7.1.      Шероховатость обработанной поверхности

Качество обработанной поверхности определяется шероховатостью поверхности и состоянием материала поверхностного слоя. Шероховатость поверхности – совокупность микронеровностей с относительно малым шагом, выделенная на базовой длине. Таким образом, шероховатость обработанной поверхности характеризуется высотой и формой микронеровностей. Состояние материала поверхностного слоя характеризуется его упрочнением (наклепом), микроструктурой, значением и знаком остаточных напряжений и глубиной их залегания.

При изучении шероховатости поверхности микронеровности с методической точки зрения удобно делить на расчетные неровности и действительные неровности. Под расчетными неровностями понимают такие, высота и форма которых могут быть определены геометрически при следующих допущениях:

1) обрабатываемый материал считается абсолютно недеформируемым;

2) система СПИД – абсолютно жесткой;

3) лезвия инструмента представляют собой геометрические линии.

Действительные неровности или просто неровности – это те микронеровности, которые возникли на обработанной поверхности после прохода режущего инструмента.

Высота неровностей аналитическому расчету не поддаётся. Ее можно измерить прибо­рами, называемыми профилометрами и профилографами. Профилометры дают

визуальный отсчет высоты неровностей, а профилографы в определенном масштабе вычерчивают микропрофиль поверхности.

Например, расчетный микропрофиль обработанной поверхности при точении имеет вид (рис. 7.1, а), а при фрезеровании цилиндрическими фрезами (рис. 7.1, б). Для простоты взят резец без переходного лезвия. При точении высота расчетных неровностей (Rzр) равна высоте рк, треугольника mnp:

Rzр = mn sinφ1.

Таким образом,

.

Эта формула пригодна для расчета высоты неровностей при растачивании, сверлении, зенкеровании, строгании и фрезеровании торцовыми фрезами.

При цилиндрическом фрезеровании:

,

где Sz – подача на зуб; D – диаметр фрезы.

Расчетные неровности при точении уменьшаются при уменьшении подачи, углов в плане и увеличении радиуса переходного лезвия.



Если на резце сделать вспомогательный угол в плане равным нулю, а длину вспомогательного лезвия на 20 – 30 % больше подачи на оборот, то расчетные неровности образовываться не будут, и Rzp = 0. На этом основано конструирование чистовых резцов для работы с большими подачами.

По тем же обстоятельствам расчетные неровности не образуются при развертывании. Высота расчетных неровностей при сверлении и зенкеровании очень мала из-за незна­чительной величины вспомогательного угла в плане. При фрезеровании цилиндрическими фрезами высота расчетных неровностей уменьшается при уменьшении подачи на зуб и увеличении диаметра фрезы. Так как Sz < D, то высота расчетных неровностей очень мала.

Реальные неровности по форме и высоте отличаются от расчетных. На рис. 7.2 изображена типичная профилограмма обработанной поверхности при точении. По сравнению с расчетным реальный микропрофиль теряет свою регулярность, и Rz > Rzp.

Увеличение реальной высоты неровностей по сравнению с расчетной вызвано следующими причинами:

1) пластическим течением материала из зоны первичной деформации в сторону вершин микронеровностей;

2) колебаниями детали и инструмента во время обработки;

3) трением задних поверхностей инструмента о поверхность резания;

4) неровностями лезвий инструмента, которые возрастают по мере его изнашивания. Если материал склонен к наростообразованию, то в зоне скоростей резания, при которых нарост получает максимальное развитие, высота неровностей дополнительно увеличивается за счет роста и разрушения нароста (рис. 7.3).

На высоту неровностей оказывают влияние те же факторы, что и на высоту расчетных неровностей. Поэтому при уменьшении подачи (толщины срезаемого слоя), углов в плане инструмента и увеличении радиуса переходного лезвия высота (Rz) неровностей уменьшается.

Помимо этих факторов на высоту неровностей влияют все те факторы, которые изменяют объем пластического деформирования материала и условия трения на контактных поверхностях инструмента. К ним можно отнести:

1) механические свойства обрабатываемого материала;

2) скорость резания;

3) свойства применяемого смазывающе-охлаждающего технологического средства.