КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ НА ШОРСТКІСТЬ

ПРОТОЧЕНОЇ ПОВЕРХНІ

Мета роботи – вивчення впливу швидкості, подачі й глибини різання на шорсткість поверхні, набуття практичних навичок вимірювання шорсткості, знайомство з конструкцією приладів для вимірювання шорсткості.

 

14.1. Загальні положення

Шорсткість є однією з основних характеристик якості поверхні. Шорсткість являє собою сукупність нерівностей з відносно малими кроками, які утворюють мікрорельєф поверхні.

Величина шорсткості поверхонь, які є конструкторськими базами, в значній мірі визначає експлуатаційні характеристики машин, оскільки суттєво впливає на тертя та знос в рухомих з’єднаннях, а також на стабільність і визначеність зазорів і натягів в нерухомих з’єднаннях.

Міцність деталей також залежить від шорсткості поверхні. Руйнування деталей в процесі їх експлуатації в більшості випадків починається з поверхневого шару через концентрацію напружень, які є наслідком наявних нерівностей. Чистова обробка деталей (пластичне поверхневе деформування, полірування та ін.) в значній мірі підвищують їх утомну міцність.

У зв’язку з вищевикладеним суттєве практичне значення мають дані про вплив на шорсткість поверхні факторів процесу різання.

Для кількісного оцінювання шорсткості поверхні ГОСТом 2789-78 встановлені такі параметри:

Ra – середнє арифметичне відхилення профілю;

Rz – висота нерівностей профілю по десяти точках;

R_max – найбільша висота нерівностей профілю;

S_m – середній крок нерівності профілю;

S – середній крок нерівностей профілю по вершинах;

t_p – відносна опорна довжина профілю.

В машинобудуванні для оцінювання шорсткості поверхні найчастіше використовуються величини Ra і Rz.

Базою для визначення відхилень профілю є середня лінія – лінія, яка має форму номінального профілю і проведена так, щоб в межах базової довжини середнє квадратичне відхилення відстаней від поверхні профілю до цієї лінії було мінімальним.

Величина Ra визначається як середнє арифметичне абсолютних значень відхилення у профілю від середньої лінії в границях базової довжини l (рис. 14.1):

, (14.1)

або наближено

 

, (14.2)

 

де n – кількість точок, в яких визначаються відхилення профілю.

	Рис. 14.1. Схема мікропрофілю поверхні для визначення параметрів шорсткості

Величина R_z визначається як сума середніх абсолютних відхилень від середньої лінії п’яти вищих за інші виступів і п’яти глибших за інші впадин профілю в межах базової довжини:

 

(14.3)

 

де – висота і -го виступу профілю, – глибина і -ої впадини профілю.

Базова довжина залежить від очікуваного значення параметра шорсткості Rz або Ra і визначається за довідниками. Так наприклад, якщо Rz знаходиться в межах від 320 до 80 мкм, то базова довжина дорівнює 8 мм, якщо ж Rz знаходиться в межах від 0, 1 до 0, 32 мкм, то базова довжина складе 0, 08 мм.

Між величинами Rz та Ra існує певне співвідношення:

 

. (14.4)

Для попередньо оброблених поверхонь k» 4, для чистової обробки величина k ближче до 5.

Повні визначення параметрів R_max, S_m , S та t_p є в довідковій літературі [12 та ін].

У цій лабораторній роботі розглядається вплив режимів різання (швидкості різання v, подачі s, глибини різання t) на висоту мікронерівностей (параметри Ra і Rz).

Поява мікронерівностей в процесі різання спричиняється спільним впливом пластичної плинності матеріалу із зони первинної деформації в сторону вершин мікронерівностей; вібрацій технологічної системи; наростоутворення, зношування різальної кромки інструмента та інших.

Вплив наростоутворення на формування мікронерівностей можна пояснити таким чином. В результаті адгезійної взаємодії на передній поверхні різця утворюється наріст. Поступово він збільшується в розмірах і все більше заглиблюється в оброблювану заготовку. Це збільшує опір заглибленню, призводить до утворення тріщини в нарості та викликає його руйнування. Зруйнуваний наріст розділяється на три частини – одна із них міцно скріплюється зі стружкою і виноситься з нею, друга залишається на передній поверхні різця і є основою для формування нового наросту, а третя залишається на обробленій поверхні і впливає на розміщення і розміри мікронерівностей, утворюючи характерну лускатість.

Наростоутворення значною мірою обумовлює вплив на шорсткість поверхні швидкості різання. Якщо швидкість різання мала то наріст відсутній і висота мікронерівностей невелика. Зі збільшенням швидкості висота наросту збільшується, а разом з нею зростає висота мікронерівностей, досягаючи максимуму в зоні найбільш інтенсивного наростоутворення. Далі наріст зменшується, викликаючи зниження шорсткості через зменшення об’єму пластичної деформації і коефіцієнта тертя на площинах контакту. Якщо оброблюваний матеріал не схильний до наростоутворення, висота мікронерівностей монотонно зменшується зі збільшенням швидкості різання, хоча рівень цього зменшення невеликий.

