На шероховатость поверхностей заготовок в процессе их получения влияют несколько факторов. Заготовки из проката имеют следы шероховатости прокатных валков. Высота неровностей горячекатанный проката не превышает 150 мкм, а холоднотянутая - 50 мкм. Заготовки, полученные свободной ковкой, в зависимости от их размеров
имеют неровности поверхности высотой до 1,5-4 мм. В горячештампованных заготовках на поверхности остаются следы окалины и воспроизводятся поверхностные неровности штампов. В зависимости от размера заготовок и состояния штампов высота неровностей составляет 150-500 мкм.
Шероховатость поверхностей отливок зависит от шероховатости стенок литейных форм, величины зерен формовочной смеси, плотности их набивки и других факторов. При литье мелких заготовок в песчаные формы ручной формовки неравенства достигают 500 мкм, при литье больших заготовок - 150 мкм, при машинном формировании они равны 300 мкм, при кокильном и центробежном литье 200 мкм, при литье под давлением 10 мкм, при литье по моделям, выплавляемым и в корковые формы 10 - 40 мкм.
Поверхностный слой заготовок, полученных ковкой, горячей штамповкой и прокаткой, имеет обезуглероженная зону затем переходит в зону, в которой наблюдается частичное обезуглерожування. Глубина обезуглероженная слоя: в заготовок, полученных свободной ковкой, 500 - 1000 мкм в прокат до 150 мкм; в калиброванного проката до 50 мкм. Отливки из серого чугуна имеют перлитну корку (перлитна зона) глубиной 300 мкм и за ней зону со значительным содержанием феррита, переходит постепенно в основную зону.
Поверхностный слой стальных отливок имеет зону обезуглероживания глубиной 200 мкм и далее переходную зону с частичным обезуглероживания. Глубина обезуглероженная слоя горячештампованной заготовки 200 мкм.
При обработке заготовок резанием на их поверхности возникают микронеровностей. Шероховатость, которая измерен в направлении движения подачи (поперечная шероховатость), обычно более шероховатости, которая измерен в направлении главного движения инструмента (продольная шероховатость). На шероховатость обработанной поверхности влияет несколько факторов. Прежде всего она зависит от метода обработки. Каждому методу обработки присущи определенные диапазоны высоты микронеровностей, форма и схема расположения штрихов от инструмента на поверхности, обрабатываемой, обусловленные кинематикой движения инструмента относительно заготовки (параллельные, колообразни, пересекающихся по спирали).
Режимы резания влияют на шероховатость поверхности, которая обрабатывается. При скорости резания 20 - 25 м / Ммин высота микронеровностей достигает наибольшего значения. При дальнейшем увеличении скорости резания, при прочих равных условиях, шероховатость поверхностей постепенно уменьшается. чугуна и твердых цветных сплавов). При высоких скоростях резания стружка отделяется режущим инструментом более плавно без вырывания частиц металла.
Подача по разному влияет на шероховатость поверхности при различных методах обработки. При точении стандартными проходными резцами с углом в плане 45 и рисим радиусом закругления вершины (до 2 мм) подача заметно влияет на шероховатость (кривая 1 на рис. 3). При точении резцами с широкой режущей кромкой (кривая 2) шероховатость поверхности не зависит от подачи, что позволяет повысить производительность отделочных операций. При сверления и зенкования отверстий, торцевом и цилиндрическом фрезеровании и других методах обработки (кривая 3) подача незначительно влияет на шероховатость поверхности.
Глубина резания не оказывает значительного влияния на шероховатость поверхности, если твердость технологической системы достаточно велика.
Форма режущей кромки инструмента также влияет на шероховатость поверхности. Однако образование микронеровностей нельзя объяснить только вслед движения режущей кромки в материале заготовки. Фактический шероховатость, особенно при чистовой и тонкой обработке, получается больше расчетной, найденной из геометрических соотношений. При шлифовании шероховатость снижается с увеличением окружной скорости шлифовального круга и с уменьшением скорости вращения заготовки, обрабатываемой, размера зерна круга и глубины шлифования. Шлифование с выхаживанием снижает шероховатость поверхности.
Микронеровностей образуются также в результате трения задней поверхности инструмента по поверхности, которая обрабатывается, и растут по мере износа режущего инструмента. Сокращения различий и зазубрин на режущей кромке путем ее доведения способствует получению более гладкой обработанной поверхности. Это особенно заметно при чистовой обработке Гибочный, широкими резцами.
На шероховатость поверхности влияют механические свойства, химический состав и структура материала заготовки. При обработке заготовок из мягкой низковуглицевои стали получается более шероховатая поверхность, чем при обработке заготовок из твердой стали с большим содержанием углерода. Заготовки из стали с повышенным содержанием серы (автоматные стали) и из стали с присадкой свинца после обработки имеют менее шероховатую поверхность, чем заготовки из углеродистых стали. Заготовки из стали с мелкозернистой структурой обрабатываются лучше заготовок из сталей с крупнозернистой структурой.
