Квиз по станку

{{ question.text }}







 

Шероховатость поверхности при фрезерной обработке на станке с ЧПУ

Понятие шероховатости

При любом способе контактной обработки материалов (включая и частный случай – обработку резанием, в нашем случае фрезерование) на поверхности заготовки остаются мельчайшие неровности. Причиной этого является неравномерный скол материала под воздействием режущего клина, дефекты самого клина (включая естественный износ), нарушение контакта инструмента с заготовкой вследствие общей деформации системы «станок – инструмент – приспособление – заготовка» под влиянием силы резания или повышенной температуры и т.д. Совокупность микронеровностей (выступов и впадин) характеризует величину шероховатости поверхности.

Влияние на эксплуатационные свойства

Шероховатость измеряется в микрометрах (мкм). Чем меньше её величина, тем более гладкой является поверхность изделия. Шероховатость оказывает решающую роль на прочность, стойкость к истиранию, химическую и коррозионную стойкость, величину контактного трения, внешний вид изделия и ряд прочих важных показателей.

Основными узлами в любых машинах и механизмах являются кинематические пары трения. При их работе – взаимном перемещении – существенная доля энергии тратиться на преодоление сил трения, а значит, расходуется на нагрев и бесполезно рассеивается в виде механических потерь. Следствием трения также является износ и выход из строя деталей механизмов. Применение смазочных материалов помогает частично решить эту проблему, но требуемая толщина масляного слоя на поверхности опять-таки зависит от её шероховатости. Так для высоконагруженных подшипников скольжения слишком малая шероховатость приводит к тому, что масло выдавливается из зоны трения. Это может привести к «схватыванию» соприкасающихся деталей на молекулярном уровне. Напротив, при наличии определённой высоты микронеровностей, смазочное масло задерживается и образует надёжную защитную плёнку.

На основе обобщения большого числа опытных данных установлено, что определённые условия износа предполагают наличие оптимальной величины шероховатости, обеспечивающей максимальную стойкость изделий. Таким образом, шероховатость является очень важной конструкционной характеристикой детали. Наряду с допусками на отклонение размеров, шероховатость всегда указывается на чертежах, а техпроцесс строится, в том числе, под требования обеспечения заданной шероховатости готовых изделий после обработки.

Шероховатость при фрезеровании

Для снижения сил контактного трения необходимо уменьшать величину шероховатости. В основном это достигается путём обработки поверхности с целью повышения её качества. Часто ошибочно считается, что качество поверхности и её шероховатость – это одно и то же. Однако понятие «качества» подразумевает характеристику не только поверхности материала, но и внутренней структуры поверхностного слоя, который также подвергается изменением в процессе обработки. Так при фрезеровании заготовок из металлов, силы резания воздействуют на поверхность, нагревая её до 800-1000 °С. При такой температуре в металле происходят структурные изменения, так что поверхностный слой становиться отличным по свойствам от остального материала детали. Это следует учитывать при выборе режимов фрезерования и соотносить с величиной шероховатости поверхности, которую требуется получить после обработки.

На величину шероховатости (высоту неровностей) при фрезеровании оказывают влияние многие факторы: материал заготовки, тип инструмента, режим и условия фрезерование (наличие/отсутствие охлаждения, высокоскоростная обработка и пр.), кривизна вершины зубьев фрезы, а также величина подачи и, менее значительно, глубина фрезерования. Отсюда следует вывод, что для снижения высоты неровностей необходимо уменьшать углы заточки фрезы и увеличивать радиус закругления вершины зуба, а также снижать величину подачи. Таким образом, шероховатость обрабатываемой поверхности в значительной мере определяется геометрией и размерами (диаметром) фрезы. Так после этапа черновой обработки (к примеру, концевой фрезой Ø 6 мм) крупные неровности различимы невооружённым глазом. Промер высоты этих неровностей даёт внушительную величину шероховатости – до 100 мкм и выше. Последующее чистовое фрезерование (с заменой фрезы на более «тонкую») снижает шероховатость до величины 5-10 мкм и ниже.

На высоту неровностей (фактическую шероховатость после обработки) оказывают влияние и другие факторы. К примеру, различные материалы заготовки склонны к образованию отличающейся по свойствам стружки. Твёрдые металлы (подобно чугуну) образуют неровную стружку с острыми краями. При этом скол материала происходит не только в плоскости резания, но и распространяется на соседние слои. В результате высота неровностей, по сравнению с ожидаемой, оказывается выше. При малой величине подачи на качество поверхности заготовки большое влияние оказывает состояние режущей кромки фрезы. Неровности и дефекты режущего клина как бы «копируются» на обрабатываемой поверхности. Следовательно, при чистовой обработке особенно важно внимательно следить за качеством режущей части инструмента.

Современные фрезерные станки с ЧПУ отличаются высокой точностью обработки. В ряде случаев это позволяет получить требуемую шероховатость поверхности уже на этапе чистового фрезерования – без необходимости последующей шлифовки и полировки изделий.

Однако ошибкой будет считать, что во всех случаях требуется добиваться минимальной шероховатости. Это совершенно неоправданно экономически: чем ниже шероховатость – тем выше стоимость обработки, кроме того возрастает износ инструмента и повышаются затраты времени на техпроцесс. Поэтому величина шероховатости должна определяться в каждом конкретном случае исходя из конструктивных требований к деталям узлов машин, а также рекомендаций ГОСТов.

Яндекс.Метрика