5.3. Зависимость параметров качества поверхностного слоя от условий обработки

5.3.1. Влияние условий обработки на шероховатость поверхности

Влияние скорости резания на шероховатость. Известно, что при работе на низких скоростях резания (первая зона скоростей), при которых нарост не образуется, получается (образуется) довольно хорошая чистота поверхности, т.е. меньшая шероховатость обработанной поверхности (рис. 123). При повышении скорости резания (II зона)

Рис. 123. Влияние скорости резания на усадку стружки и шероховатость поверхности

до V = 20...30 м/мин создаются условия для развитого и устойчивого нароста, который, выступая впереди лезвия и ниже линии среза, ухудшает шероховатость поверхности. Дальнейшее увеличение скорости резания (III зона) приводит к уменьшению наростообразования и высоты неровностей обработанной поверхности. За пределами наростообразования высота неровностей принимает наименьшее значение. Дальнейшее увеличение скорости резания, по данным многих исследователей, не оказывает существенного влияния на шероховатость. В связи с этим А.И. Исаевым введено понятие «граничной» скорости резания V_гран, а А.Н. Ереминым – понятие скорости зеркальной V_зерк, после которой поверхность приобретает зеркальный блеск.

Рис. 124. Влияние скорости резания V на шероховатость протянутой поверхности Ra различных сталей и сплавов с подачей 0,02

и 0,1 мм/зуб

ВЖЛ-14 ВТ3-1 ЭИ787-ВД

ЭП517Ш ЭП517Ш (0,1 мм/зуб)

В

Рис. 125. Влияние скорости резания V на интенсивность износа h_о.п, коэффициент трения  и шероховатость обработанной

по­верхности R_z

месте с тем экспериментальные данные многих исследователей показывают, что кривые R_z = f(V), выражающие зависимость высоты неровностей от скорости резания при обработке различных материалов инструментами, оснащенными различными марками твердого сплава, во многих случаях имеют характерные точки минимума.  Например, при протягивании различных материалов есть две зоны скоростей резания (рис. 124) – зона неблаго­при­ятных скоростей от 0,5 м/мин до 12 м/мин и зона благоприятных скоростей резания от 25 м/мин и выше.

Характерным является то, что точки минимума шероховатости совпадают с минимальной интенсивностью износа инструмента. Это показывает, что между интенсивностью износа инструмента, трением и шероховатостью существует тесная взаимосвязь. Установлено, что скорости V_гран и V_зерк совпадают с оптимальными скоростями V_o как по интенсивности износа, так и по ше­ро­ховатости (рис. 125).

Влияние подачи на шероховатость обработанной поверх­ности. Подача является важным элементом режима резания, влияющим на производительность процесса обработки. При чистовой обработке повышение подачи чаще ограничивается требуемой низкой шероховатостью обработанной поверхности.

С повышением подачи при сохранении постоянства оп­ти­маль­ной температуры Т_о усадка стружки снижается, также снижается величина оптимального поверхностного износа h_о.п.о и скорость размерного износа V.

Понижение (уменьшение) величин h_о.п.о и V при увеличении подачи может уменьшить высоту неровностей. Снижение же усадки стружки повышает высоту неровностей (см. рис. 124, сталь ЭП517Ш, подачи 0,02 и 0,1 мм/зуб). Следовательно, на характер зависимости R_z = f(S) будет влиять сумма всех факторов.

Влияние глубины резания на шероховатость. Глубина резания как геометрический фактор не может изменить профиль и высоту неровностей обработанной поверхности. Глубина резания влияет на высоту неровностей при изменении температуры резания, условий наростообразования, деформации срезаемого слоя и т.д. Но так как глубина резания слабо влияет на температуру резания, усадку стружки и геометрические параметры нароста, то высота неровностей изменяется незначительно. Указанное заключение справедливо при работе резцами с углом при вершине  > 90°.

При работе же резцом с  < 90° изменение глубины может существенно влиять на высоту неровностей Н, что связано с изменением отношения ширины срезаемого слоя к его толщине.

Как правило, глубина резания, оптимальная по шероховатости, оптимальна и по интенсивности износа инструмента.

Влияние свойств обрабатываемого и инструментального материалов на шероховатость. Обрабатываемый материал, его физико-механические свойства и структура оказывают существенное влияние на характер и высоту неровностей обработанной поверхности. Влияние это осуществляется через следующие факторы процесса резания: интенсивность деформаций, трение на поверхностях контакта, наростообразование, вибрации, износ и т.д.

Б

Рис. 126. Влияние твердости обрабатываемого материала на шероховатость R_z

олее вязкие и пластичные металлы (материалы), склонные к плас­тическим деформациям, дают при их обработке грубые и шероховатые поверхности. С увеличением твер­дости обрабатываемого материала, его ударной вязкости высота шероховатости снижается (рис. 126).

Следует отметить, что для каждой твердости и структуры существует своя критическая скорость резания, при которой получается хорошая чистота обработанной по­верхности.

Р

Рис. 127. Влияние инструментального материала на шероховатость

азличные инструментальные материалы при одной и той же геометрии инструмента и тех же режимах резания могут дать обработанные поверхности с различной шероховатостью. Это объясняется различием в силах адгезионного взаимодействия и условиях трения на поверхностях контакта и разной способностью различных инструментальных материалов сохранять режущую кромку.

Исследования показывают, что инструментальные материалы, имею­щие меньшую величину относительного износа, дают и меньшую высоту неровностей обработанной поверхности (рис. 127).

Влияние марки инструментального материала на R_z необходимо установить при оптимальных для каждого сплава скоростях, а не при произвольно выбранных.