книги из ГПНТБ / Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие

Высота и форма неровностей поверхности, расположение и направление обработочных рисок зависят от принятого метода и режима обработки, конструкции, геометрии режущего инстру­ мента, условий охлаждения и смазки инструмента, химического состава, структуры и свойств обрабатываемого материала, вида и состояния используемого оборудования и приспособлений,жестко­ сти системы СПИД и т. д.

Для оценки и измерения шероховатости существует целый ряд методов и приборов. Все они делятся на две большие группы. К первой относятся методы, основанные на сравнении поверхно­ сти измеряемой детали с образцами, шероховатость которых из­ вестна. Во вторую группу входят методы, обеспечивающие воз­ можность осуществления непосредственных измерений микронеров­ ностей на обработанной поверхности и получения количественной оценки шероховатости.

Из приборов, относящихся ко второй группе, наиболее широкое ■применение в промышленности и исследовательских организациях

201

получил двойной микроскоп МИС-11 конструкции академика В. П. Линника. Этим прибором измерение высоты микронеровно­ стей производится по методу наклонного светового сечения [2]. Благодаря сменности объективов прибором можно измерять чис­ тоту поверхности от 3-го до 9-го классов включительно.

Высота неровностей на поверхностях 9— 14 классов чистоты измеряется с помощью оптических приборов, использующих яв­ ление интерференции света, или щуповых [2].

Внешние (технологические и геометрические) факторы, влияющие на шероховатость

Перемещаясь за один оборот детали на величину подачи

подачи s и формой режущего инструмента. Например, уменьшение величины подачи до значения sz приводит к соответствующему уменьшению высоты неровностей Яр (рис. 11.2 б). Изменение главного и вспомогательного углов в плане ср и свх влечет за собой изменение как высоты, так и формы неровностей поверхности (рис. 11.2 б). Увеличение радиуса закругления вершины резца от ri Д° г2 (рис. 11 -2 а, д и е) приводит к уменьшению расчетной высо­ ты неровностей Яр%

Исследуя геометрические причины образования шероховатости, проф. В. Л. Чебышев предложил рассчитывать высоту неровнос-

Рис. 11.2. Геометрические факторы образования шероховатости приточенив

202

Р ис.11.3. Влияние радиуса при вершине резца и подач на шероховатость

тей при токарной обработке в зависимости от подачи и радиуса при вершине резца по формуле

(11.3)

Из формулы (11.3) следует, что расчетная высота неровностей всецело определяется подачей и радиусом при вершине резца (что соответствует чистовому точению сталей). Таким образом, из чис­ ла внешних геометрических факторов наибольшее влияние на ше­ роховатость оказывает г, а из числа технологических факторов — подача (скорость резания будет рассмотрена отдельно). На рис. 11.3 показано влияние радиуса при вершине резца на шерохова­ тость обработанной поверхности при различных подачах. Из приведенныхданных видно, что увеличение радиуса при вершине повыша­ ет класс чистоты обработанной поверхности тем значительнее, чем при большей подаче велась обработка. Проведенное сравнение рас­ четной и фактической высоты неровностей поверхности показало, что при точении сплава ЭИ437БУ резцом ВК6М с различными ра­

ной высотой микронеровностей обработанной поверхности (рис.

высота неровностей обработанной поверхности по сравнению с рас­ четной ниже на 5 мкм\ при точении же с подачей s = 0,39 мм/об эта разница составляет 18,5 мкм. Меньшая высота микронеровнос­ тей полученной поверхности по сравнению с расчетной может быть объяснена боковым расширением стружки и срывом гребешков на поверхности. Расширению стружки может способствовать высо­ кая пластичность сплава. Впервые улучшение чистоты обработан

203

Рис. 11.4. Изменение разности между расчетной и фактической высотой неровностей (ДН) в

зависимости от радиуса при ■ вершине резца и подачи.

