Формирование волнистости обработанной поверхности при механической обработке (стр. 5 )

Рисунок 11 – Пример операции плоского шлифования периферией круга

Методы алмазно-абразивной обработки при производстве деталей машин уступают в общем объеме применения методам лезвийной обработки (рисунок 8). Однако шлифование выделяют как наиболее универсальный метод окончательной (финишной) обработки различных поверхностей деталей машин, к которым предъявляются высокие требования в отношении точности размеров, правильности геометрической формы и шероховатости обработанной поверхности [12, 25, 31, 119]. Кроме того, при обработке закаленных поверхностей использование лезвийных операций часто оказывается неэффективным или вообще невозможным.

Несмотря на очевидные отличия процесса шлифования от обработки с применением лезвийного инструмента, в основу обоих способов заложен первичный фактор, имеющий идентичный характер. Во всех случаях резание является последовательным сдвигом (или скалыванием) отдельных элементов – стружек с помощью клина, к которому приложена определенная сила резания. Однако процесс шлифования имеет ряд отличительных особенностей.

К основным признакам, присущим именно этому виду обработки, относят [45, 63, 116, 120]:

особенности применяемого инструмента – шлифовального круга (беспорядочное расположение огромного количества мельчайших зерен на рабочей поверхности; прерывистая режущая кромка; разновысотность и многообразие форм шлифующих зерен; особые свойства шлифующих зерен – высокая твердость, термоустойчивость, острота, хрупкость и др.); особенности процесса резания – шлифования (высокие окружные скорости микрорезания и малые глубины резания каждым шлифующим зерном, обеспечивающие мгновенное снятие огромного количества стружек в единицу времени и интенсивное скольжение о материал в момент, предшествующий их врезанию и началу микрорезания; высокие скорости вращения шлифовального круга – до 50 м/с и реже до 100 м/c; высокие значения температуры в зоне резания и др.).

Одним из ключевых положений, объясняющих применение методов алмазно-абразивной обработки, является повышение качества обработанной поверхности, характеризующееся, в том числе, и ее геометрией, стремящейся к номинальной геометрии поверхности, изображенной на чертеже. Появление волнистого профиля на поверхности детали, подвергшейся операции шлифования, носит явно негативный характер и не отвечает основной цели применения таких методов обработки.

Сравнительный анализ факторов, влияющих на геометрические параметры поверхности обработанной детали при лезвийной и алмазно-абразивной обработке, показывает их значительную идентичность. Так, по данным [99, 100], степень влияния параметров алмазно-абразивной обработки на геометрические параметры качества обработанной поверхности определяются в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 – Взаимосвязь геометрических параметров поверхностного слоя
деталей машин с условиями их алмазно-абразивной обработки [99]

Условия обработки	Параметры качества поверхностного слоя деталей машин
Hmax	Wz	Smw	Ra	Rp	Sm	S
Круговая или линейная скорость детали vд	+	+	+	+	+	+	+
Подача s	+	+	+	+*	+*	+*	+*
Глубина резания t	+*	+*	+*	+*	+*	+*	+*
Число выхаживаний N	-*	-*	-*	-*	-*	-*	-*
Зернистость	-	-	+	+*	+*	+*	+*
Концентрация	-	+	-	-*	-*	-*	-*
Молекулярное сродство материала зерен с материалом заготовки ф	+	+	+	-	-	-	-
Правка круга	-	-*	-*	-*	-*	-*	-*
Жесткость технологической системы jТС	-*	-*	-*	-	-	0	0
Предел текучести материала заготовки ут	+	+	+	-	-	0	-
Неравномерность твердости заготовок ∆HB	+	+	+	+	+	0	0
Смазочно-охлаждающие технологические средства	-	-	-	-	-	-	-
Точность станка	-*	-*	-*	-	-	-	-
Исходные параметры заготовки: точность волнистость шероховатость степень наклепа	_* + 0 +*	_ +* + +	_ +* + +	0 0 + 0	0 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.

Анализ приведенных данных показывает, что образование волнистого профиля на поверхности, подвергшейся операции шлифования, предопределяет множество групп факторов, имеющих разную природу происхождения. Однако особое внимание следует уделить таким параметрам, как:

- параметры режима резания;

- характеристики металлорежущего инструмента;

- параметры и свойства технологического оборудования;

- характеристики обрабатываемой заготовки и детали.

Именно эти параметры, по мнению , оказывают максимальное первичное влияние на процессы, способствующие образованию волнистости при применении методов алмазно-абразивной обработки. Однако именно этот же комплекс параметров оказывает влияние и на волнистость обработанной поверхности при лезвийной обработке (рисунок 12). Подтверждения этому находятся в исследованиях , [81, 93, 120,121,122] и др.

Рисунок 12 – Факторы, предопределяющие появление волнистого профиля
на поверхности обрабатываемой детали

       Литературные данные показывают, что имеется общность факторов, предопределяющих появление волнистости на поверхности обработанной детали. Однако имеются и некоторые отличия в причинах формирования волнистости (таблица 4).

Таблица 4 – Факторы, оказывающие основное влияние на формирование
волнистости, с учетом применяемого метода обработки

№	Фактор	Методы лезвийной обработки	Методы алмазно-абразивной обработки
1.	Глубина резания	+	+
2.	Жесткость технологической системы	+	+
3.	Точность станка	+	+
4.	Исходная волнистость	+	+
5.	Число выхаживаний	-	+
6.	Правка круга	-	+
7.	Величина переднего угла режущего инструмента	+	-
8.	Предел текучести материала заготовки	+	-

Таким образом, имеются как общие причины образования волнистости обработанной поверхности, так и различия в механизме ее формирования. Фактически волнистость появляется в результате нестабильности параметров технологической системы в процессе обработки, которая естественным образом приводит к видоизменению нормальных условий протекания процессов внутри таких систем. Так, при точении наружной цилиндрической поверхности, помимо главного вращательного движения детали и поступательного движения подачи инструмента, в результате возникновения возмущающих сил, вызванных нестабильностью технологической системы, имеют место линейные гармонические колебания инструмента в радиальном направлении к обрабатываемой поверхности детали, приводящие к образованию продольной и поперечной волнистости [99]. При этом указанное положение носит справедливый характер для методов как лезвийной, так и алмазно-абразивной обработки.

Таким образом, в общем случае процесс образования волнистости можно представить в виде суммарного проявления нескольких движений: вращательного (щ), поступательного (S0) и колебательного (v), действующего в радиальном направлении детали (рисунки 9, 10).

Источниками колебательных движений, носящих вынужденный характер, могут выступать:

дисбаланс вращающихся частей (шлифовальный круг, ротор электродвигателя, шкивы и др.); неточность работы зубчатых зацеплений; повышенный износ деталей станка; толчки зубьев фрезы; вибрации, передающиеся от работающих соседних станков, и др.

При этом необходимо учитывать и тот факт, что в качестве источника вынужденных колебаний может выступать и суммарное действие нескольких источников таких колебаний, в этом случае результирующая частота собственных колебаний технологической системы будет иметь близкое значение к частоте колебаний наиболее сильного источника, а фактическое значение частоты соответствовать диапазону 150–900 Гц [100, 102, 110, 118, 119].