4.4. Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите требования, предъявляемые к инструментальным мате­риалам.

2. Дайте общую классификацию инструментальных материалов, их маркировки и применения.

3. Каковы причины напряжения в инструменте и износа инструмента?

4. Какова физическая сущность изнашивания инструментов?

5. Что такое стойкость режущих инструментов?

6. Начертите график износа за время работы инструмента.

7. Что такое период стойкости инструмента?

8. Каковы критерии износа-затупления инструмента?

9. Покажите зависимость «скорость резания – стойкость инструмента».

10. Дайте определение положения о постоянстве оптимальной температуры резания.

11. Дайте определение экономической скорости резания и скорости резания, соответствующей максимальной производительности на данном рабочем месте.

12. Как различные факторы влияют на скорость резания и стойкость инструмента?

Глава 5 Влияние условий резания на качество поверхностного слоя обработанной детали

5.1. Понятие о поверхностном слое, возникающем при резании

В результате обработки резанием вследствие пластической деформации тонкий поверхностный слой детали толщиной 0,2…1,0 мм приобретает новые свойства, имеющие значительные отличия от обрабатываемой поверхности и внутренних свойств заготовки. Качество детали после обработки резанием прежде всего опреде­ляется:

– точностью размеров;

– геометрическими параметрами качества – шероховатостью, граностью, бочкообразностью, корсетностью и т.д.;

– физическими параметрами – глубиной и степенью наклепа, микро­структурой, остаточными поверхностными напряжениями, дисло­кационной структурой и т.д.

Установлено, что разрушение материала деталей в процессе эксплуатации машин обычно начинается с поверхности. В процессе механической обработки в поверхностном слое появляются остаточные напряжения, разрывы металла, микротрещины, которые при различных условиях эксплуатации могут привести к росту величины трещин и последующему разрушению. Обеспечение высокой усталостной и длительной прочности, термоусталости, износоустойчивости, коррозионной стойкости и других эксплуатационных требований к деталям ГТД может быть достигнуто и технологическими методами, т.е. назначением соответствующих режимов резания. Поэтому технологу нужно знать особенности образования поверхностного слоя и уметь управлять процессом резания для обеспечения наиболее благоприятных параметров качества поверхностного слоя.

5.2. Основные параметры, определяющие качество поверхностного слоя

5.2.1. Шероховатость обработанной поверхности

Реальная поверхность детали после механической обработки в отличие от идеальной поверхности, изображенной на чертежах, всегда имеет неровности различной формы и высоты.

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности. В соответствии с ГОСТ 2789–83, шероховатость поверхности характеризуется высотой неровностей R_z или средним арифметическим отклонением Rа, или R_max, в мкм.

Значения Rа и R_z шероховатости по ГОСТ 2789–83 приведены в табл. 16.

Высота и форма неровностей поверхности, расположение и направление обработочных рисок зависят от принятого метода и режима обработки, геометрии режущего инструмента, свойств обрабатываемого материала, состояния используемого оборудования и т.д.

Для оценки и измерения шероховатости существует целый ряд приборов. Наиболее широкое применение в промышленности и исследовательских организациях получили оптический прибор – двойной микроскоп МИС-11 (МИС-12) конструкции академика ВЛ. Линника – и щуповые – различные модели профилографов-профилометров. Для визуального сравнения существуют эталоны шероховатости для каждого вида обработки резанием.

Таблица 16

Классы и величина шероховатости поверхностей

Класс шерохова­тости (старый ГОСТ)	Ra, мкм	Rz, мкм	Базовая длина, мм
1 2 3	– – –	320 160 80	8,0
4 5	– –	40 20	2,5
6	2,5; 2,0; 1,6	–	– « –
7	1,25; 1,00; 0,80	–	0,8
8	0,63; 0,50; 0,40	–	– « –
9	0,32; 0,25; 0,20	–	– « –
10	0,160; 0,125; 0,100	–	– « –
11	0,080; 0,063; 0,050	–	0,25
12	0,040; 0,032; 0,025	–	– « –
13	–	0,100	– « –
14	–	0,50	– « –

Волнистость поверхности, в отличие от шероховатости, представляет собой совокупность периодически чередующихся выступов и впадин синусоидальной формы, имеющих значительно больший шаг.

В общем виде высота неровностей R_z (Rа) при точении может быть определена из следующей зависимости:

R_z = Н_р + Н, мкм,

где Н_р – расчетная или теоретическая величина неровностей;

Н – отклонение фактической высоты неровностей от рас­четной.

При этом расчетная величина неровностей при радиусе резца при вершине, равной нулю, может быть определена по формуле

Н_р = (S tg  tg ₁)/(tg + tg ₁),

при R, не равном нулю, по формуле

Н_р = S²/8R.

Суммарная величина отклонений Н может быть представлена выражением

Н = Н_пл.деф + Н_{упр.деф} + Н_тр.зад + Н_нар + Н_вибр + Н_h,

т.е. учитывает влияние пластической Н_пл.деф и упругой Н_{упр.деф} деформаций, трения задней поверхности инструмента о деталь Н_тр.зад, наростообразование Н_нар, вибрации Н_вибр, износ инструмента Н_h и т.д.

Необходимо отметить, что пластическая деформация и другие факторы воздействуют на R_z таким же образом, как они действуют на интенсивность износа инструмента при резании. Так, чем выше трение, тем больше интенсивность износа, тем хуже обработанная поверхность и т.д.

Поскольку расчетная высота неровностей Н_р находится из чисто геометрических соображений и от других параметров процесса резания не зависит, то изменение шероховатости обработанной поверхности связано с изменением Н.

На величину Н (или на R_z) оказывают влияние следующие основные факторы: скорость резания, свойства обрабатываемого мате­риала, свойства инструментального материала, жесткость системы станок–приспособление–инструмент–деталь и др.