ЭИ437Б; ВК6М

ной поверхности в результате бокового расширения стружки н ,срыва гребешков было обнаружено А. Н. Ереминым [31, которым показано, что чем пластичнее обрабатываемый материал и чем больше величина подачи, тем значительнее эффект от срезания вер" шин неровностей под влиянием пластической деформации стружки

вбоковом направлении, тем меньше общая высота неровностей. Рассматривая влияние подачи на шероховатость поверхности,

следует отметить, что уменьшение s приводит к небеспредельному уменьшению неровностей обработанной поверхности [4, 5, 6]. При некотором значении подачи sK, зависящем от величины радиу­ са при вершине резца, высота неровностей поверхности практиче­ ски не изменяется с уменьшением s (рис. 11.5). Высота неровностей Rz при вторичном точении с подачами, меньшими, чем sK, опреде­ ляется главным образом неровностями режущего лезвия резца, которые копируются на обработанной поверхности и практически не изменяются с изменением s.

При резании резцами с небольшими радиусами закругления и большими подачами образование неровностей связано с участием не только криволинейной части режущей кромки резца, образован­ ной радиусом закругления, но и прямолинейного участка режу­ щего лезвия (рис. 1 1 .2 е).

Формула для Нр в этом случае примет вид [4]

В случае точения резцами с радиусом при вершине, близким к нулю, расчетная высота неровностей будет зависеть от углов в плане и подач

уу = tg ? • tg ? 1

(11.4а)

Р tgcp+tgc?! ' S'

204

Рис. 11.5. Зависимость высоты неровностей обработанной поверхности от подачи и радиуса при вершине резца. ЭИ481; Т15К6 [6]

Глубина резания влияет на величину шероховатости незна­ чительно. Многочисленными исследованиями установлено, чтопри обычном точении влиянием глубины резания на шерохова­ тость практически можно пренебречь.

Влияние физических параметров процесса резания на шероховатость поверхности

Шероховатость обработанной поверхности в общем виде оп­ ределяется из следующего выражения:

Д Я — превышение фактической высоты неровностей над рас­ четной.

205

Величина АЯ зависит от:

а) пластических деформаций обрабатываемого материала (ДЯПЛ); б) упругих деформаций (упругое восстановление) (ДЯупр); в) трения поверхности контакта задней грани по обработанной поверхности (ДЯтр); г) наростообразования (ДЯкар);

д) вибраций инструмента и детали (ДЯВ); е) изменения контура режущей кромки вследствие износа резца (АЯИЗ„)

иможет быть выражена уравнением

ДЯ == Д Я,1Л+ Д Яупр + Д Яхр + Д Я„ар + Д Яв + Д Янзн. (П.6)

Поскольку расчетная высота неровностей Яр находится из чисто геометрических соображений и от других параметров процесса резания не зависит, то изменение шероховатости об­ работанной поверхности связано с изменением ДЯ.

На величину ДЯ (или на Rz) оказывают влияние следующие основные факторы: скорость резания, свойства обрабатываемого материала, свойства инструментального материала, жесткость системы СПИД, СОЖ и др.

Влияние скорости резания. Известно, что при весьма низких скоростях резания порядка 1 м/мин (первая зона) образуется до­ вольно хорошая чистота поверхности (рис. 11.6). При повышении скорости резания до 20ч-30 м/мин (вторая зона) создаются усло­ вия для развитого и устойчивого нароста, который, выступая впереди лезвия и ниже линии среза, ухудшает шероховатость

Рис. 11.6. К вопросу взаимосвязи между высотой неровностей Rz, наростообразованием и коэффициентом усадки стружки К

206

поверхности. Максимуму наростообразования для этой зоны со­ ответствует наименьшее значение усадки стружки и наибольшее значение шероховатости поверхности. При резании на скоростях, соответствующих третьей зоне', наблюдается уменьшение наросто­ образования и уменьшение высоты неровностей. 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 [4] введено понятие «граничной» скорости vrpatl, а А. Н. Ереминым [3] — понятие скорости озеР, после которой поверхность приобретает зеркальный блеск. Считается, что при скоростях вышеигГан и узер высота не­ ровностей перестает быть зависимой от скорости резания и оп­ ределяется чисто геометрическими факторами. В качество при­ мера на рис. 11.7 приведены данные А. И. Исаева [4], откуда вид­ но, что при точении стали ЗОХГСА после скорости 75 м/мин наблюдается стабилизация шероховатости обработанной поверх­ ности. Вместе с тем экспериментальные данные многих исследо­ ваний показывают, что кривые R z — f (с)> выражающие зависи­ мость высоты неровностей от скорости резания при обработке различных материалов инструментами, оснащенными различными марками твердого сплава, во многих случаях имеют характерные точки минимума [7—10]. На рис. 11.8 и 11.9 приведены подоб­ ного рода данные, показывающие, что на определенной скорости резания шероховатость обработанной поверхности становится ми­ нимальной. Характерным для приведенных данных является сов-

