Обеспечение требуемой шероховатости поверхности. Обыкновенно поперечная шероховатость больше продольной (вдоль действия инструмента, в частности резца) и поэтому, когда говорят о шероховатости поверхности, подразумевают поперечную шероховатость. Эта шероховатость зависит от большого числа факторов: вида и режима обработки, инструмента, станка, химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала и др.
Скорость резания в зависимости от материалов по-разному влияет на шероховатость. С увеличением скорости резания шероховатость поверхности у хрупких материалов уменьшается за счет того, что уменьшается откалывание части металла при образовании стружки. У легкоплавких металлов при увеличении скорости шероховатость вначале уменьшается, а затем резко возрастает из-за значительного нагрева и оплавления поверхности. У конструкционных углеродистых сталей вначале увеличивается шероховатость, а затем при достижении скорости 20...30 м/мин шероховатость начинает t уменьшаться и при скоростях более 70 м/мин практически остается постоянной. При шлифовании шероховатость с увеличением скорости уменьшается.
В общем случае при увеличении подачи шероховатость увеличивается.
Глубина резания при обработке лезвийным инструментом практически не оказывает влияния не шероховатость. При шлифовании шероховатость возрастает с увеличением глубины резания. В диапазоне глубин 0,005...0,02 мм происходит интенсивный рост шероховатости, а при глубинах более 0,02 мм — медленный рост шероховатости.
Форма резца оказывает значительное влияние на шероховатость. Увеличение главного и вспомогательных углов в плане приводит к росту шероховатости. Возрастание радиуса закругления вершину резца снижает высоту шероховатости. Затупление режущего инструмента и появление на нем зазубрин приводят к росту шероховатости при обработке: резцом — на 50...60 %, цилиндрическими фрезами — на 100...115%, торцовыми фрезами — на 35...45 %, сверлом — на 30...40 %, разверткой — на 20...30 %. При обработке заготовок абразивным инструментом шероховатость снижается с уменьшением зернистости.
Жесткость системы «станок, приспособление, инструмент, деталь» оказывает заметное влияние на шероховатость: с уменьшением ее шероховатость возрастает. Чем больше вибрация системы СПИД, тем значительнее высота неровностей.
Применение смазочно-охлаждающей жидкости приводит к снижению шероховатости. При применении минеральных осерненных и растительных масел высота микронеровностей уменьшается на 25…40 %.
На шероховатость поверхности оказывает влияние способ получения заготовки и ее химический состав. Заготовки с мелкозернистой структурой и повышенной твердостью имеют меньшую шероховатость, чем с крупнозернистой структурой и пониженной твердостью. Заготовки из стали с повышенным содержанием серы и стали с присадкой свинца имеют повышенную шероховатость по сравнению с углеродистыми сталями.
Формирование физико-механических свойств. В процессе обработки в поверхностном слое под действием сил резания происходят упругие и пластические деформации, приводящие к наклепу, одновременно происходит нагрев поверхностного слоя, приводящий к потере упрочнения, т. е. постоянно действует комплекс силовых и тепловых факторов, и в зависимости от того, какие факторы преобладают, получается упрочнение (наклеп) или разупрочнение поверхностного слоя.
Степень и глубина распространения наклепа изменяются в зависимости от вида и режима механической обработки, от геометрии режущего инструмента. Глубина наклепанного слоя в зависимости от метода обработки может изменяться от нескольких микрометров до 1,0 мм и выше. Степень наклепа повышается при увеличении подачи.
Теоретически увеличение скорости резания должно приводить к снижению твердости поверхности слоя, так как уменьшается время силового воздействия инструмента на деталь и повышается температура нагрева поверхностного слоя. Это утверждение верно для металлов, не претерпевающих при резании структурных изменений. В противном случае 'при увеличении скорости резания возрастание теплоты может вызвать поверхностную закалку, что приведет к повышению микротвердости поверхностного слоя, но не за счет наклепа, а из-за структурных изменений.
Степень наклепа зависит от углов заточки режущего инструмента. Увеличение отрицательных значений переднего угла (от 15 до 45°) приводит к росту степени наклепа. При увеличении заднего угла в пределах от 3 до 15° глубина наклепа уменьшается. Увеличение радиуса скругления режущей кромки приводит к увеличению степени и глубины наклепа. Аналогичная картина получается при износе режущего инструмента.
Снижение остаточных напряжений поверхностного слоя. Виды обработки и режимы резания, для которых характерны повышенные силы резания и пластические деформации, вызывают рост остаточных напряжений сжатия и снижение растягивающих напряжений, за исключением обработки пластических металлов, когда повышение влияния силового поля может привести к усилению растягивающих и уменьшению сжимающих напряжений.
При обработке пластических материалов с увеличением подачипроисходит рост остаточных напряжений растяжения. При точении малопластических материалов с увеличением подачи растут сжимающие напряжения. При обработке закаленных сталей, малопластических материалов при увеличении подачи возрастает температура поверхностного слоя, которая может привести к появлению растягивающих напряжений.
При обработке пластических материалов с повышением скорости резания возрастают растягивающие напряжения, но если металл воспринимает закалку, то повышение скорости может привести к закалке металла поверхностного слоя, которая снижает растягивающие напряжения и превращает их в напряжения сжатия. При обработке малопластических материалов увеличение скорости приводит к снижению сжимающих напряжений и даже появлению напряжений растяжения. При точении закаленных металлов возможен отпуск поверхностного слоя, который приводит к уменьшению сжимающих напряжений.
При уменьшении переднего угла инструмента (от положительных значений до отрицательных) возрастают остаточные напряжения сжатия. Затупление режущего инструмента приводит к возрастанию растягивающих напряжений при обработке пластических материалов и увеличению сжимающих напряжений при обработке малопластических материалов.
При шлифовании возникают большие напряжения в поверхностном слое и высокая температура в зоне резания. В зависимости от того, какой фактор будет преобладать, могут получиться различные эпюры напряжений по знаку и значению. Таким образом, ухудшение охлаждения обрабатываемого материала, увеличение частоты вращения круга, затупление, засаливание круга, повышение его твердости, увеличение глубины шлифования и подачи, снижение частоты вращения изделия приводят к тому, что остаточные напряжения растяжения растут, а сжатия снижаются.
При доводке в поверхностном слое обычно возникают остаточные напряжения сжатия, соизмеримые по значению с напряжениями, появляющимися при других видах механической обработки.