9.2.2.Каччество обработанной поверхности.

Шероховатость обработанной поверхности, наряду со свойствами обрабатываемого материала, весьма сильно зависит от скорости резания, которая определяет развитие адгезионных процессов (образование нароста из обрабатываемого материала на поверхности инструмента), происходящих при резании. Величина нароста определяет качество обрабатываемой поверхности. Чем больше нарост, тем больше высота микронеровностей и тем больше вероятность появления на обрабатываемой поверхности макродефектов. Появление макродефектов вызвано тем, что частицы нароста являются основой очагов когезии (схватывание однородного материала, в отличие от адгезии), разрушение которых приводит к появлению надрывов на поверхности. Кроме того, нарост, выступая перед режущей кромкой, больше углубляется в обрабатываемую поверхность, образуя глубокие борозды.

Зависимости и шероховатости, и высоты нароста от скорости резания принципиально одинаковы – они имеют вид кривой с максимумом. Экстремальный характер зависимости шероховатости обрабатываемой поверхности от скорости резания позволяет выделить следующие четыре характерные области:

-I – малые скорости резания, низкая температура в зоне резания, адгезионные связи не возникают, нароста нет; качество поверхности – высокое (при таких низких скоростях работают протяжки, развертки, т.е. инструмент для чистовой обработки);

-II – увеличение скорости резания приводит к образованию и увеличению и нароста, и высоты микронеровностей;

-III – увеличение скорости резания приводит к повышению сил резания и, соответственно, сил трения. Силы трения начинают превосходить силы адгезионных связей и нарост удаляется, высота микронеровностей снижается;

-IV – выход из зоны наростообразования; высокое качество поверхности (чистовая обработка с высокими скоростями).

Влияние обрабатываемого материала на качество обработанной поверхности проявляется следующим образом.

1. Высота микронеровностей тем больше, чем больше в структуре стали феррита – мягкой, пластичной составляющей и чем ниже твердость самого феррита, т.е. при обработке низкоуглеродистых нелегированных сталей.

2. Высота микронеровностей тем меньше, чем выше твердость обрабатываемого материала. Так, для стали 40Х, максимальная высота микронеровностей получается при скорости резания 25 – 30 м/мин, однако, ее абсолютные значения не одинаковы и зависят от структуры и свойств стали. Наиболее грубая поверхность с высотой микронеровностей 40 – 45мкм и наличием макродефектов наблюдается, если твердость стали 187НВ (структура - феррит + перлит). Повышение твердости до 320 и 360НВ (структура – сорбит и троостосорбит, соответственно) приводит к снижению высоты микронеровностей до 25 и 20 мкм и отсутствию макродефектов.

3. При малых скоростях резания лучшее качество поверхности получается при обработке сталей со структурой пластинчатого перлита, при высоких – зернистого. Так, для стали 40Х, максимальная высота микронеровностей наблюдается при скорости резания около 30 м/мин для структуры зернистого перлита, и около 50 м/мин, если перлит имеет пластинчатое строение. При скоростях резания менее 35 м/мин лучшая качество поверхности достигается при пластинчатой структуре, при более высоких – при зернистой. Таким образом, при использовании инструмента из БРС меньшая шероховатость получается при обработке сталей с пластинчатым перлитом, а при использовании твердосплавного инструмента – с зернистым.

Необходимость оптимизации обрабатывемости резанием определяется тем, что структура, обеспечивающая лучшую обрабатываемость по одним критериям, не обеспечивает хорошей обрабатываемости по другим (табл. 9.2).

Таблица 9.2.

Влияние структуры сталей на обрабатываемость резанием

ПОКАЗАТЕЛЬ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ	СТРУКТУРА
	Зернистый перлит	Пластинчатый перлит
Производительность обработки	Высокая	Низкая
Шероховатость поверхности, инструмент из: БРС Твердого сплава	Большая	Малая
	Малая	Малая
Налипание обрабатываемого материала	Сильное	Слабое
Величина заусенцев	Большие	Малые
Отвод стружки	Плохой	Хороший

Примечание. Сильное налипание возникает при обработке низкоуглеродистых

сталей; оно меньше для среднеуглеродистых и отсутствует при

обработке высокоуглеродистых.

Очевидно, что оптимальной будет структура, при обработке которой достигается максимальная производительность, а также обеспечиваются требования обрабатываемости по другим параметрам.

Противоречие, с которым приходится сталкиваться при назначение структуры стали - невозможность добиться одновременно и высокой производительности (зернистый) перлит и высокого качества поверхности при обработке инструментом из БРС (пластинчатый перлит). В практике приходится идти на компромисс, жертвуя теми или иными характеристиками обрабатываемости.

Структура обрабатываемого материала и режимы предварительной термической обработки назначаются в зависимости от состава стали.

При обработке низкоуглеродистых нелегированных сталей следует назначать структуру пластинчатого перлита. При этом снижение производительности обработки будет незаметным (низкая твердость и прочность), но появляется возможность улучшить качество поверхности при обработке инструментом из БРС, улучшить отвод стружки (см. табл.8.2).

Напротив, при обработке сталей с высоким содержанием углерода (легированных и углеродистых) основная проблема – обеспечение удовлетворительной производительности обработки, тогда как другие параметры обрабатываемости достаточно хороши из-за низкой пластичности таких сталей. Очевидно, что в этом случае оптимальной будет структура зернистого перлита.

В промышленности используют следующие операции предварительной термической обработки:

• нормализация (пластинчатая структура);

• нормализация + высокий отпуск (пластинчатая структура);

• отжиг (пластинчатая структура);

• сфероидизирующий отжиг (зернистая структура).

Продолжительность и стоимость возрастает от первой обработки к последней; твердость – наоборот, получается максимальной после нормализации, минимальной – после сфероидизирующего отжига.

Рекомендации по выбору предварительной термической приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.3.