Коли швидкість різання перевищує 120-150 м/хв, то вона у більшості випадків практично перестає впливати на шорсткість.

Величина подачі, кутів в плані, радіуса вершини різця впливають на висоту мікронерівностей так: зі зменшенням подачі, кутів j і j ₁ та збільшенням радіуса вершини різця висота мікронерівностей зменшується.

Глибина різання (ширина зрізу) і передній кут інструмента значного впливу на висоту мікронерівностей не мають. З підвищенням твердості й міцності оброблюваного матеріалу та зниженням його пластичності шорсткість зменшується внаслідок зниження середнього коефіцієнта тертя й інтенсивності процесів пластичного деформування та наростоутворення.

Вплив технологічного середовища на шорсткість обробленої поверхні виявляється в першу чергу у зміні інтенсивності наростоутворення і величини середнього коефіцієнта тертя внаслідок утворення на контактних площинах інструмента змащувальних плівок. В результаті їх часткового чи повного зникнення при великих значеннях швидкості різання дія технологічного середовища послаблюється, а відмінності в характері впливу різних середовищ зникають.

Типові залежності Rz = f(v), Rz = f(s), Rz = f(t) наведені на рисунках 14.2, 14.3 і 14.4.

 

 

 

 

14.2. Методика і порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з фізико-хімічними властивостями матеріалу заготовки і геометрією різальної частини інструмента.

2. Виконати обточування 4 поясків вала для визначення залежності висоти мікронерівностей обробленої поверхні від швидкості різання. З цією метою пояски заготовки точити з постійною глибиною різання
t = 0, 5 мм і подачею s = 0, 21 мм/об, але з різною швидкістю різання, наприклад, v₁= 10 м/хв, v ₂ = 25м/хв, v ₃ = 50м/хв, v ₄ = 100 м/хв.

3. Виконати обточування 4 поясків вала для визначення залежності висоти мікронерівностей обробленої поверхні від величини подачі. З цією метою пояски заготовки точити при глибині різання t = 1 мм і частоті обертання n = 630об/хв, але з різною подачею, наприклад, s ₁ = 0, 1 мм/об,
s ₂ = 0, 21 мм/об, s ₃ = 0, 4 мм/об, s ₄ = 0, 6 мм/об.

4. Виконати обточування 4 поясків вала для визначення залежності висоти мікронерівностей обробленої поверхні від глибини різання. З цією метою пояски заготовки точити при подачі s= 0, 21 мм/об; частоті обертання n = 630об/хв, але з різними глибинами, наприклад: t ₁ = 0, 1 мм, t ₂ = 0, 25 мм, t ₃ = 0, 5 мм, t ₄ = 1 мм.

5. Визначити висоту мікронерівностей оброблених поверхонь. Результати вимірювань занести в таблицю.

6. Побудувати графік залежності висоти мікронерівностей оброблюваної поверхні від факторів впливу.

 

14.3. Прилади, інструменти та обладнання

1.Токарний верстат. 2. Різець токарний прохідний. 3. Штангенциркуль.

4. Заготовки. 5. Міри порівняння. 6. Мікроскоп.

14.4. Зміст звіту

1. Мета роботи.

2. Відомості про оброблюваний матеріал заготовки: марка матеріалу, геометричні розміри.

3. Відомості про різальний інструмент: матеріал і геометрія різальної частини.

4. Дані вимірювань у вигляді таблиці 14.1.

Таблиця 14.1

№ досліду	Режими різання	Висота мікронерівностей (Rz), мкм
t, мм	S, мм/об	n, об/хв	v, м/хв

 

5. Короткий опис використаних засобів вимірювання показників шорсткості.

6. Графіки залежностей Rz =f(v), Rz =f(s), Rz =f(t) і стисле їх пояснення.

7. Висновки по роботі.

 

 

14.5. Питання для самоперевірки

1. Що розуміється під шорсткістю поверхні?

2. Якими параметрами характеризується шорсткість поверхні?

3. Від яких факторів залежить висота мікронерівностей?

4. Поясніть характер впливу наростоутворення на висоту мікронерівностей поверхні.

5. Поясніть характер впливу швидкості різання на висоту мікронерівностей оброблюваної поверхні.

6. Поясніть характер впливу глибини різання на висоту мікронерівностей оброблюваної поверхні.

7. Поясніть характер впливу подачі на висоту мікронерівностей оброблюваної поверхні.

8. Як впливають на шорсткість поверхні фізико-механічні властивості матеріалу заготовки?

9. Методи і засоби вимірювання показників шорсткості поверхні.

 

 

Рекомендована література: [10, 12, ].

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