Качество обработанной поверхности и наклеп при резании

Качество детали определяется геометрией ее реальной поверхности, точностью выполнения заданных размеров и физической характеристикой поверхностного слоя. Отклонения от теоретической поверхности определяются макрогеометрией (эллипсность, конусность и т. п.) и микрогеометрией (шероховатость, волнистость). Под шероховатостью поверхности понимается совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности.

Практика показывает, что качество обработанной поверхности определяет эксплуатационные свойства деталей машин, так как их разрушение обычно начинается с поверхностного слоя. Качество механической обработки деталей в основном зависит от последних (чистовых) проходов. Микрогеометрия поверхности зависит как от геометрической формы режущего инструмента, так и от действия технологических факторов: упругих и пластических деформаций, трения на задней поверхности инструмента, нароста, вибраций, изменения контура лезвий в процессе их износа. Эти факторы определяются параметрами режима резания, свойствами обрабатываемого материала, СОЖ и другими условиями резания.

Из геометрических параметров резца наибольшее влияние на шероховатость поверхности оказывает радиус закругления его вершины. С увеличением радиуса высота неровностей уменьшается. Однако, действительная высота неровностей больше теоретической из-за значительной деформации поверхностного слоя обработанной поверхности. Влияние радиуса на шероховатость обработанной поверхности справедливо при достаточной виброустойчивости системы СПИД. Если жесткость этой системы недостаточна, то с увеличением радиуса вследствие повышения радиальной силы, вызывающей вибрации системы СПИД, высота неровностей возрастает.

Наклеп обработанной поверхности детали происходит в результате пластической деформации ее поверхностного слоя. Деформации подвергается не только срезаемый слой, но и близлежащий под ним слой (рис. 26, зона II). Таким образом, пластическая деформация проникает вглубь обработанной поверхности и имеет при этом затухающий характер (чем дальше слой материала расположен от линии среза ON, тем он менее деформирован).

Таким образом, поверхностный слой детали вначале подвергается деформации со стороны передней поверхности инструмента. Затем вследствие округления лезвия он сдавливается задней поверхностью инструмента и деформируется. После прохождения инструмента происходит упругое восстановление (выпучивание) поверхностного слоя на величину h (рис. 30).

В процессе резания на инструменте образуется площадка износа с нулевым задним утлом. Поэтому контакт задней поверхности с обрабатываемым материалом происходит на трех участках: округленной части лезвия CD, площадке износа DL и участке LM, расположенном под углом. При таком контакте возникают сила нормального давления N2 и сила трения F2. Направления действия этих сил определяется положением участка DL, так как он обычно является наибольшим из участков контакта.

В результате наклепа зерна металла измельчаются, и он становится более прочным и твердым. Если при этом не происходит разрушение материала поверхностного слоя, наклеп может оказывать положительное влияние. Механизм образования остаточных напряжений приближенно можно представить следующим образом. Под действием силы трения f2 (рис. 30) происходит пластическое растяжение верхних слоев обработанной детали, поэтому нижние слои подвергаются упругой деформации растяжения.

После прохода инструмента нижние слои стремятся сжаться, но этому препятствуют верхние слои. В результате в нижних слоях останутся напряжения растяжения, а в верхних слоях возникнут уравновешивающие их остаточные напряжения сжатия. Под действием тепла, возникающего в процессе резания, верхние слои нагреваются до высокой температуры. После прекращения резания происходит быстрое охлаждение этих слоев, сопровождающееся их сжатием, но сжатию верхних слоев препятствуют нижние слои, оставшиеся холодными.

В результате в верхних слоях возникают остаточные напряжения растяжения, а в нижних – уравновешивающие их напряжения сжатия. Таким образом, в результате деформаций в верхних слоях образуются напряжения сжатия, а в результате тепла – напряжения растяжения. В зависимости от условий резания преобладают те или другие остаточные напряжения.