207

Рис. l l ! 8 . Влияние скорости резания на интенсивность износа (Д) и чис-

тоту гьоверхн'ости (Нс. к.) при точении молибденового сплава резцом ВК6 М

ПО]

/ion,

Рис. 11.9. Влияние скорости резания на наклеп, шероховатость поверхгности, интенсивность износа и коэффициент трения по задней поверхности

Сплав ЭИ437Б

падение точек минимума шероховатости с минимальной интенсив­ ностью износа инструмента. Данные рис. 11.9 показывают, что между интенсивностью износа, трением и шероховатостью суще­ ствует тесная взаимосвязь. На определенной (оптимальной) скорости резания минимуму коэффициента трения по задней грани соответствует минимум интенсивности износа и более высокий класс чистоты обработанной поверхности. Снижение высоты неровностей поверхности с повышением скорости резания в диапазоне V < V0 может быть объяснено снижением адге­ зионных явлений и наростообразоваиия. При скорости V > V0 наблюдается более интенсивный диффузионный износ инструмен­ та [8—111. Режущее лезвие в этом случае быстрее, чем при ра­ боте на оптимальной скорости резания, теряет свои первоначаль­ ные геометрические очертания и за счет анизотропии диффузии становится более шероховатым. В результате с ростом скорости в диапазоне V > V0 шероховатость несколько возрастает.

Из сказанного следует, что найденные ранее параметрические уравнения максимальной размерной стойкости могут быть ис­ пользованы также и для выбора скоростей резания, являющихся оптимальными по чистоте обработки.

В заключение следует также отметить, что скорости резания огран и озер по своим значениям совпадают со скоростями о0, являющимися оптимальными как по интенсивности износа инст­ румента, так и по шероховатости поверхности.

Влияние свойств обрабатываемого материала. Обрабатывае­ мый материал, его физико-механические свойства и структура ока­ зывают 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, упругое восстановление поверхности резания, изменение величины ДДИЗН, характеризующее изменение геометрии режущей части инструмента вследствие его износа.

Более вязкие и пластичные металлы, склонные к пластиче­ ским деформациям, дают при их обработке грубые и шерохо­ ватые поверхности. С увеличением твердости обрабатываемого

оптимальными по интенсивности износа скоростями резания. Видно также, что равным оптимальным температурам 0 О соот­ ветствует примерно равное значение R z. В работе 112] приведено

209

Рис. 11.10. Влияние твердости стали ЭХВГ и скорости резания на шероховатость поверхности. Резец Т30К4.

материалов находится в пределах одного класса. Если сравнивать шероховатость при произвольно выбранной постоянной скорости, то отличия по чистоте могут быть существенными.

Влияние свойств инструментального материала. Различные инструментальные материалы при одной и той же геометрии ин­ струмента и тех же режимах резания могут дать обработанные поверхности с различной шероховатостью. Это объясняется различием в силах адгезионного взаимодействия и условиях тре­ ния на поверхностях контакта и разной способностью различ­ ных инструментальных материалов сохранять режущую кромку.

склонностью твердого сплава к адгезии и чистотой обработанной поверхности, а также интенсивностью износа существует прямая и тесная связь. Исследования показывают, что инструментальные материалы, имеющие меньшую величину относительного износа, дают и меньшую высоту неровностей обработанной поверхности

(рис. 1 1 .1 1 ).

Влияние марки инструментального материала на шерохова­ тость обработанной поверхности следует устанавливать не при произвольно выбранных и постоянных для всех твердых сплавов

210