Шероховатость обработанной поверхности

Реальная поверхность детали после механической обработки
в отличие от идеальной поверхности, изображенной на чертежах, всегда имеет неровности различной формы и высоты.

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности. В соответствии с ГОСТ 2789–83, шероховатость поверхности характеризуется высотой неровностей R_z или средним арифметическим отклонением Rа, или R _max, в мкм.

Значения Rа и R_z шероховатости по ГОСТ 2789–83 приведены
в табл. 16.

Высота и форма неровностей поверхности, расположение
и направление обработочных рисок зависят от принятого метода и режима обработки, геометрии режущего инструмента, свойств обрабатываемого материала, состояния используемого оборудования и т.д.

Для оценки и измерения шероховатости существует целый ряд приборов. Наиболее широкое применение в промышленности и исследовательских организациях получили оптический прибор – двойной микроскоп МИС-11 (МИС-12) конструкции академика ВЛ. Линника – и щуповые – различные модели профилографов-профилометров. Для визуального сравнения существуют эталоны шероховатости для каждого вида обработки резанием.

 

 

Таблица 16

Классы и величина шероховатости поверхностей

Класс шерохова­тости (старый ГОСТ)	Ra, мкм	Rz, мкм	Базовая длина, мм
	– – –		8,0
	– –		2,5
	2,5; 2,0; 1,6	–	– «–
	1,25; 1,00; 0,80	–	0,8
	0,63; 0,50; 0,40	–	– «–
	0,32; 0,25; 0,20	–	– «–
	0,160; 0,125; 0,100	–	– «–
	0,080; 0,063; 0,050	–	0,25
	0,040; 0,032; 0,025	–	– «–
	–	0,100	– «–
	–	0,50	– «–

Волнистость поверхности, в отличие от шероховатости, представляет собой совокупность периодически чередующихся выступов и впадин синусоидальной формы, имеющих значительно больший шаг.

В общем виде высота неровностей R_z (Rа)при точении может быть определена из следующей зависимости:

R_z = Н _р + D Н, мкм,

где Н _р – расчетная или теоретическая величина неровностей;

D Н –отклонение фактической высоты неровностей от рас­четной.

При этом расчетная величина неровностей при радиусе резца при вершине, равной нулю, может быть определена по формуле

Н _р = (S tg j tg j₁)/(tg j+ tg j₁),

при R, не равном нулю, по формуле

Н _р = S ²/8 R.

Суммарная величина отклонений D Н может быть представлена выражением

D Н = D Н _пл.деф + D Н _{упр.деф} + D Н _тр.зад + D Н _нар + D Н _вибр + D Н_h,

т.е. учитывает влияние пластической D Н _пл.деф и упругой D Н _{упр.деф} деформаций, трения задней поверхности инструмента о деталь D Н _тр.зад, наростообразование D Н _нар, вибрации D Н _вибр, износ инструмента D Н_h
и т.д.

Необходимо отметить, что пластическая деформация и другие факторы воздействуют на R_z таким же образом, как они действуют на интенсивность износа инструмента при резании. Так, чем выше трение, тем больше интенсивность износа, тем хуже обработанная поверхность и т.д.

Поскольку расчетная высота неровностей Н_р находится из чисто геометрических соображений и от других параметров процесса резания не зависит, то изменение шероховатости обработанной поверхности связано с изменением D Н.

На величину D Н (или на R_z)оказывают влияние следующие основные факторы: скорость резания, свойства обрабатываемого мате­риала, свойства инструментального материала, жесткость системы станок–приспособление–инструмент–деталь и др.

5.2.2. Наклеп поверхностного слоя
при резании металлов

Под наклепом металла следует понимать повышение его прочностных свойств и твердости при его пластическом деформировании. Первоначальная пластическая деформация металла, образующего поверхностный слой, протекает в зоне стружкообразования, так как начальная граница этой зоны (линия СЕ), как правило, лежит ниже линии среза (рис. 118). Другой причиной деформации поверхностного слоя (а следовательно, и упрочнения) является то, что резание металлов осуществляется инструментом, лезвие которого всегда имеет некоторый радиус округления r. Для заточенных алмазным кругом резцов радиус r может быть в пределах от 3 до 10 мкм. Для резцов, имеющих износ h _з от 0,1 до 0,3 мм, радиус округления составляет 20...60 мкм.

 

 

Рис. 118. Схема процесса резания с образованием наклепа
глубиной упрочнения H _у

 

При наличии r часть металла выше линии АВ уходит в стружку, а слой металла толщиной Н _сжне срезается, а подминается округленной частью резца, подвергаясь упругой и пластической дефор­мации.

Третьей причиной деформации поверхностного слоя является частичное упругое восстановление несрезанного деформированного металла на величину H _y. Это приводит к появлению на задней поверхности инструмента нормальных и касательных сил, а следовательно, и к дополнительной пластической деформации поверхностного слоя.

Таким образом, металл, образующий поверхностный слой,
в процессе резания претерпевает неоднократное пластическое деформирование. Это приводит к изменению всех физико-механи­ческих свойств и структуры металла. Основными характеристиками наклепа являются: степень наклепа Hи глубина наклепанного слоя h _с. Степень наклепа определяется по формуле

H= (H ₁ – H)100%/ H,

где H ₁ – микротвердость детали непосредственно с поверхности;

Н –микротвердость исходного металла.

Методы определения наклепа. В соответствии с изменениями, происходящими в поверхностном слое, глубина наклепанного слоя определяется или по изменению микротвердости по сечению детали, или рентгеноструктурным методом по изменению характера интерференционных линий на рентгенограммах при послойном стравливании исследуемой поверхности.

Наиболее распространенным методом исследования глубины
и степени наклепа в настоящее время является метод измерения микротвердости. Метод заключается в исследовании микротвердости материала (металла) на участке наклонного микрошлифа (рис. 119),

 

а

 

 

б

 

Рис. 119. Измерение микротвердости образца по глубине поверхностного слоя:
а – схема нагружения; б – следы алмаза;

1 – образец

изготовленного на специальном приспособлении. Для измерения глубины и степени наклепа обработанных поверхностей исполь­зуется микроскоп ПМТ-3 и метод косых шлифов. Для проведения исследований изготовлены специальные косые образцы. Измеряя
на косом срезе отпечатки алмазного наконечника, по формулам
или по таблицам определяют микротвердость образца на разной
глубине.

Между h_с и Нсуществует тесная взаимосвязь h_с = k ·Н, где K – коэффициент пропорциональности.

Наклеп поверхностного слоя в значительной степени зависит от многих технологических факторов – элементов режима резания, геометрических параметров инструмента и состояния его режущего лезвия, свойств инструментального и обрабатываемого материалов, вида СОЖ и т.д.