Нанесение штрихов, линий, знаков и обозначений резанием производится удалением материала заготовки резцом или фрезой при перемещении резцового суппорта в направлении, церпендикулярном большей стороне заготовки. Геометрические параметры штриха иди линии (глубина, ширина, углы наклона граней и т. д.) зависят от геометрических параметров инструмента, загрузок на инструмент и других факторов.
На точность исполнения профиля штриха в сильной степени влияют материалы заготовки, параметры резания, точность установки инструмента и динамические процессы, возникающие при резании. Резец должен быть установлен таким образом, чтобы заусенцы на краях штрихов, образующиеся вследствие деформации материала, были небольших размеров. Размер нагрузки на резец выбирают на пробных нарезках такой, чтобы штрих имел ровные края, достаточную глубину и необходимую шероховатость боковых поверхностей. Резец не должен раскалывать поверхность заготовки и колебаться во время работы, иначе штрих теряет свою форму.
Границы устойчивости движения резца при нанесении штриха определяются параметрами суппорта, формой резца, скоростью нанесения штриха и механическими свойствами материалов покрытия и подложки. Кроме того, качество штрихов и линий зависит от нароста, образующегося на инструменте в процессе нанесения штрихов и линий.
На процесс наростообразования влияют геометрические размеры инструмента, шероховатость его поверхности, материал заготовки и сорт смазочно-охлаждающих жидкостей (веретенное масло, масла НП-410, смеси олеиновой кислоты со спиртом и керосином и т. д.). Нарост располагается на режущих поверхностях резца и величина его не стабильна; следовательно, штрих смещается от нормально нанесенного в любую сторону. При этом штрих искривляется по длине, что несомненно сказывается на точности отсчета. Нарост на боковых поверхностях инструмента возникает, при работе на всех материалах. Высота нароста изменяется в зависимости от скорости перемещения, подачи, ориентации инструмента относительно направления его перемещения, материала заготовки, шероховатости боковых поверхностей инструмента и т. д. Наросто-образование сопровождается изменением температуры в зоне формирования штриха; причем для каждого материала существует вполне определенный интервал температур, при котором образуется и исчезает иарост. Изменение скорости перемещения инструмента приводит к изменению высоты нароста на его боковых поверхностях; по мере увеличения скорости резания высота нароста а увеличивается (рис. 96). Такая закономерность наблюдается при профилировании штрихов на многих материалах.
Рис. 96. Зависимость высоты нароста а от скорости резания на различных материалах
Наибольшая высота нароста имеется при нанесении штрихов на заготовкахиз материала марки Д1АТ (кривая 1), на инварстабиле (кривая 2) и на латуни марки Л67 (кривая 3) наименьшая высота нароста получается при нанесении штрихов на заготовках марки ЛС59-1 (кривая 4). Появление нароста сказывается на качестве штриха, а следовательно, и на точности штриховой меры. Увеличение скорости резаиия приводит к росту высоты нароста. Изменение глубины резания при фиксированной скорости резания также приводит к изменению величины нароста с увеличением глубины резания нарост увеличивается.
Геометрические размеры инструмента оказывают влияние на высоту нароста. С увеличением переднего угла инструмента уменьшается высота нароста. Увеличение радиуса закругления при вершине резца приводит к увеличению высоты нароста, поэтому лезвие резца, служащего для нанесеиия штриха, должно быть острым.
Материал инструмента незначительно влияет на процесс наростообразования. В сильной степени высота нароста зависит от шероховатости боковых и передней поверхностей резца (рис. 97). Наибольшая высота нароста наблюдалась на резцах, имеющих шероховатости боковых поверхностей резца 8-й класс шероховатости боковых и передней поверхностей (кривая 1), а наименьшая — на резце (кривая 4), изготовленном из кристалла алмаза, боковые поверхности которого доводились до зеркального блеска на специальном прецизионном доводочном станке. Из графических зависимостей видно, что по мере увеличения класса шероховатости боковых и передней поверхностей резца (кривая 2 — 10-й, кривая 3 — 12-й) высота нароста уменьшается. На металлографических шлифах видно, что нарост на алмазном резце меньше, чем на резце из стали марки Р18. Таким образом, для уменьшения нароста необходимо тщательно доводить боковые и переднюю поверхности резца.
Рис. 97. Зависимость высоты нароста а от скорости резания при различных классах
Для устранения наростообразования необходимо применять смазочно-охлаждающие жидкости, причем состав жидкости выбирается в зависимости от материала заготовки. Обнаружено, что жидкости типа керосина и смеси его с веретенным маслом уменьшают нарост при нанесении штрихов на заготовку из алюминия и его сплавов, а жидкости типа вазелиновых и сурепных масел и их смеси со скипидаром препятствуют образованию нароста при нанесении штрихов на латуни и почти не влияют на процесс наростообразования при нанесении штрихов на инварстабиле.
На рис. 98 приведены графические зависимости влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс наростообразования при нанесении штрихов на заготовку из инварстабиля. Жидкости, широко применяемые при резании металлов — типа нитрита натрия (кривая 2), 5%-ного рассола имульсола (кривая 3) и лимонной кислоты (кривая 4), — несколько снижают высоту нароста при нанесении штрихов. Нанесение же штрихов без смазочно-охлаждающих жидкостей сопровождается увеличением высоты нароста (кривая 1). Жидкость, состоящая из олеиновой кислоты, спирта и бескислотного керосина, совсем устраняет нарост, и штрихи имеют блестящий вид.
Рис. 98. Зависимость высоты нароста а от скорости резания при различных смазочно-охлаждающих жидкостях
Появление нароста на инструменте изменяет его геометрические параметры, а значит изменяется и геометрия штриха, так как процесс образования штриха есть процесс копирования на поверхности заготовки головки инструмента.
При нанесении штриха возникает сложная и значительная деформация металла у боковых режущих поверхностей резца, а следовательно, в этих местах на поверхности инструмента появляется нарост, который увеличивает ширину штриха. Причем нарост может появиться с одной или с двух сторон; во втором случае ширина штриха будет увеличена в обе стороны, а ошибка деления определяется по формуле ΔL = 0,5 (Δа1 — Δа2) + 0,5 (Δа4 — Δа3), где Δа1 Δа2, Δа3, Δа4 — увеличение и уменьшение деления шкалы из-за нароста первого и второго штриха (рис. 99).
Рис. 99. Схема расположения штрихов
При Δа2 = Δа3 — 0 ошибка будет максимальной, а при Δа4 = Δа2 и Δа3 = Δа4 — минимальной. Профнлограммы поперечного сечения штриха показывают наличие бугорков у края штриха (рис. 100, а). Высота этих бугорков зависит от физико-механических свойств материала, нароста на инструменте и ряда других причин. При отсутствии нароста на инструменте высота бугорков становится во много раз меньшей (рис. 100, б).
Определение величин Δа1, Δа2, Δa3, Δа4 почти невозможно из-за постоянного изменения месторасположения нароста и его размеров, поэтому необходимо создавать также условия резания материала заготовки, при которых отсутствует нарост на инструменте.
Точность штриховых мер зависит от качества работы приводного устройства машины, служащего для поступательного перемещения заготовки на шаг нарезаемой шкалы. Анализ динамической и «статической точности приводных устройств машины позволит дать рекомендации по рациональному конструированию делительных машин, служащих для нанесения штрихов резанием и строганием.
