Технологічні фактори, що впливають на шорсткість поверхні деталей
На шорсткість поверхні впливають наступні фактори:
– склад, структура та фізично-механічні властивості оброблюваного матеріалу;
– матеріал, мікрогеометрія та знос різального інструменту;
– умови обробки;
– жорсткість системи ВПІД;
– кількість, якість і спосіб підведення мастильно-охолоджуючих речовин.
Залежно від властивостей оброблюваного матеріалу змінюється висота мікронерівностей, а також характер впливу інших факторів на чистоту поверхні. У процесі обробки маловуглецевої сталі отримується шорсткість більша у порівнянні з середньо - і високовуглецевою сталями. Пояснюється це великим вмістом фериту в маловуглецевій сталі, який підвищує схильність до наростоутворення. Наявність і форма включень графіту в чавуні позначається на шорсткості. Чавун з дрібнопластинчастим перлітом має меншу шорсткість, ніж феритовий або чавун з крупнопластинчастим перлітом і великим вмістом графіту, тому що останній сприяє утворенню стружки надлому.
На шорсткість поверхні впливає матеріал інструменту. Так, інструменти із вуглецевої та легованої сталі при малих швидкостях обробки дають більш чисту поверхню, ніж із швидкорізальної. Із збільшенням швидкості різання до 15-30 м/хв шорсткість підвищується внаслідок приварювання дрібних часток стружки до леза різального інструмента, оскільки оброблюваний матеріал (сталь конструкційна) і матеріал інструменту (сталь інструментальна) хімічно спорідненні. Відносно твердосплавних інструментів, то на них стружка налипає менше і вони зношуються повільніше, що сприяє отриманню більш чистої поверхні.
Вплив режимів різання на характеристику чистоти поверхні сталевих заготовок виявляється наступним чином (рис.1.27).
 |
Шорсткість обробленої поверхні зростає при швидкостях різання, що обумовлюють утворення наросту. При цьому найбільше значення висоти нерівностей досягається при V=15-20 м/хв., при подальшому зростанні шорсткість зменшується і стабілізується (V=100...150 м/хв.). Підвищення швидкості різання сприяє зростанню глибини наклепу, проте при швидкостях вище 20 м/хв. вона зменшується.
Із графіка (рис.1.27) видно, що шорсткість поверхні зростає при свердлуванні із швидкостями різання в діапазоні 15…25 м/хв., зенкеруванні – 20…30 м/хв., більш висока якість поверхні отримується у процесі виконання розгортки із швидкістю різання 4…8 м/хв.
Як відмічалося вище, на шорсткість поверхні впливає величина подачі, зокрема збільшення її сприяє зростанню показника якості. Проте зменшувати подачу необхідно до деякого граничного значення Sгран., нижче якого чистота поверхні помітно не поліпшується, а іноді навіть погіршується (рис.1.28). Це викликано тим, що при малій подачі на утворення шорсткості великий вплив мають пластичні деформації та нерівномірність подачі.
Результати експериментальних досліджень свідчать про те, що глибина різання практично не впливає на шорсткість поверхні. Ця тенденція характерна також для зміни глибини та ступеня наклепу. Разом з цим вплив глибини різання може мати місце при обробці заготовок з пластичних металів у зоні наклепу, що створюється на суміжній попередній операції. У цих випадках шорсткість поверхні знижується у порівнянні з різанням по шарах, що не отримали наклепу при попередній обробки.
Вибором мастильно-охолоджуючої рідини можна поліпшити чистоту поверхні та підвищити стійкість інструменту. Так, застосування мінеральних рослинних мастил дозволяє знизити висоту мікронерівностей на 20-40% у порівнянні з обробкою без охолодження. При шліфуванні клас чистоти поверхні можна підвищити старанною фільтрацією охолоджуючої рідини.
На якість поверхні суттєво впливає жорсткість технологічної системи. При фіксованої характеристики жорсткості верстата та інструменту шорсткість залежить від конструктивних особливостей і розмірів заготовок, а також від жорсткості їх закріплення.
При консольному кріпленні вала шорсткість поверхні знижується на його вільному кінці (рис.1.29, а). При обробці в центрах з обертальним заднім центром (рис.1.29, б) шорсткість поверхні знижується при ℓ<15d, а при великій довжині вала (ℓ>15d) цей показник погіршується від заднього центру до середини довжини, а потім поліпшується в міру наближення до попереднього центру. Аналогічна картина характерна для кріплення вала в патроні та на задньому обертальному центрі (рис.1.29,в). Але, при ℓ>15d найбільш низький клас чистоти спостерігається на 0,4 довжини вала від торця, що підтримується заднім центром. Така ж епюра зміни параметра шорсткості Rz спостерігається при кріпленні вала в патроні й люнеті (рис.1.29, г). Таким чином, під час обточування заготівок в ідентичних умовах отримується неоднорідність шорсткості поверхні. Це підкреслює труднощі досягнення у рамках виробництва шорсткості поверхонь, що обмежуються вузькими межами.
У процесі обробки деталей абразивними інструментами шорсткість знижується із зменшенням розмірів зерна, підвищенням твердості й швидкості обертання інструменту та деталі, зменшенням поздовжньої і поперечної подачі, збільшенням числа проходів. Проте слід враховувати, що кожному класу чистоти відповідає оптимальне значення зернистості кола, що відповідає максимальній продуктивності. Застосування способу подачі мастильно-охолоджуючої рідини через пори шліфувального кола зменшує висоту шорсткості на 20-30%.
Рис.1.29 – Схеми кріплення валів і епюри значень RZ за їх довжиною
Слід відмітити, що знання впливу технологічних факторів на якість поверхні дає змогу створити умови обробки, що забезпечують досягнення заданого класу чистоти поверхні.
Запитання для самостійного контролю
1. Чим характеризується якість поверхонь деталей машин?
2. Як впливають параметри механічної обробки заготовок та геометричні характеристики різального інструменту на величину нерівностей поверхні?
3. У чому сутність характеристик якості поверхні (форми, хвилястості, напрямку нерівностей), причини виникнення та їх вплив на зношування деталей?
4. Яка існує залежність між зносостійкістю елементів виробу і параметрами шорсткості?
5. Охарактеризуйте вплив напрямку нерівностей та шорсткості на знос спряжених поверхонь при різних видах тертя?
6. Назвіть технологічні фактори, що позначаються на якості обробки деталей
7. Як впливають конструктивні особливості й розміри оброблюваних заготовок, а також жорсткість технологічної системи ВПІД на шорсткість поверхні?