Кінематичні і геометричні параметри процесу різання (стр. 5 из 6)

Розрізняють шорсткість в поздовжному і поперечному напрямках. Попере-чна шорсткість вимірюється в напрямку перпендикулярному до слідів обробки, а поздовжня – вздовж слідів обробки. При обробці різанням поперечна шорсткість більша за поздовжню і є визначальною.

Для оцінки шорсткості поверхні встановлено 14 класів (ГОСТ2789-73), для яких визначено основні значення RaiRz при певних базових довжинах. Ці 14 класів умовно поділяються на 4 групи: 1 група (1-3класи) сюди належать грубі поверхні, які утворюються при чорновій обробці; 2 група (4-6 класи) належать поверхні утворені напівчистовою обробкою різними різальними інструментами; 3 група (7-9 класи) становлять чистові пове6рхні, оброблені абразивним інструментом і чистовими методами (тонке точіння, розвірчуванн, протягування) і електрофізичними методами; ; група (10-14 класи) відносяться поверхні тонко оброблені доводочними інструментами (притиранням, хонінгуванням, суперфінішуванням…)

Поверхня деталі, утворена в результаті механічної обробки, не може бути іде6аль гладкою. Будь який різальний інструмент залишає на ній сліди у вигляді виступаючих гребінців. Теоретичний профіль поверхні повинен складатися з однакових за формою гребінців. Фактично гребінці різні, що викликано пружною і пластичною деформаціями і іншими факторами.

Мікрогеометря поверхні дуже залежить від швидкості різання, величини поздовжньої подачі, глибини різання, радіуса заокруглення різця в плані, мастильно-охолоджуючої речовини, властивостей оброблюваного матеріалу, ступеня спрацювання різця, жорсткості верстата і кріплення заготовки… Вплив швидкості різання на шорсткість поверхні (Rz) показано на рис.

В діапазоні V1-V2 (V1 близька до 0) шорсткість оброблюваної поверхні збільшується через наростоутворення, яке досягає максимального значення при V2. При дальшому рості швидкості різання наріст утворюється менше і при V3 він зникає зовсім, що приводить до відповідного зменшення мікронерівностей. При збільшенню швидкості різання від V3 доV4 шорсткість поверхні продовжує знижуватись, що пояснюється зменшенням сил тертя ( в результаті підвищення температури), а також загальним зменшенням пластичної деформації. Починаючи з швидкості V4, абсолютна величина якої залежить, в основному, від властивостей оброблюваного матеріалу, процес різання стабілізується і висота мікронерівностей залишається постійною. При обробці заготовок з високолегованих сталей, кольорових металів і крихкого чавуну на різальній кромці інструменту наріст не утворюється і з ростом швидкості різання шорсткість поверхні спочатку різко зменшується (штрихова лінія), а потім залишається практично незмінною.

12 Фізичні характеристики поверхневого шару

Процес утворення поверхневого шару деталей при різанні матеріалів є комплексом складних фізичних явищ від яких залежать його фізико-механічні властивості. Структура, фазовий і хімічний склад поверхневого шару деталі залежить від енергії, затраченої на пружно-пластичні деформації, теплової напруги процесу різання і характеру взаємодії оброблюваного матеріалу з матеріалом різальної частини інструменту.

Фізико-механічні властивості поверхневого шару оцінюються глибиною hн,, градієнтом Uгр і ступенем Uн “наклепу” (деформаційного зміцнення), величиною і знаком залишкових напружень, мікроструктурою, щільністю дислокацій, концентрацією вакансій і іншими характеристиками (рис.13).

Ступінь наклепу

тут Нmax – максимальна твердість поверхневого шару, H0 – твердість вихідного матеріалу. Градієнт наклепу

.

Глибина і ступінь наклепу дуже залежить від властивостей оброблюваного матеріалу і режиму обробки. Глибина наклепу зменшується при збільшенні швидкості різання і збільшується з ростом товщини зрізу ( шару, що знімається за один прохід). Затуплений різець в 2-3 рази збільшує глибину наклепу у порівнянні з гострим.

Рис. 13

Так як при обробці різанням різні матеріали деформуються не однаково, то ступінь зміцнення їх різний. М’які пластичні матеріали мають більшу схильність до наклепу. В середньому ступінь наклепу для алюмінію 90-100%, латуні 60-80%, мало вуглецевої сталі 40-50%, а середньо вуглецевої 20-30%. Схильність до наклепу мало пластичних матеріалів (чавун, бронза) значно менша. Глибина наклепу сталі середньої твердості при нормальних умовах обробки становить: чорнова обробка різцем 0,4-0,5 мм, чистова обробка різцем 0,07-0,08мм, шліфування 0,04-0.06мм, полірування 0,02-0,04 мм.

