ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ТОНКОГО РАСТАЧИВАНИЯ

Тонкое растачивание характеризуется высокой точностью размеров и формы обработанных отверстий, правильным их расположением и высоким качеством расточенных поверх­ностей.

Процесс тонкого растачивания имеет ряд особенностей, не присущих другим методам обработки отверстий. Скорость резания при тонком растачивании отверстий в различных материалах колеблется от 60 до 600 м/мин, а иногда дос­тигает 1000 м/мин. Скорости резания, соответствующие нижней границе интервала, применяются обычно для обра­ботки чугуна и стали в условиях малой жесткости системы СПИД.

Как известно, шероховатость обработанной поверхнос­ти связана с процессами образования стружки и в первую очередь с явлениями нароста. Нарост на резце обычно обра­зуется при обработке вязких материалов с малыми скорос­тями резания. В процессе обработки большинства углеро­дистых сталей нарост образуется при скорости резания 20— 40 м/мин, в этом случае наблюдается максимальная высота неровностей на обработанной поверхности. Повышение ско­рости резания вызывает уменьшение величины нароста и по­нижение высоты шероховатости обработанной поверхности. При обработке различных материалов нарост образуется в разных зонах скоростей резания. Однако, как видно на при­мере обработки углеродистых сталей, даже нижняя грани­ца интервала скоростей резания, применяемых в процессе тонкого растачивания, превышает скорость резания, при ко­торой появляется нарост. Таким образом, основной особен­ностью процесса тонкого растачивания является то, что про­цесс обработки происходит при скоростях резания, выходя­щих за пределы скорости, при которой образуется нарост.

В случае обработки хрупких материалов (например, чугуна) с малыми скоростями резания наряду со срезом от­дельных частиц металла происходит их сдвиг и беспорядоч­ное хрупкое откалывание от основной массы металла, что увеличивает шероховатость поверхности. При обработке на высоких скоростях резания происходит уменьшение хруп­кого откалывания частиц и высоты неровностей на обрабо­танной поверхности.

При высокой скорости резания продолжительность кон­такта резца с отдельными участками обрабатываемой по- ‘верхности незначительна, в результате чего пластическая деформация металла поверхностного слоя не успевает рас­пространиться вглубь. Поэтому при тонком растачивании глубина наклепа обработанной поверхности минимальна и обычно не превышает 0,08—0,10 мм.

Другой важной особенностью тонкого растачивания яв­ляется то, что процесс происходит при малых подачах и глубинах резания. Обычно применяются подачи в пределах 0,02—0,08 мм/об и глубины резания в пределах 0,05—0,1 мм (на предварительных проходах глубина резания может до­стигать 0,3—0,5 мм). Таким образом, сечение среза (/ X s) при тонком растачивании значительно меньше, чем при обыч­ном. Ввиду снятия стружек небольшого сечения получается высокая точность размеров и геометрической формы отвер­стий, так как в процессе резания возникают весьма малые усилия резания, под действием которых не могут появляться значительные упругие’ перемещения элементов системы СПИД.

При небольших значениях глубины резания и подачи процесс стружкообразования концентрируется у вершины резца на криволинейных участках лезвия. В процессе обра­ботки резцами с закругленной вершиной значительно воз­растают удельные силы резания, а также степень пласти­ческой деформации стружки и поверхностного слоя детали. Степень пластической деформации повышается с уменьшени­ем сечения среза.

Поскольку профиль резца криволинейный, толщина среза на каждом участке режущего лезвия различна, и стружка также имеет переменную толщину. Толщина струж­ки на вершине теоретически получается меньше радиуса округления р режущей кромки. На этом участке процесса резания фактически не происходит, а протекает процесс упруго-пластического деформирования металла поверхно­стного слоя. Таким образом, при работе с малыми подачами на поверхности остаются несрезанные участки, что вызыва­ет увеличение степени шероховатости поверхности.

