Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

Очевидно, необходимо рассматривать влияние геометрических параметров на шероховатость обработанной поверхности в связи с характером обрабатываемого материала, геометрией резца, режимом резания, критерием затупления, жесткостью системы СПИД и т. д. При отделке деталей нередко применяют резцы с широкой режущей кромкой, расположенной параллельно об­ разующей обрабатываемой детали, т. е. с углом ф = 0. На рис. 277 показаны типы таких резцов. Они снимают очень тонкий слой,

Скорость резания и, м/мин

Рис. 278. Шероховатость обработанной поверхности по мере износа резца по зад­ ней поверхности

измеряемый подчас лишь сотыми долями миллиметра, но с весьма большими подачами s — до 10—20 мм/об и более.

Несмотря на высокую производительность, широкие отделоч­ ные резцы находят ограниченное применение. Вызывая значи­

в процессе резания должна быть строго параллельна образующей поверхности изделия. Во избежание этой трудоемкой операции иногда режущую кромку располагают наклонно относительно линии центров в вертикальной плоскости. Получающаяся при этом неглубокая волнистость легко снимается последующим про­ ходом абразивной шкуркой.

479

Из предыдущего можно было сделать вывод, что большие скорости резания являются положительным фактором с точки зрения чистоты обработанной поверхности. Так, на рис. 278 гра­ фики показывают монотонное уменьшение шероховатости с уве­ личением скорости резания при обработке силумина, причем

Рис. 279. Влияние смазочно-охлаждающих средств на чистоту обработанной поверхности (по Виноградову):

чистота поверхности неизменно ухудшалась по мере затупления инструмента.

При обработке стали монотонность изменения высоты неров­ ностей с увеличением скорости резания нарушается. В диапазоне скоростей резания, где происходит образование нароста, наблю­ дается подскок значений Rz (рис. 279). То же самое получается при тонком точении стали минералокерамическими резцами.

Шероховатость значительно изменяется в зависимости от рода смазочно-охлаждающей среды. Можно считать, что активные до­ бавки значительно снижают неровности обработанной поверхно-

480

сти. Но если ввести нейтральную атмосферу в зону резания, например жидкий азот или газообразный водород то возникает сильный нарост. Эффективность смазочно-охлаждающей среды резко снижается при больших скоростях резания (рис. 279).

Заслуживает внимание то, что глубина резания t в условиях тонкого точения практически не влияет на шероховатость при работе с различными подачами s и величина Ra возрастает с уве­ личением s.

103.ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ВЗАВИСИМОСТИ ОТ СТАНКА И М А Т Е Р И А Л А Р Е З Ц А

Исследованиями установлено, что жесткость станка сущест­ венно влияет на шероховатость обработанной поверхности. По данным ЦНИИТмаш [114], при малых скоростях резания (и = = 25 м/мин) высота микронеровностей уменьшалась на 30% с увели­ чением жесткости токарного станка от 900 до 4500 кгс/мм. С уве­ личением скорости резания эффект уменьшается, и при скорости v = 75 м/мин независимо от статической жесткости станка микронеровности были неизменными и приближались по величине к рас­ четным. Можно предположить, что указанная закономерность изменения чистоты обработанной поверхности связана с вибра­ циями в процессе резания и образованием нароста.

Во всяком случае вибрации являются в основном причиной продольных неровностей, получающихся вследствие изменения площади среза из-за колебательных перемещений изделия и резца. Для уменьшения амплитуды колебаний целесообразно применять пружинные резцы или державки, преимущество которых заклю­ чается в способности демпфировать колебания.

Для обработки деталей, имеющих различные степени неточ­ ности после предыдущего технологического процесса, пружинные резцы должны обладать регулируемой жесткостью.

Состояние самой режущей кромки заметно влияет на качество обработанной поверхности. Гладкая острая режущая кромка, получающаяся при тщательной доводке инструмента, дает в про­ цессе резания более чистую поверхность. Здесь значительную роль играет материал резца. Например, при одинаковых условиях подготовки минералокерамический резец имеет более ровную ре­ жущую кромку по сравнению с твердосплавным Т15К6, причем после затупления лезвие у минералокерамического резца более качественное и обеспечивает более чистую обработанную поверх­ ность, хотя режущая кромка этого резца имеет значительно больший радиус закругления р. Здесь сказывается однородность

материалом (сталью, чугуном), что способствует уменьшению трения,

48!

Однако при обработке некоторых цветных металлов, например алюминиевых сплавов, бронзы и др., обладающих большим хи­ мическим сродством с минералокерамикой, может быть обратная закономерность — твердосплавные резцы обеспечат более чистую поверхность.

Интересно отметить, что шероховатость обработанной по­ верхности различных цветных металлов (латуни, бронзы и др)., не дающих в процессе резания нароста, почти не зависит от скоро­ сти резания.

