Caracteristicile geometrice ale unei suprafețe prelucrate cuprind mai multe aspecte: rugozitatea suprafeței, ondularea suprafeței și textura suprafeței. Rugozitatea suprafeței constituie elementul fundamental al acestor caracteristici geometrice. Atunci când suprafața unei piese de prelucrat este prelucrată folosind unelte de tăiere-metalice, rugozitatea suprafeței rezultată este determinată în primul rând de interacțiunea și influența a trei categorii de factori: factori geometrici, factori fizici și factori de proces de prelucrare.
1. Factori geometrici
Dintr-o perspectivă geometrică, forma și unghiurile geometrice ale sculei de tăiere-în special raza vârfului, unghiul de tăiere principal, unghiul de tăiere auxiliar și parametrii de prelucrare, cum ar fi viteza de avans-, exercită o influență semnificativă asupra rugozității suprafeței.
2. Factori fizici
Având în vedere fizica de bază a procesului de tăiere, rotunjirea muchiei de tăiere a sculei-împreună cu strângerea și frecarea ulterioară-induce deformarea plastică a materialului metalic, degradând astfel grav rugozitatea suprafeței. La prelucrarea materialelor ductile care produc așchii continue (asemănătoare unei panglici), adesea se formează o „muchie-întărită” (BUE) foarte dura pe suprafața sculei. Acest BUE acționează eficient ca un substitut pentru suprafața greblată și muchia de tăiere, modificând unghiurile geometrice efective și adâncimea de tăiere ale sculei. Conturul BUE este foarte neregulat; în consecință, lasă urme de scule pe suprafața piesei de prelucrat care variază continuu atât în adâncime, cât și în lățime. În unele cazuri, fragmente de BUE devin încorporate în suprafața piesei de prelucrat, exacerbând și mai mult rugozitatea suprafeței.
Vibrațiile care apar în timpul procesului de tăiere contribuie, de asemenea, la creșterea valorilor parametrilor asociate cu rugozitatea suprafeței piesei de prelucrat.
3. Factori de proces
Dintr-o perspectivă orientată pe proces-, factorii care influențează rugozitatea suprafeței piesei de prelucrat îi includ în primul rând pe cei care țin de instrumentul de tăiere în sine, pe cei care țin de proprietățile materialului piesei de prelucrat și pe cei care țin de condițiile specifice de prelucrare utilizate.
Calitatea suprafeței unei piese prelucrate are un impact profund asupra performanței funcționale a piesei finite. Măsurile cheie utilizate pentru a evalua calitatea suprafeței unei piese de prelucrat prelucrate includ rugozitatea suprafeței, stresul rezidual de suprafață și gradul de întărire a suprafeței. Dintre acești trei indicatori ai calității suprafeței, rugozitatea suprafeței este cel mai critic factor care influențează caracteristicile generale de performanță ale componentei.
Rugozitatea suprafeței unei componente afectează direct și semnificativ frecarea și uzura; mai exact, cu cât suprafața este mai aspră, cu atât uzura este mai severă. În timpul etapelor inițiale de uzură, asperitățile microscopice de pe suprafață sunt rapid aplatizate, rezultând o creștere bruscă a ratei de pierdere a materialului. Cu toate acestea, după o perioadă de funcționare, aria de contact reală dintre suprafețele în mișcare crește, determinând încetinirea vitezei de uzură. Dacă o suprafață este netedă și densă, înălțimea și claritatea asperităților sale microscopice sunt relativ scăzute; în consecință, suprafețele netede și dense prezintă o rezistență mai mare la uzură decât suprafețele aspre.
Dimpotrivă, o suprafață excesiv de netedă împiedică reținerea uleiului lubrifiant; acest lucru poate duce, de fapt, la un coeficient de frecare crescut, determinând supraîncălzirea suprafeței metalice și, potențial, să conducă la un fenomen de „prindere” sau „supire”. În timpul operațiunilor de tăiere efectuate pe un centru de prelucrare vertical, parametrii procesului-cum ar fi viteza de tăiere, viteza de avans și adâncimea de tăiere-influențează direct forța de tăiere. Forța de tăiere și temperatura de tăiere sunt doi factori interdependenți reciproc: în general, o forță de tăiere mai mare corespunde unei temperaturi de tăiere mai ridicate și, simultan, unei vibrații mai severe în centrul de prelucrare vertical.
Vitezele de tăiere variabile generează frecvențe de excitație externe care diferă în consecință. Cu cât această frecvență de excitație se apropie mai mult de frecvența naturală a vibrației inerentă centrului de prelucrare vertical, cu atât este mai probabil să exacerbeze vibrația echipamentului mecanic.
Pentru a obține valori optime de rugozitate a suprafeței pieselor de prelucrat în timpul operațiunilor de tăiere, a fost proiectat un sistem de detectare pentru monitorizarea forței de tăiere și a temperaturii de tăiere. Acest sistem își propune să investigheze relațiile dintre forța de tăiere, temperatura de tăiere și rugozitatea suprafeței rezultată a piesei de prelucrat. Prin selectarea judicioasă a parametrilor procesului-cum ar fi viteza de tăiere, viteza de avans și adâncimea de tăiere-în timpul procesului de prelucrare, devine posibil să se controleze forța de tăiere, temperatura de tăiere și vibrațiile mecanice, asigurând astfel atingerea rugozității dorite a suprafeței piesei de prelucrat.