций при резании, смазочно-охлаждающей жидкости и др.

Большое влияние на шероховатость поверхности оказывает геометрия режущего инструмента, особенно при больших подачах. В этом случае шероховатость определяют в зависимости от геометрических параметров режущей части инструмента: углов в плане, главного (φ) и вспомогательного (φ1), радиуса закругления вершины резца (r) и подачи за оборот (Sо). При увеличении r шероховатость уменьшается, сувеличением углов φ и φ1 шероховатость поверхности увеличивается.

Передний угол (γ), угол наклона режущей кромки (λ), задний угол (α) могут быть отнесены к второстепенным факторам, влияющим на формирование микропрофиля.

При точении, например (рис. 2.16):

1) расчётная высота неровности поверхности (Rр) образуется закруглённым участком режущей кромки (см. рис. 2.16, а)

Rр = S02 / 8 r,

где S0 – подача за оборот, мм/об; r – радиус закругления резца при вершине, мм;

2) расчётная величина шероховатости Rр образуется вершиной резца, у которой отсутствует радиус закругления  (см. рис. 2.16, б)

Rр = S0 Sinφ Sinφ1 / Sin (φ + φ1).

Значительное влияние на искажение шероховатости поверхности оказывает пластическая деформация. При обработке материалов, которые не образуют нароста, влияние пластической деформации на шероховатость объясняется главным образом распространением волны деформации в сторону соседнего следа, а при обработке материалов, образуют нарост, кроме того и действием вершины нароста, поэтому образуются задиры материала на поверхности среза.

Влияние упругих деформаций на шероховатость поверхности является следствием наличия на лезвии любого инструмента притупления. При взаимном перемещении резца и заготовки наличие этого скругления вызывает упругое деформирование материала около режущей кромки. Минуя её, материал заготовки приподнимается и занимает прежнее положение.

Обрабатываемая поверхность формируется режущим инструментом. Поэтому неровности его лезвия в определенной степени копируются на этой поверхности. Это наблюдается при поперечном и продольном точении, протягивании, цилиндрическом фрезеровании и др.

При выборе или проектировании режущего инструмента, при установлении режимов резания, выборе смазочно-охлаждающей жидкости и способа её подвода в рабочую зону необходимо стремиться к рациональному отводу стружки, чтобы исключить отрицательного воздействия на формирование обработанной поверхности.

Деформации и вибрации технологической системы увеличивают шероховатость обрабатываемой поверхности.

Из режимов резания наиболее существенное влияние на процесс образования шероховатости поверхности оказывают подача и скорость резания.

При увеличении подачи в пределах от 0,25 до 0,7 мм/об.


увеличивается почти пропорционально и шероховатость поверхности, а дальше принимает постоянное значение. При малых подачах (меньше 0,25 мм/об.) уменьшение подачи весьма незначительно уменьшает шероховатость.

Экспериментальными исследованиями установлена связь скорости резания при обработке сталей с образованием нароста и шероховатостью обрабатываемой поверхности. Различают четыре зоны:

· первая зона соответствует малым скоростям резания (V до 1 м/мин). Она характеризуется тем, что нарост в ней отсутствует, поверхность получается без надиров;

· вторая зона соответствует скоростям резания 1 – 30 м/мин. В этой зоне появляется нарост, достигая здесь наибольшей высоты и соответственно наибольшей шероховатости;

· третья зона соответствует скоростям резания от 25 до80 м/мин; она характеризуется исчезновением нароста и уменьшением шероховатости;

· в четвёртой зоне скорость резания более 80 м/мин, она характеризуется отсутствием нароста. В этой зоне с изменением скорости шероховатость почти не изменяется.

Глубина резания оказывает незначительное влияние на шероховатость поверхности. Однако изменение глубины резания при малых её значениях (менее 0,3 мм) существенно изменяет условия срезания стружки и шероховатость возрастает.

Материал обрабатываемой заготовки также оказывает влияние на шероховатость поверхности. Например, стали с повышенным содержанием серы (автоматные стали) и стали с присадкой свинца после обработки резанием имеют меньшую шероховатость, чем углеродистая сталь.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости способствует уменьшению шероховатости поверхности.

На основе экспериментальных данных, производственного опыта установлены параметры шероховатости поверхности в зависимости от различных методов обработки:

ü увеличение скорости резания приводит к увеличению глубины наклёпа в поверхностном слое. Однако при скоростях резания более 200 м/мин глубина наклёпа уменьшается, в результате действия высоких температур происходит разупрочнение;

ü при обработке конструкционных сталей режущим инструментом с отрицательным передним углом и при скоростях резания 500 – 800 м/мин возникают остаточные напряжения сжатия;

ü увеличение подачи приводит к возрастанию глубины наклёпа и остаточных напряжений;

ü при увеличении заднего угла (α) с 3 до 15º и уменьшении главного угла в плане (φ) с 90 до 45 º глубина наклёпа уменьшается;

ü увеличение радиуса скругления режущей кромки приводит к возрастанию глубины наклёпа и остаточных напряжений.