Соответствующим выбором смазочно-охлаждающей жидкости можно уменьшить шероховатость и повысить стойкость инструмента. При применении минеральных осирненних и растительных масел высота микронеровностей уменьшается на 25-40% по сравнению с обработкой без охлаждения. Шероховатость поверхности при шлифовании можно уменьшить тщательной фильтрацией охлаждающей жидкости от частиц обидел.
На шероховатость поверхности влияет твердость технологической системы. Различная жесткость в сечениях заготовок, определяемая условиями ее закрепления, вызывает появление неодинаковой шероховатости обработанной поверхности. При консольном закреплении вала (рис. 4) шероховатость поверхности повышается на свободном конце вала, при обработке вала в центрах с вращающимся задним центром (рис. 5) шероховатость поверхности
Вибрации элементов технологической системы периодически меняют положение режущей кромки инструмента относительно поверхности, обрабатываемой, создавая на ней выступления и впадины. На процесс вибрации влияют жесткость системы, зазоры в ее звеньях, неуравновешенность вращающихся, и дефекты привода станка.
Зависимости от частоты и амплитуды колебаний изменяются форма и размеры неровностей. При относительно невысокой частоте и большой амплитуде колебаний на поверхности, обрабатываемой, образуются волнистость, на отдельных участках поверхности она изменяется в зависимости от жесткости технологической системы в различных сечениях заготовки обрабатывается. Вибрации технологической системы является основной причиной появления волнистости. Волнистость может возникать в результате копирования неровностей заготовки, а также от действия остаточных напряжений в нежестких заготовках.
Зная влияние технологических факторов на шероховатость поверхности, можно назначить условия обработки, обеспечивающих достижение заданной шероховатости поверхности.
Физико-механические свойства поверхностного слоя детали машин изменяются под влиянием комплексного действия силовых и тепловых факторов в процессе обработки. При обработке лезвийним инструментом преобладающее влияние оказывают силовые факторы. Результатом силового воздействия при пластической деформации является разрушение структуры, повороты и оползни кристаллов и клевету поверхностного слоя, который характеризуется повышением микротвердости и снижением вязкости. В поверхностном слое возникают остаточные напряжения, которые в зависимости от режима обработки могут быть положительными или отрицательными. Расширению препятствуют окружающие более холодные слои материала. В результате поверхностный слой оказывается пластически сжатым. После охлаждения этого участка заготовки в поверхностном слое через его стремление сжаться возникают остаточные напряжения растяжения. Основной фактор, влияющий на величину этих напряжений, глубина шлифования. Уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое достигается снижением интенсивности теплообразования, а именно путем увеличения скорости вращения заготовки, уменьшение глубины резания, применение более мягких кругов и обильного охлаждения. Применяя шлифования с выхаживанием, можно уменьшить напряжение растяжения и увеличить напряжения сжатия (кривая 2).
Остаточные напряжения растяжения в поверхностном слое шлифованной заготовки могут быть уменьшены в 2 - 3 раза, путем выдержки детали в течение 90 сек. в растворе солей с температуры 260 - 315 С0, и последующим охлаждением в воде или масле. При нагревании до 340 С0, что снижает жесткость стальной заготовки на 2 - 3 единицы HRC (при первоначальной твердости HRC 60), остаточные напряжения уменьшаются в 5 раз.
Регулирование остаточных напряжений в поверхностном слое является резервом повышения эксплуатационных свойств деталей машин. Кроме остаточных напряжений в поверхностном слое шлифованной детали образуется клевету. Он возникает в результате больших градиентов температур и больших деформаций, приводящих поверхностные слои к укреплению.
При точении величина, знак, глубина залегания и характер остаточных напряжений определяются также тепловыми и силовыми действиями на материал заготовки в процессе резания. Эпюры остаточных напряжений зависят от свойств материала заготовки и условий обработки.
В мягких сталях при низкой скорости резания возникают остаточные напряжения сжатия, а при высокой скорости резания - остаточные напряжения растяжения, при этом способность стали к закалке при высоких скоростях резания приводит к превращению растягивающих напряжений, в сжимающие. Увеличение подачи вызывает рост пластической деформации поверхностного слоя при обработке пластичных материалов способствует развитию остаточных напряжений растяжения.
Износ и притупление инструмента приводят к повышенного трения его задней поверхности об обработанную поверхность, это способствует формированию остаточных напряжений растяжения при относительно большой глубине их распространения.
При электроимпульсной обработке изменяется структура металла; изменена структура отличается большей или меньшей неоднородностью. С увеличением силы тока толщина измененного слоя возрастает; с увеличением частоты импульсов толщина уменьшается. При большой силе тока и рыси частоте импульсов в поверхностном слое возникают трещины.