8.2. Механизм образования шероховатости

Причины образования шероховатости обработанной поверности можно разбить на три группы, связанные: 1) с положением режущих кромок инструмента относительно обработанной поверхности; 2) упругой и пластической деформацией обрабатываемого материала; 3) возникновением вибраций в технологической системе. Образование неровностей обработанной поверхности детали можно представить как след рабочего движения режущей кромки (или кромок) инструмента в поверхностном слое материала.

На рис. 8.1,а–визображены профили обработанной поверхности, представляющие собой траекторию движения режущих кромок инструмента.

а)

б)

в)

Рис. 8.1. Профили обработанной поверхности: а) при резании резцом с r= 0;б) при образовании поверхности криволинейным участком режущей кромки;в) действительный профиль, образованный криволинейным и прямолинейным участками режущих кромок

П

в)

ри обработке поверхностей деталей резцом с радиусом закругленияr= 0 (см. рис. 8.1,а) теоретическая высота гребешкаR_zp определится следующим образом:

KO= ОNctgφ₁ =R_zpctgφ₁ ;OL=ONctgφ=R_zpctgφ;

,

откуда получим:

. (8.1)

Теоретический профиль обработанной поверхности получается как след криволинейного участка режущей кромки BCF с радиусомr(см. рис. 11.2,б), высота оставшихся гребешковопределится как:

CE = R_zp = OC – OE = r – OE;

из треугольника OBEимеем

В результате преобразований получим:

. (8.2)

Анализируя вышеприведенные зависимости, можно отметить следует, что высота гребешков неровностей (уменьшается с уменьшением подачи s, главного φ и вспомогательного φ₁углов в плане и с увеличением радиусаrзакругления при вершине резца. Это подтверждается схемой, показанной на рис. 8.1,а: при уменьшении угла φ (направлениеLE) и угла φ₁(направлениеKF) высота гребешкауменьшается в сравнении с первоначальной высотойR_zp.

В действительности профиль обработанной поверхности будет более шероховатым (см. рис. 8.1,в) и высота его неровностей R_z значительно больше теоретической высотыR_zp. Причиной резкого отличия действительного профиля от теоретического, является упругое и пластическое деформирование слоев обработанной поверхности; значительное влияние на R_z оказывают также периодичность наростообразования и силы трения, действующие между задними поверхностями инструмента и поверхностями заготовки. Эти силы приводят к разрывам материала в поверхностных слоях. Поэтому, наряду c влиянием геометрических факторовs, φ, φ₁иrна шероховатость обработанной поверхности детали влияет в процессе обработки ряд других параметров таких как: скорость резания, свойства обрабатываемого материала, передний угол, смазочно-охлаждающая жидкость, упругие деформации поверхности, шероховатость режущей кромки инструмента, а также износ инструмента.

Влияние скорости резанияна шероховатость обработанной поверхности приведено на рис. 8.2. В интервале скоростейV₁…V₂ (V₁близка к нулю) шероховатость обработанной поверхности увеличивается, что вызывается началом процесса образования нароста, достигающего наибольшей величины при скоростиV₂.

R_z,

мкм

Рис. 8.2. Влияние скорости резания на высоту неровностей обработанной поверхности

При достижении скорости V₂под действием возрастания температуры условия для нароста ухудшаются, высота нароста уменьшается, а при скорости резанияV₃она исчезает совсем. При этом уменьшается высота неровностей профиля. С увеличением скорости резания сV₃доV₄ шероховатость поверхности снижаетсяется за счет уменьшением трения между задней поверхностью резца и обработанной поверхностью, а также уменьшением пластической деформации. При скорости резанияV₄, процесс резания стабилизируется и высота неровностей практически остается постоянной, близкой кR_zp теоретической (см. рис.8.2).

В случае резания высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов, а также хрупкого чугуна кривая 1 почти не имеет места. Более характерной зависимостью для этих металлов является кривая 2(рис. 8.2), которая показывает, что с увеличением скорости резания шероховатость обработанной поверхности сначала уменьшается, а затем остается постоянной, что объясняется почти полным отсутствием нароста.

С увеличением твердости обрабатываемой стали, уменьшается высота неровностей; а с увеличением скорости обработки влияние твердости на шероховатость поверхности снижается.

Смазочно-охлаждающие жидкостиоблегчют процесс стружкообразования, уменьшают трение и пластическое деформирование, способствуют получению менее шероховатой обработанной поверхности.

Высота неровностей режущей кромкивлияет на микрогеометрию обработанной поверхности: зазубрины режущей кромки копируются непосредственно на гребешках обработанной поверхности, увеличивая их высоту. Поэтому поверхности резца для чистового точения должны быть тщательно заточены (доведены), что уменьшает шероховатость на режущей кромке.

При износе резцадо 0,5…1,0 мм по задней поверхности влияние износа на шероховатость поверхности незначительное. При этом большая величина износа, вызывает увеличение высоты неровностей обработанной поверхности, а при недостаточной жесткости технологической системы приводит и к вибрациям, значительно ухудшающим микрогеометрию обработанной поверхности.

Подача s, находящаяся в диапазоне 0,12…0,15 мм/об на шероховатость влияет незначительно, тогда как при дальнейшем увеличении подачи действительная высота неровностей резко возрастает. Глубина резания на изменение шероховатости обработанной поверхности не оказывает существенного влияния.