Важливою характеристикою поверхневого шару є величина і знак остаточних напружень, які виникають в результаті дії неоднорідних полів (силового і температурного). Сила тертя задньої грані різця викликає пластичні деформації розтягу верхніх шарів, а шари, що лежать під ними одержують пружну деформацію розтягу. Після проходження різця (зняття навантаження) пружно розтягнуті шари стараються стиснутись, але їм заважають пластично деформовані верхні шари і, як результат, верхні шари стиснуті, а нижні розтягнуті.

Під дією другого фактора – нагріву теплотою, що іде в деталь, верхні шари стараються видовжитись, але їх стримують нижні холодні шари і в поверхневому шарі появляються стискаючі напруження. При інтенсивному нагріванні ці напруження можуть бути більшими за границю текучості і поверхневі шари будуть пластично деформованими – стиснутими (пройдуть пластичні деформації стиску). При охолодженні заготовки у внутрішніх шарах виникнуть остаточні напруження стиску, а на поверхні –розтягуючі напруження. В результаті епюра остаточних напружень залежить від інтенсивності дії механічного і теплового факторів.

При наявності у поверхневому шарі остаточних стискаючих напружень границя витривалості деталі підвищується, а залишкові напруження розтягу понижують її.

Зміцнений поверхневий шар твердість, границя текучості і міцність якого підвищені, має більшу стійкість проти спрацювання і витривалість, але він більш крихкий, а тому опір ударним навантаженням менший. Отже зміцнення поверхні деталі в результаті обробки може впливати на її працездатність, а зміцнення якого набуває поверхня заготовки на певній проміжній операції може вплинути на процес різання на наступних операціях.

13Вібрації при різанні

В процесі різання в системі “верстат-пристрій-інструмент-заготовка” при певних умовах виникають вібрації – періодичні коливні рухи. Вібрації мають шкідливу дію на процес різання: шум, що втомлює працюючих, погіршується якість обробленої поверхні, знижується стійкість інструменту (особливо твердосплавного і з мінералокераміки), зменшується довговічність верстата.

Всі вібрації в залежності від походження поділяються на вимушені і автоколивання. Вимушені коливання виникають в результаті неврівноваженості рухомих частин верстата, пристрою, заготовки, інструменту, похибками зубчастих передач, нерівномірним припуском…Усуваються вони шляхом балансування систем, жорсткого кріплення елементів, встановленням опор, що гасять коливання, прокладок, віброізоляції фундаменту.

Автоколивання самі виникають в процесі різання. При цьому пульсуюча сила, яка відповідає за характер коливань, утворюється всередині системи. Їх викликають різні причини: а) виникнення в системі фізичних явищ, що збуджують коливання (зміна сил зовнішнього і внутрішнього тертя, періодична зміна сил різання і об’єму деформованого металу, виникнення тріщин і відокремлення стружок, зміна величини наросту і періодичний його зрив);б)змі- ною стану внутрішньої системи (з багатьма ступенями вільності) призводить до того, що ріжуча кромка інструменту по відношенню до заготовки описує еліпс, а не коло, що створює коливання в системі “інструмент-деталь”.

Коливання різальної кромки інструменту можуть мати частоту 500-1000 Гц і амплітуду від 1мкм до декількох мм. Розрізняють два види автоколивань: низькочастотні (300-500 Гц), що викликають звук низького тону і значно погіршують чистоту обробки, робота при таких коливаннях недопустима; високочастотні (1000-3000 Гц), на оброблюваній поверхні виникає дрібна хвилястість, звук високого тону.

Вібрації можна зменшити застосуванням легких патронів, зменшенням вильоту інструменту, використанням раціональних схем обробки, заточуванням інструменту, збільшенням швидкості різання, спеціальними віброгасниками. Найпростіший спосіб зменшення вібрацій це правильний вибір кутових параметрів інструменту (j,j1,g,a) радіуса при вершині і режимів обробки.

З ростом швидкості різання вібрації спочатку збільшуються (v=30-50м/хв), а дальше при v

>80 м/хв різко зменшуються. Ширина зони, при якій коливання різко наростають, залежить від жорсткості системи і площі поперечного перетину стружки, геометричних параметрів інструменту, властивостей матеріалу.

При різанні трудно оброблюваних матеріалів застосовують так зване вібраційне різання. Воно полягає у накладанні на інструмент звукових і ультразвукових вібрацій в напрямку подачі – осьових коливань, або в напрямку швидкості різання – тангенціальних коливань. Амплітуда цих коливань мала.

14 Спрацювання різального інструменту

Втрата ріжучих властивостей інструментом може проходити в результаті аварійного (випадкового ) спрацювання – ламання, викришування частинок ріжучої кромки і поступового (монотонного) зношування. Аварійне зношування проходить в тих випадках, коли виникаючі напруження вищі границі міцності матеріалу інструменту, або коли частина інструменту згинається при малій його твердості. В основному аварійне спрацювання пояснюється невідповідністю механічних якостей і кутових параметрів інструменту умовам різання (роботи), або дефектами матеріалу (мікро лікваціями і іншими місцевими мікро і макро дефектами матеріалу), а також похибками заточування інструменту. Значно складніше пояснити монотонне зношування.