но и на напряженное состояние обработанной поверхности вслед­ ствие возникновения в зазубринах режущей кромки застоя сильно упрочненных частиц срезанного металла. Возникают остаточные напряжения различных знаков в двух-трех горизонтах поверх­ ностного слоя. Сжимающие напряжения в "первом (наружном) горизонте на глубине около 3 мкм переходят в растягивающие во втором горизонте и опять в сжимающие напряжения в третьем (глубоком). Характер и величина напряжений зависят от условий взаимодействия задней поверхности инструмента или нароста с обработанной поверхностью и площади контакта их при раз­ личных режимах резания. Теплота, возникающая на поверхности

Установлено, что при точении, фрезеровании и шлифовании некоторых жаропрочных сплавов (ЭИ612, ЭИ673, ЭИ434) создается достаточно глубокий наклеп (60—180 мкм) со степенью наклепа 11—52%, а в поверхностном слое появляются растягивающие напряжения при точении и фрезеровании до 44 кгс/мм2 , при шли­ фовании 58 кгс/мм2 и напряжения сжатия до 20 кгс/мм2 при по­ лировании.

Отмечались любопытные явления: зависимость между шероховатостью поверхности (5—10-й класс чистоты) и усталостной прочностью, наблюдаемая у сплавов ЭИ612, ЭИ673 и ЭИ434 при 20° С, не имеет места при 650° С. То же в отношении коррози- онно-усталостной прочности. Следовательно, без ущерба для эксплуатационных качеств некоторых деталей, работающих в ус­ ловиях высоких температур, можно снижать чистоту обработан­ ной поверхности до 6-го класса. Можно предполагать, что в про­ цессе эксплуатации детали при высокой температуре меняется рельеф ее поверхности.

Для улучшения чистоты обработанной поверхности хороши алмазные резцы, имеющие большую износостойкость, твердость и наименьший коэффициент трения. Поэтому применение их особенно выгодно там, где обрабатываются с большой точностью изделия в массовом количестве из материалов, обладающих аб­ разивной способностью (фибра, резина, изоляционные материалы),

482

а также бронза, латунь, алюминий и легкие сплавы. Вследствие

Если требуется особо точная и гладкая поверхность, то приме­ няют двойную обработку: предварительную обточку твердыми сплавами (Т30К4 или ВК4) с глубиной резания t = 0,1 ч- 0,25 мм и последующую отделку алмазным резцом при t — 0,03 ч- 0,05 мм

иподаче s = 0,05—0,03 мм/об. В этом случае легко получить

точность изготовления 0,01 мм и даже большую (---0,005 мм) на специальных станках.

Применяются следующие типы алмазных и эльборовых резцов: 1) с одной прямой режущей кромкой; подобный резец удобен для расточки вкладышей подшипников, так как остающиеся после него на обработанной поверхности риски способствуют удер­

жанию смазки;

2)с круглой режущей кромкой, обеспечивающей весьма глад­ кую обработанную поверхность;

3)с несколькими режущими кромками — наиболее производи­ тельные при наружной обточке, но дающие худшее качество по­ верхности по сравнению с предыдущими резцами.

Вследствие хрупкости алмаза углы резания должны быть до­ статочно велики: их доводят до 90°, а иногда и больше, т. е. пе­ редний угол у отрицательный, а задний угол остатся в пределах до а = 10°. Так, при обработке латуни и мягкой стали рекомен­ дуют угол заострения (5 = 95°, а передний угол у = —15°. Чем тверже обрабатываемый материал, тем больше отрицательный угол. При обработке алюминия у = 0 и ($' = 85°.

Режущие алмазные и эльборовые элементы механически кре­ пятся в оправках или впаиваются. Необходимо отметить поло­ жительное значение припоя как демпфирующего элемента. Алмаз устанавливается таким образом, чтобы плоскости кристаллиза­ ции (они же плоскости раскалывания при обработке) были рас­ положены параллельно передней грани. Расположение указанных плоскостей определяется пробным шлифованием, так как алмаз легче стачивается в направлении, параллельном этим плоскостям.

Натуральный алмаз дороже твердого сплава в сотни раз, но стойкость его при резании цветных металлов выше в тысячи раз. Скорость резания, допускаемая алмазом, очень высока (200— 1000 м/мин); точно указать ее невозможно, так как она зависит от состояния станка, вида обрабатываемых деталей, степени их уравновешенности. Стойкость алмазных резцов измеряется не часами работы до переточки, а сотнями часов (200—1200) и часто выражается тысячами километров пройденного пути. Так, при расточке втулок из фосфористой бронзы 05 0 мм, длиной каж­ дая 60 мм, удалось обработать до переточки резца 70 000 втулок.

Обычно алмазными резцами работают при малых глубинах резания (t = 0,1 ч- 0,25 мм) и весьма незначительных подачах (s = 0,03 ч- 0,08 мм/об).

483