Как известно, при работе с нормальными сечениями сре­за, уменьшение подачи приводит к снижению высоты неров­ностей. В случае снятия стружек малого сечения при умень­шении подачи ниже 0,02 мм/об шероховатость поверхности не только не уменьшается, а может даже увеличиться в свя­зи с повышением степени пластической деформации металла поверхностного слоя и упругим восстановлением несрезан — ных остаточных гребешков. Поэтому для многих пластич­ных материалов кривая зависимости шероховатости поверх­ности от подачи имеет характерный минимум в зоне подач 0,03—0,04 мм/об [17]. При обработке хрупких материалов зависимость шероховатости-поверхности от подачи такого минимума может и не иметь. В этом случае увеличение по­дачи вызывает возрастание высоты неровностей. На основа­нии отмеченных выше особенностей процесса тонкого раста­чивания можно сделать практический вывод о том, что не следует чрезмерно уменьшать величину подачи с целью по­лучения минимальной шероховатости, так как в этом случае может быть достигнут обратный эффект. Кроме того, при чрезмерном уменьшении подачи резко снижается произво­дительность обработки.

Как отмечалось выше, вследствие небольших значений глубины резания и подачи процесс стружкообразования концентрируется у вершины резца. В зависимости от соот­ношения глубины резания t, подачи s, радиуса закругления вершины г и углов в плане ср и <рх активными лезвиями (фак­тически участвующими в резании) могут быть прямолиней­ные и криволинейные участки режущей кромки резца.

Рис. 1. Резец с закругленной вершиной [24].

Величина рабочих участков режущих кромок для резца с закругленной вершиной (рис. 1, а) при установке ее по оси вращения борштанги и X = 0° может быть определена по следующим формулам [24]:

— г(1 — cos<p) , гщ°

0 іїгГф •“’ 180° ’

гагЬ 180°

где Ь — общая длина главной кромки, участвующая в реза­нии, мм; Ь1 — длина вспомогательной режущей кромки, участвующая в резании;

ф° = arcs in ~ .

Определение величин b и Ьъ по приведенным выше форму­лам для условий обычного и тонкого растачивания показы­

вает, что при обработке с малыми сечениями среза значи­тельно повышается роль вспомогательной режущей кромки. Поэтому при тонком растачивании на процесс резания ока­зывают влияние углы не только главной, но и вспомога­тельной режущей кромки инструмента.

На криволинейном участке лезвия вследствие изменения положения плоскости резания углы резца изменяются вдоль режущей кромки. Как показано на рис. 1, б, углы рез­ца у, і и ер в различных точках лезвия (например, в точках х и у) не одинаковы. Изменение геометрических параметров резца вдоль режущей кромки вызывает повышение пласти­ческой деформации в зоне резания, увеличение глубины наклепанного слоя обработанной поверхности, неравномер­ность износа различных участков режущего лезвия, что в свою очередь увеличивает шероховатость обработанной поверхности.

Процесс резания еще более усложняется вследствие колебаний расточной борштанги, под действием которых также изменяются углы резания. Все это приводит к допол­нительным пластическим деформациям металла поверх­ностного слоя. Вследствие вибрации инструмента изменя­ется характер самого процесса стружкообразования, уве­личиваются наклеп и шероховатость поверхности [18].

К особенностям тонкого растачивания следует отнести также повышенную напряженность (по сравнению с наруж­ным тонким точением) процесса стружкообразования, вызы­ваемую вогнутостью обрабатываемой поверхности. Поэтому при тонком растачивании усилия резания выше, а стойкость инструмента ниже, чем при тонком наружном точении [5],

Одно из преимуществ процесса тонкого растачивания по сравнению с методами абразивной обработки — отсут­ствие шаржирования поверхностного слоя отходами абра­зива, часто имеющего место при шлифовании, хонинговании или доводке отверстий. Поэтому износостойкость деталей машин, обработанных методом тонкого растачивания, выше износостойкости деталей, обработанных другими способами.

В процессе тонкого растачивания обеспечивается точ­ность размеров обработанных отверстий в пределах допус­ков 1-го класса; погрешности геометрической формы в пре­делах 0,004—0,005 мм при расточке черных металлов твер­досплавными резцами и 0,002—0,003 мм при алмазной расточке цветных сплавов; шероховатость обработанной по­верхности при растачивании чугуна — уб — у 7, ПРИ раста­чивании стали — уб — у8, при растачивании цветных ме­таллов и сплавов—у8—у 10, а при благоприятных условиях даже у 11.