Шероховатость поверхности деталей - это неровности формирующие микрорельеф поверхности детали. Возникает шероховатость главным образом вследствие пластической деформации поверхностного слоя заготовки при её обработке из-за неровностей режущих кромок инструмента, трения, вырывания частиц материала с поверхности заготовки, вибрации заготовки и инструмента и т.п. Шероховатость поверхности деталей - важный показатель в технической характеристике изделия, влияющий на эксплуатационные свойства деталей и узлов машин. Также шероховатость влияет на износостойкость трущихся поверхностей, усталостную прочность, коррозионную устойчивость, сохранение натяга при неподвижных посадках и т.п.
Шероховатость обработанных поверхностей присутствует на всех типах деталей после токарной обработки. На обработанной поверхности детали после резания всегда остаются следы в виде шероховатостей, впадин и других неровностей. В настоящий момент существует несколько различных математических зависимостей для определения высоты микронеровностей обработанной поверхности, составляющих силы и скорости резания для токарной обработки коррозионностойких сталей. В этих формулах для отдельных марок сталей указаны поправочные коэффициенты и степенные показатели, которые справедливые только для тех конкретных сочетаний обрабатываемых и инструментальных материалов и условий резания, в которых они были получены. Механический перенос этих зависимостей на весь допускаемый диапазон изменения свойств контактных пар неизбежно приводит к значительным погрешностям расчёта.
Причина таких погрешностей общая и она состоит в том, что в существующих методиках расчета высоты шероховатости обработанных поверхностей, сил резания и скорости резания поправочные коэффициенты, учитывающие режущие и теплофизические свойства инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого материала и условия резания, приняты как средние значения для группы инструментального или обрабатываемого материала. То есть в данных методиках априорно принимается положение, что режущие и теплофизические свойства инструментального материала одной марки с постоянной геометрией, одинаковы и принято условие, что физико-механические свойства обрабатываемых материалов в пределах их марочного состава также одинаковы. В настоящее время известно, что существует достаточно большой разброс и режущих свойств инструмента и механических свойств обрабатываемых материалов. Это связано, прежде всего, с особенностями металлургического производства твердосплавных инструментов и обрабатываемых материалов (стали и сплавы). Непостоянство свойств обрабатываемых материалов внутри их марочного состава порождает проблему несовпадения расчетных значений указанных параметров с действительными в процессе механообработки из-за колебания их химического и фазового состава (в пределах допуска).
Для обеспечения качества обработки широкого круга коррозионностойких сталей (нержавейка) необходимо разработать математическую модель, в которой вместе с технологическими факторами, оперативно учитывалось бы сочетание свойств инструментального и обрабатываемого материалов, влияющее на формирование шероховатости обработанных поверхностей. По такой модели можно было бы заранее прогнозировать высоту микронеровностей и, с учетом этого, вносить поправки в режим механической обработки на станках с ЧПУ или в базовый технологический процесс.
Для обеспечения точности при расчёте составляющих силы резания необходимо ввести в расчётные математические зависимости оперативные данные о свойствах конкретной контактной пары «режущий инструмент стальная заготовка», что позволит обеспечить точность обработки заготовок в автоматизированном станочном производстве и обеспечить точность расчета усилий зажимных устройств которыми располагают токарные станки с ЧПУ.
С этой же целью необходимо провести коррекцию представленной математической модели расчета скорости резания, в которой не в полной мере учтены неизбежные изменения физико-механических свойств со стороны обрабатываемой стали и режущего инструмента. При эксплуатации современного автоматизированного станочного оборудования существуют резервы повышения производительности процесса резания за счет обеспечения его надежности и стабильности, для чего необходимо иметь точные математические зависимости по определению параметров механической обработки. В предыдущих работах разных авторов указывается, что в существующих эмпирических зависимостях значения показателей степеней и поправочных коэффициентов действительны только для тех условий обработки, в которых они были получены экспериментальным путем. В работе Проникова А.С. “Надежность машин” – М.: Машиностроение, 1978 г. указано, что существующие справочные данные по выбору режимов резания, взятые из различных источников для одних и тех же условий обработки, сильно разнятся между собой и не позволяют обоснованно назначить рациональные условия обработки. Подобные обстоятельства приводят к тому, что в практике металлообработки приходится использовать заводские таблицы (РТМ руководящие технические материалы) по выбору режимов резания и геометрии инструмента. Но эти рекомендованные табличные значения не являются одинаковыми на каждом заводе или в одной отрасли. Эффективность их в этом случае снижается и остаётся нерешённой задача автоматизированного выбора рациональных режимов резания на стадии проектирования.
При фактическом, допустимом ГОСТом, разбросе физикомеханических свойств обрабатываемых сталей (до 20 %) и режущего твердо допустимом ГОСТом, разбросе физикомеханических свойств обрабатываемых сталей (до 20 %) и режущего твердосплавного инструмента (до 50-90%) математические модели расчета скорости резания, силы резания и задаваемой величины шероховатости обработанных поверхностей, использующие среднестатистические показатели свойств инструмента и стали не могут в достаточной мере обеспечить совпадения расчетных значений с действительными.
Перспективным является разработка новых методик, которые позволяют оперативно учитывать переменные физико-механические и теплофизические свойства контактируемых пар и могут использоваться системами САПР ТП и системами ЧПУ для автоматизированного выбора и поддержания эффективных режимов обработки.
Таким направлением является разработка концепции предварительной оперативной оценки сочетания физико-механических и теплофизических свойств каждой контактной пары, автоматизированный выбор режимов резания с учетом этих свойств, предложенная в работе Старкова В.К. “Физика и оптимизация резания материалов”. Повышение надежности автоматически выполняемого процесса резания на базе оперативного определения сочетания свойств каждой конкретной пары, позволяет использовать резервы увеличения производительности механической обработки, как при работе одного токарного станка ЧПУ так и в режиме их многостаночного обслуживания.
