Формирование волнистости обработанной поверхности при механической обработке (стр. 4 )

Исследование волнистости как фактора, влияющего на эксплуатационные свойства детали, является актуальным направлением. Несмотря на различные результаты исследований, проведенных в данной области, все они носят разрозненный характер, при этом полноценной систематизации таких сведений не существует, что еще раз говорит о малой изученности данного вопроса.

1.3 Анализ технологических факторов, определяющих волнистость
обработанной поверхности

Технологический процесс изготовления детали заключается в непосредственном применении различных методов обработки. Анализ литературы [3, 19, 46, 47, 54, 59, 60, 67, 77, 94, 111, 118] и статистических данных машиностроительных предприятий г. Барнаула (, Механических Прессов», Холдинговая компания «Барнаульский станкостроительный завод», приборостроительный завод «Ротор» и др.) показывает, что основными видами обработки наружных поверхностей являются точение, фрезерование (цилиндрическое и торцевое) и шлифование (плоское и круглое). На рисунке 8 отражено ориентировочное соотношение этих видов обработки. Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что в настоящее время основное внимание необходимо уделять именно токарной, фрезерной и абразивной обработке как методам, имеющим наиболее широкую применимость при формировании поверхности детали.

Рисунок 8 – Соотношение методов механической обработки резанием

       Как видно из приведенной диаграммы (рисунок 8), в машиностроительной отрасли преимущественное положение занимают лезвийные методы обработки. Причиной этого служат не только широкие возможности использования таких методов при обработке детали, но и их универсальность. В современном машиностроении, в условиях стремительного развития направлений совершенствования металлорежущего оборудования, открывающих возможности использования высокоскоростной обработки резанием, лезвийные методы получили широкое распространение как окончательные методы обработки, позволяющие изготавливать поверхности высокого класса точности без дополнительных операций. Большое разнообразие металлорежущих станков, инструментов и приспособлений к ним позволяет производить обработку внутренних и наружных поверхностей деталей различной формы и конфигурации. Данные обстоятельства и определи первостепенность применения лезвийных методов обработки при изготовлении деталей машин.

Несмотря на очевидные отличия операций токарной и фрезерной обработки [39, 52, 111], в основу обоих методов заложена идентичная схема процесса резания, заключающаяся в геометрическом копировании металлорежущего инструмента в материале обрабатываемой детали [54, 82, 86]. Результатом такого воздействия является сформированная поверхность детали, характеризующаяся как геометрическими параметрами, так и физико-химико-механическими свойствами поверхностных слоев.

Естественно, идеализированные подходы в отношении понимания этапов формирования поверхности детали, геометрические параметры поверхности детали, имеющие идентичный характер с геометрией металлорежущего инструмента, на практике не находят подтверждения, так как реальный процесс резания является системой, подвергающейся влиянию значительного количества факторов, в том числе носящих случайный характер.

Анализ литературы [7, 10, 20, 39, 60, 76, 118, 119, 121] показывает, что на параметры, характеризующие поверхность детали, подвергшейся лезвийным методам обработки, влияют:

геометрические параметры инструмента и материал его режущей части; режимы резания; физико-механические характеристики обрабатываемого материала; свойства оборудования, приспособлений и т. п.; исходные параметры самой заготовки (шероховатость, волнистость, точность).

Степень влияния каждого фактора на формирование поверхности детали подробно исследована в работах [96, 99]. Автором проведены исследования теоретических зависимостей по расчету параметров качества поверхностного слоя деталей, позволяющие установить взаимосвязь геометрических параметров поверхности детали с условиями их лезвийной обработки (таблица 2). Приведенные данные показывают, что основное влияние на формирование волнистости обработанной поверхности оказывает:

- глубина резания;

- величина переднего угла режущего инструмента;

- жесткость технологической системы;

- точность станка;

- предел текучести материала заготовки;

- исходная волнистость поверхности заготовки.

Очевидно, вышеперечисленные условия обработки определяют параметрические составляющие волнистости, в то время как вид волнистого профиля определяется применяемым методом обработки.

Таблица 2 – Взаимосвязь геометрических параметров поверхностного слоя
деталей машин с условиями их лезвийной обработки [100]

Условия обработки	Параметры качества поверхностного слоя деталей машин
Hmax	Wz	Smw	Ra	Rp	Sm	S
Подача: s ≤ 0,08 мм/об s ≥ 0,08 мм/об	0 +	0 +	0 +	0 +*	- +*	0 +*	0 +*
Скорость резания: s ≤ 30 м/мин s > 30 м/мин	0 0	+ -	- -	+ -	+ -	0 0	- +
Глубина резания t	+*	+*	+*	+	+	0	0
Углы в плане: ц ц1	+ 0	- 0	0 0	+* 0	+* 0	0 0	+ 0
Передний угол: г > 0 г < 0	+* +*	-* +*	0 +	+ +	+ +	0 0	- +*
Радиус вершины r	+	+*	0	-*	-	0	-
Радиус скругления режущей кромки с	+	+	0	+	+	0	-
Шероховатость режущей кромки RzИН	0	0	0	+*	+*	-	-
Жесткость технологической системы jТС	-*	-*	-*	-	-	+	+
Точность станка	-*	-*	-*	-	-	0	0
Отклонение твердости заготовок ∆HB	+	+	+	+	+	0	0
Предел текучести материала заготовки ут	+	+*	+*	-	-	0	-
Молекулярное сродство материала режущей части инструмента с материалом заготовки ф	+*	+	0	-	-	-	-
Смазочно-охлаждающие технологические средства	-	-	0	-	-	-	-
Исходные параметры заготовки: точность волнистость шероховатость	-* + 0	- +* +	- +* +	0 0 +	0 0 +	0 0 +	0 0 +

Примечание:

Знак «+» означает, что увеличение или уменьшение данного параметра способствует увеличению или уменьшению соответствующего параметра качества детали. Знак «-» означает, что увеличение или уменьшение данного параметра способствует увеличению или уменьшению соответствующего параметра качества детали. Знак «*» означает, что данный параметр оказывает основное влияние на соответствующий параметр качества детали. Знак «0» означает, что изменение данного условия обработки не оказывает влияние на определенные параметры качества поверхности.

На рисунке 9 приведен пример формирования волнистости на цилиндрической поверхности при наружном точении, а на рисунке 10 показана схема формирования волнистости на поверхности детали при фрезеровании плоскости дисковыми фрезами.

Операции фрезерования дисковыми фрезами представляют собой процесс, направленный на придание формы детали, близко приближенной по своим параметрам к эталонной, изображенной на чертеже, путем срезания поверхностных слоев обрабатываемой заготовки посредством применения металлорежущего оборудования, инструмента, а также приспособлений, главными движениями которых являются вращательное движение металлорежущего инструмента и поступательное движение обрабатываемой поверхности заготовки [52, 109]. 

Рисунок 9 – Образование волнистости на поверхности детали
при токарной обработке [100, С.87]

Рисунок 10 – Кинематическая схема образования волнистости на поверхности
детали при фрезерной обработке дисковыми фрезами [109]

Общие принципы формирования поверхности при обработке фрезерованием дисковыми фрезами в значительной мере совпадают с принципами образования поверхности при плоском шлифовании периферией круга (рисунок 11). Отличием в сравнении этих методов является то, что основной причиной образования волнистости обработанной поверхности при фрезеровании является прерывистый характер резания отдельными зубьями фрезы, а при шлифовании – вибрации, т. е. колебания центра вращения шлифовального круга [6, 12, 52, 64, 89, 103, 116, 117, 120].