2.2.4. Влияние методов и режимов механической обработки на параметры состояния поверхностного слоя

Шероховатость поверхности. При обработке резанием основными факто­рами, влияющими на шероховатость поверхности, являются геометрия вершины режущего инструмента, значение подачи, скорость резания.

Шероховатость после механической обработки — это геометрический след режущего инструмента, искаженный в результате пластической и упругой дефор­мации и сопутствующей процессу резания вибрацией технологической системы.

Геометрия вершины режущего инструмента напрямую определяет форму неровностей (рис. 2.28), а совместно с подачей влияет на высоту неровностей Н.Скругление вершины и использование инструмента с малым вспомогатель­ным углом в плане φ₁или при φ₁= 0 (широкоугольные резцы) позволяет снизитьшероховатость. При φ₁= 0 теоретически шероховатость должна быть равна ну­лю. Естественно, этого не происходит, поскольку кроме геометрии инструмента на высоту неровностей влияет множество других факторов.

Высота неровностей может быть рассчитана из геометрических соображе­ний по следующим формулам:

Шероховатость поверхности с уменьшением подачи снижается, но не бес­предельно (рис. 2.29, а). При малых подачах, соизмеримых с радиусом скругления вершины инструмента, шероховатость практически не меняется. Поэтому выполнять обработку с очень низкими подачами не целесообразно, так как при этом снижаются производительность и затраты на режущий инструмент.

В зависимости от скорости резания шероховатость увеличивается на скоро­стях резания порядка 20...30 м/мин (рис. 2.29, б), при которых на инструменте образуется нарост. Дальнейшее увеличение скорости приводит к уменьшению наростообразования и, как следствие, снижению шероховатости. В зоне скоро­стей, при которых нароста не образуется, шероховатость минимальна.

Глубина резания практически не влияет на шероховатость поверхности, по­скольку от нее не зависят геометрические размеры нароста.

На шероховатость оказывают влияние и многие другие факторы, в частно­сти жесткость технологической системы, вид и способ подачи СОЖ, физико-химические свойства и структура материалов заготовки и инструмента.

При обработке маложестких деталей на определенных скоростях резания в результате резонанса могут возникать повышенные вибрации упругой техноло­гической системы, что вызывает увеличение шероховатости.

СОЖ оказывает влияние на условия трения при резании, усадку стружки и наростообразование. Его наличие способствует снижению шероховатости.

Для обеспечения низкой шероховатости поверхности необходим правиль­ный выбор инструментального материала. Например, не рекомендуется обраба­тывать титановые сплавы инструментом из двухкарбидных твердых сплавов типа Т15К6 из-за химического сродства титана и карбида титана, которое проявля­ется в образовании прочных химических связей и, как следствие, — увеличении сил трения на поверхностях контакта.

На параметры шероховатости, получаемой при шлифовании, влияют ско­рость резания, свойства абразивного круга (размеры и форма зерен, материал абразивных частиц, вид связки, структура), значения подач, тип СОЖ, условия и частота правки круга.

Шероховатость снижается при увеличении скорости резания и уменьшении по­дач, применении выхаживания и СОЖ. Мелкозернистые круги обеспечивают меньшую шероховатость. Значения шероховатости поверхностей и точности, дос­тигаемой после различных методов механической обработки, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Метод обработки	Шероховатость поверхности Ra, мкм	Квалитет точности
		экономически целесообразный	достижимый
Точение с продольной подачей:
получистовое	6,3... 12,5	12...14	-
чистовое	1,6...3,2	7...9	6
тонкое	0,4...0,8	6	5
Фрезерование
Цилиндрической фрезой:
черновое	25...50	12...14	-
чистовое	3,2...6,3	И	6
Торцовой фрезой:
черновое	6.3...12,5	12...14	-
чистовое	3,2...6,3	11	6
Сверление отверстий:
до 15 мм	6,3...12,5	12...14	10
свыше 15 мм	12,5...25	12...14	10
Зенкерование:
предварительное	12,5...25	12...14	-
чистовое	3,2...6,3	10. ..11	8
Развертывание:
получистовое	6,3...12,5	9...10	8
чистовое	1,6...3,2	7...8	7
тонкое	0,4...0,8	7	6
Растачивание:
черновое	50...100	12...14	-
чистовое	1,6...3,2	8...9	7
тонкое	0,4...0,8	7	6
Протягивание:
получистовое	6,3	8...9	-
чистовое	0,8...3,2	7	-
Шлифование: чистовое тонкое	0,8...1,6 0,2...0,4	6...8 6...7	- 5
Притирка: Средняя тонкая отделочная	0,1...0,2 0,05 0,012...0,025	5...6 5 5 и точнее	5 5 и точнее -
Полирование: обычное тонкое	0,2...1,6 0,05...0,1	- -	- -
Хонингование	0,05... 0,4	6...8	5
Суперфиниширование	0,05... 0,4	6	5 и точнее

Деформационное упрочнение и остаточные напряжения. Степень и глубина упрочнения при механической обработке неразрывно связаны с процессами, происходящими в зоне резания и определяющими силовое воздействие на по­верхностный слой. Основными факторами, влияющими на степень и глубину упрочнения, являются геометрия режущего клина (передний и задний углы, ра­диус режущей кромки, характер и значение износа), режим обработки (скорость резания, подача, глубина резания), трение и тепловыделение в контакте, завися­щие от режимов обработки, наличия и условий подвода СОЖ, свойств режущего инструмента и обрабатываемого материала. Очевидно, и это подтверждено экс­периментальными исследованиями, что степень упрочнения на обработанной резанием поверхности близка к предельной и мало зависит от режимов и усло­вий обработки. Для жаропрочных сплавов она составляет 30...35 %. Глубина деформированного слоя и градиент упрочнения зависят от размеров зоны пла­стической деформации и упруго-пластических свойств обрабатываемого мате­риала.

Глубина деформированного слоя возрастает с уменьшением переднего и заднего углов, увеличением подачи и глубины резания и незначительно снижа­ется с увеличением скорости. Последнее обусловлено уменьшением продолжи­тельности воздействия деформирующих сил на поверхностный слой.

Нагрев в результате тепловыделения при резании может вызывать отпуск приповерхностных объемов материала и тем самым уменьшать измеряемые экс­периментально значения степени и глубины упрочнения.

Значение, знак и характер распределения остаточных напряжений в поверх­ностном слое зависят от тех же факторов, что и упрочнение. Как уже указыва­лось выше, формирование остаточных напряжений происходит в условиях не­равномерных пластических деформаций и нагрева. При разных условиях использования одного и того же метода обработки можно получить как растяги­вающие, так и сжимающие напряжения. При лезвийной обработке обычно фор­мируются остаточные напряжения сжатия (превалирует фактор пластической деформации), а при шлифовании — растягивающие (превалирует фактор нерав­номерного нагрева).