Особенности обработки резанием хрупких материалов

УДК 621.9

,

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ

Рассмотрены особенности разрушения материала и формирования шероховатости в процессе обработки хрупких материалов. Представлены теоретические уравнения взаимосвязи условий обработки с параметрами качества поверхности, позволяющие обеспечивать на деталях необходимую шероховатость.

Ключевые слова: обработка резанием, формирование шероховатости, хрупкий материал.

При изготовлении деталей их качество оценивается по точности размеров и качеству поверхностного слоя. Из множества параметров качества поверхностного слоя [1-3] стандартизованными являются только параметры шероховатости. Поэтому по их величине и оценивается в большинстве случаев качество поверхностного слоя.

Спрогнозировать величину высотных параметров шероховатости можно по зависимости [2]:

,

где h1-составляющая шероховатости, вызванная геометрией рабочей части инструмента (лезвия) и кинематикой его рабочего движения относительно обрабатываемой поверхности; h2- составляющая шероховатости поверхности, вызванная колебательными перемещениями инструмента относительно обрабатываемой поверхности; h3 ‑ составляющая шероховатости поверхности, вызванная пластическими деформациями материала обрабатываемой заготовки в зоне контакта с рабочим инструментом; h4 ‑ составляющая шероховатости поверхности, вызванная шероховатостью рабочей части инструмента.

Однако данная зависимость справедлива для пластичных материалов, при обработке которых возможно пластическое оттеснение материала вспомогательной режущей кромкой.

При обработке же хрупких материалов картина образования шероховатости поверхности будет иной. Её формирование, как и при обработке деталей из пластичных материалов, будет определяться геометрией и кинематикой перемещения рабочей части инструмента относительно обрабатываемой поверхности (h1), колебаниями инструмента (h2). Однако составляющая h1частично уменьшается за счёт среза вершины неровности при сдвиге материала вспомогательной режущей кромкой на величину h3 (рис.1). Естественно, что пластического оттеснения материала при формировании шероховатости, вследствие его хрупкости, в процессе обработки происходить не будет.

Шероховатость режущей кромки на вершине резца будет дополнительно увеличивать формируемую шероховатость на величину h4=RZинс.

При обработке многозубым инструментом, например фрезой, на формирующуюся шероховатость будет влиять и биение зубьев h5=Dз. На высоту шероховатости в процессе обработки будет также влиять возможная пористость материала h6.

Таким образом, в общем случае при лезвийной обработке хрупких материалов средняя высота профиля шероховатости будет определяться уравнением

. (1)

Формирование профиля шероховатости при однолезвийной обработке резцами представлено на рис.1.

При этом зависимость (1) для точения принимает следующий вид:

. (2)

Составляющие h1, h2 можно рассчитать по известным зависимостям [1; 2]. На формирование составляющей h3 будут влиять сжимающее и касательное напряжения. Условие равновесия будет выглядеть следующим образом:

,

где с – ширина площади, на которую действуют сжимающее и касательное напряжения; b ‑  длина площади, на которую действует касательное напряжение; lAB =ρΦ- длина площади, на которую действует сжимающее напряжение, ρ- радиус округления режущей кромки, Φ- угол сдвига; c1 – угол контакта вершины лезвия с обработанной поверхностью по вспомогательной режущей кромке (рис.1).

c1

Рис. 1.Формирование профиля шероховатости при лезвийной обработке

хрупких материалов

Для того чтобы произошел срез вершины неровности, должно выполняться условие

причем в эту зависимость необходимо подставлять следующие значения χ1:

1) при и ;

2) при и (вспомогательный угол в плане инструмента);

3)при и .

С учетом того, что величины b и h3 являются сторонами треугольника гребешка скола, для них получены следующие зависимости:

1) при и (рис. 2а)

,,

где χ - угол контакта вершины лезвия с обработанной поверхностью по главной режущей кромке;

2) при и (рис. 2б)

;

3) при и (рис. 2в)

, .

Рис. 2. Схема для расчета высоты скола (h2) при формировании профиля:

а - радиусной частью лезвия инструмента; б - радиусной частью лезвия и вспомогательной режущей кромкой инструмента; в - радиусной частью лезвия, главной и вспомогательной режущими кромками инструмента.

Предложенная модель проверялась при обработке графита марки МГ1 на станке мод. 16К20 резцом с напайной пластиной ВК8. Учитывая, что величина колебания составляющей силы резания DРу при обработке графита на порядок меньше, чем при обработке конструкционной стали, можно пренебречь величиной колебаний, следовательно, h2 =0. Таким образом, уравнение (2) для случая токарной обработки графита примет следующий вид:

.

Рис. 3. Профилограмма поверхности, обработанной точением (радиус вершины r = 0,4 мм, глубина резания t = 1мм, скорость резания V = 200 м/мин, подача S0 = 0,7 мм/об, углы в плане φ =φ1= 45º, ВУ/ГУ=10)

Снятые профилограммы полученной поверхности подтверждают предложенную картину формирования шероховатости (рис. 3).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Суслов, поверхности деталей машин / . - М.: Машиностроение,2007.- С. 434.

2.  Суслов, поверхностного слоя деталей машин / . М.: Машиностроение, 2000. - С. 320.

3.  Сулима, A. M. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / A. M. Сулима, , . - М.: Машиностроение, 1988. - С.240.

Материал поступил в редколлегию 26.05.09.