10.1 Факторы, влияющие на качество поверхности (3часа)

Шероховатость поверхностей заготовок возникает от воздействия ряда факторов в процессе их получения. Заготовки из проката имеют следы шероховатостей прокатных валков. Высота неровностей горячекатаного проката не превышает 150 мкм, а холоднотянутого 50 мкм. Заготовки, полученные свободной ковкой, в зависимости от размера имеют неровности поверхности 1,54 мкм. У горяче-штампованных заготовок на поверхности остаются следы окалины и воспроизводятся поверхностные погрешности штампов. В зависимости от размера заготовок и состояния штампов высота неровностей 150-500мм.

Шероховатость отливок зависит от шероховатости стенок литейных форм, величины зерен формовочной смеси, плотности ее набивки и др. факторов. При литье в песчаные формы ручной формовки мелких заготовок неровности достигают 500 мкм, при литье крупных заготовок 1500 мкм. При машинной формовке – 300 мкм; при кокильном и центробежном литье – 200 мкм; при литье под давлением 10 мкм; при литье по выплавляемым моделям и в корковые формы 1040 мкм.

Поверхностный слой заготовок, полученных ковкой, горячей штамповкой и прокаткой, горячей штамповкой и прокаткой, состоит из обезуглероженной зоны и переходит в зону, в которой наблюдается частичное обезуглероживание. Глубина обезуглероженного слоя у заготовок, полученных свободной ковкой, 500-1000 мкм; у проката до 150 мкм и у калиброванного проката до 50 мкм. Отливки из серого чугуна имеют перлитную корку (перлитная зона) на глубину 300 мкм и за ней зону со значительным содержанием феррита, переходящего постепенно в основную зону.

Поверхностный слой стальных отливок имеет зону обезуглероживания до 200 мкм и далее переходную зону с частичным обезуглероживанием.

При обработке заготовок резанием шероховатость измеренная в направлении движения подачи (поперечная шероховатость), обычно больше шероховатости, измеренной в направлении главного движения режущего инструмента (продольная шероховатость). На шероховатость влияет ряд факторов.

Режимы резания оказывают заметное влияние на шероховатость обрабатываемой поверхности. Наибольшее влияние оказывает скорость резания, с увеличением которой до значения 20-25 м/мин высота микронеровностей достигает наибольшего значения.

При дальнейшем увеличении, при прочих неизменных условиях, шероховатость постепенно уменьшается. Зона увеличенной шероховатости связана с образованием нароста на режущей кромке инструмента. С увеличением скорости наростообразование прекращается и шероховатость уменьшается, что очень хорошо заметно при обработке стали.

Влияние подачи на шероховатость поверхности при разных методах обработки сказывается по разному. При точении стандартными проходными резцами с углом в плане 45 и малым радиусом закругления вершины (2 мм) влияние подачи весьма заметно.

При точении резцами с широкой режущей кромкой влияние подачи практически отсутствует, что позволяет повысить производительность обработки отделочных операций. Умеренное влияние подачи на шероховатость поверхности отверстий, торцовом и цилиндрическом фрезеровании и других методах обработки.

Глубина резания не оказывает заметного влияния на шероховатость, если жесткость технологической системы достаточно велика. В некоторых случаях (снятие литейной корки или удаление наклепанного слоя) увеличение глубины резания уменьшает шероховатость поверхности, т.к. инструмент работает по основному металлу.

Форма режущей кромки инструмента также влияет на шероховатость поверхности.

При шлифовании шероховатость снижается с увеличением окружной скорости шлифовального круга, уменьшением скорости вращения заготовки, размеров зерна круга и глубины шлифования. Шлифование с выхаживанием повышает чистоту обработки.

На шероховатость поверхности влияют механические свойства, химический состав и структура материала заготовок. При обработке заготовок из мягкой низкоуглеродистой стали получается более шероховатая поверхность, чем при обработке заготовок из твердой стали с большим содержанием углерода. Заготовки из стали с повышенным содержанием серы (автоматные стали) и из стали с присадкой свинца имеют более чистую поверхность среза, чем заготовки из обычных сталей. Заготовки из сталей с мелкозернистой структурой обрабатываются лучше заготовок с крупнозернистой структурой.

На полученную при обработке шероховатость поверхности оказывает существенное влияние жесткость технологической системы. Непостоянство жесткости в разных сечениях заготовки, обусловленное условиями ее закрепления вызывает неоднородность шероховатости обработанной поверхности. Вибрации элементов технологической системы периодически изменяют положение режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности, создавая на ней выступы и впадины. На процесс вибрации влияют жесткость системы, зазоры в ее звеньях, неуравновешенность вращающихся частей, дефекты приводов и др. При относительно невысокой частоте и большой амплитуды колебаний на обрабатываемой поверхности образуется волнистость.

Зная влияние технологических факторов на шероховатость поверхности, можно создавать условия обработки, обеспечивающие достижение заданной шероховатости поверхности.

При чистовой и черновой обработке стали, деформация распространяется на глубину от 50 до 100-300 мкм, а при обдирке до 5001000.

Снять остаточные напряжения после предварительного шлифования можно отжигом детали, а после ее окончательной обработки – виброконтактным полированием. При обработке этим методом на поверхности образуются сжимающие напряжения. Вообще, управление остаточными напряжениями – важный резерв повышения эксплуатационных свойств деталей машин.

Увеличение S увеличивает остаточные напряжения растяжения и вызывает рост пластической деформации поверхностного слоя.

Износ и затупление инструмента приводит к повышению трения по его задней поверхности об обрабатываемую поверхность, это способствует формированию остаточных напряжений растяжения при относительно большой глубине их распространения.

При обработке в электролите (электрохимическая обработка) поверхностный слой насыщается водородом, что может привести к хрупкой поломке деталей. Для устранения этого недостатка, а также для уменьшения остаточных напряжений, образующихся в поверхностном слое при изготовлении ответственных деталей (турбинные лопатки), нередко применяется дополнительное механическое полирование. Водород можно удалить отпуском детали при температуре 120-140С.