Обозначений шероховатости поверхности на чертежах
Таблица 3.1
*Обдирочное шлифование применяют в качестве предварительной обработки поверхностей отливок и поковок, не выдерживая допуска на размер.
**Этот метод не повышает точности размера, полученного на предшествующей обработке.
При обработке заготовок лезвийным инструментом шероховатость поверхности в значительной мере зависит от скорости резания и подачи. На рис. 3,5, а показано влияние скорости резания на шероховатость поверхности при точении стали (кривая 1 ) и чугуна (кривая 2 ). После обтачивания стальной заготовки со скоростью резания около 20 м/мин (кривая 1) наблюдается наибольшая шероховатость, что связано с явлением активного образования нароста на режущей части резца. При скорости резания свыше 80 м/мин образование нароста практически прекращается. Кроме того, при высоких скоростях резания значительно уменьшается глубина пластически деформированного слоя, что также снижает шероховатость поверхности.
На рис. 3.5, б показана зависимость шероховатости поверхности от подачи при точении заготовки из стали 45 резцом с радиусом закругления вершины 2,5 мм. Из рисунка видно, что изменение малых подач (до 0,2 мм/об) незначительно влияет на изменение шероховатости поверхности. Но при переходе в область подач свыше 0,2 мм/об микронеровности обработанной поверхности возрастают более интенсивно.
Рис. 3.5. Графики зависимостей шероховатости поверхности от скоростей резания и подач
С увеличением глубины резания шероховатость поверхности возрастает незначительно и практически ее можно не учитывать.
Значительное влияние па шероховатость поверхности оказывает состояние режущей части инструмента: микронеровности режущей кромки инструмента ухудшают шероховатость обработанной поверхности; это особенно заметно при обработке протяжками, развертками или широкими резцами. Затупление режущего инструмента приводит к увеличению шероховатости обработанной поверхности.
При обработке заготовок абразивным инструментом шероховатость поверхности снижается с уменьшением зернистости и повышением твердости шлифовального круга, повышением скорости резания, уменьшением продольной и поперечной подач.
При обработке стали с высоким содержанием углерода (С > 0 5%) получается более чистая поверхность, чем при обработке низкоуглеродистой стали.
Применение смазывающе-охлаждающей жидкости улучшает шероховатость обработанной поверхности. Одновременно повышается стойкость инструмента. На рис. 3.6 показано (по данным К. С. Колева) влияние охлаждения на микрогеометрию поверхности при точении стали Х4Н быстрорежущим резцом при подаче S = 0,67 мм/об: 1 - точение без применения охлаждения; 2 - охлаждение водной эмульсией (0,5 % соды и 0,1 % мыла).
Жесткость технологической системы значительно влияет на шероховатость и волнистость поверхности. Так, например, при точении нежесткого вала с установкой на центры наибольшая шероховатость поверхности получается примерно в средней части по длине вала. Недостаточная жесткость системы может быть причиной появления вибрации при резании и, как следствие, образования волнистой поверхности.
Рис. 3.6. Рис. 3.7.
Физико-механические свойства поверхностного слоя деталей и заготовок в значительной мере зависят от воздействия тепловых и силовых факторов в процессе обработки. Поверхностный слой обработанной стальной заготовки состоит из трех зон (рис. 3.7): I – зоны резко выраженной деформации, характеризуемой искажением кристаллической решетки, дроблением зерен и повышенной твердостью; II – зоны деформации, характеризуемой вытянутыми зернами и снижением твердости по сравнению с первой зоной; III - переходной зоны (зоны постепенного перехода к структуре основного металла).
Исходные заготовки из стали, полученные ковкой, литьем или прокатом, имеют поверхностный слой, состоящий из обезуглероженной зоны и переходной зоны, т. е. зоны с частичным обезуглероживанием. Например, заготовки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный слой в пределах 150-300 мкм, а полученные свободной ковкой - от 500 до 1000 мкм.
При обработке стальных заготовок резанием глубина деформации распространяется до 100-300 мкм. У чугунных заготовок глубина распространения деформации незначительна (до 15 мкм).
При механической обработке металлов деформация поверхностного слоя сопровождается упрочнением (наклепом) этого слоя. С увеличением глубины резания и подачи глубина наклепанного слоя возрастает. Так, например, при черновом точении глубина наклепа составляет 200-500 мкм, при чистовом точении 25-30 мкм, при шлифовании 15-20 мкм и при очень тонкой обработке 1-2 мкм.
Рис. 3.8. Рис. 3.9.
С увеличением скорости резания глубина наклепа уменьшается. Это объясняется уменьшением продолжительности воздействия сил резания на деформируемый металл. На рис. 3.8 показано (по данным К. С. Колева) влияние скорости резанияv при точении стали ЗОХГС (кривая 1 ) и стали 20 (кривая 2 ) на наклеп Н d .
При шлифовании деталей доминирующим фактором является тепловой, служащий причиной появления в поверхностном слое обрабатываемого металла растягивающих напряжений. На рис. 3.9 показана схема распределения остаточных напряжений σ после шлифования на глубину h поверхностного слоя (кривая 1 ). Появление растягивающих напряжений связано с быстрым нагреванием поверхностного слоя в зоне контакта металла детали с шлифовальным кругом. После прохождения шлифовального круга поверхностный слой, охлаждаясь, стремится сжаться, вызывая растягивающие напряжения. При шлифовании с выхаживанием (т. е. с последующим выключением продольной подачи) значительно уменьшаются напряжения растяжения и увеличиваются напряжения сжатия (кривая 2 ).
Поверхность детали из древесины всегда имеет неровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки.
На полученной в результате обработки поверхности древесины различают следующие неровности различного происхождения (рис. 7): риски, неровности разрушения, неровности упругого восстановления по годовым слоям древесины, структурные неровности, ворсистость и мшистость.
Риски представляют собой следы, оставленные на обработанной поверхности рабочими органами режущих инструментов (зубьями пил, ножами фрез и пр.). Риски имеют форму гребешков и канавок (рис. 7,а), обусловленных геометрической формой зубьев пил, или периодически повторяющихся возвышений и впадин (рис. 7, б), являющихся следствием кинематического процесса резания при цилиндрическом фрезеровании (кинематическая волнистость).
Неровности разрушения (рис. 7, в) - это выколы и вырывы целых участков поверхности древесины и образовавшиеся в результате этого углубления с неровным дном. Выколы и вырывы всегда ориентированы вдоль волокон и сопутствуют сучкам, наклону волокон, свилеватости и завиткам.
Неровности упругого восстановления (рис. 7, г) образуются в результате неодинаковой величины упругого смятия режущим инструментом поверхностного слоя древесины на участках различной плотности и твердости. Различные по плотности и твердости годичные слои древесины восстанавливаются после прохода резца неодинаково, в результате чего поверхность обработки получается неровной.
Структурные неровности (рис. 7, д) представляют собой различные по форме, размерам и расположению впадины, полученные на поверхностях изделий, спрессованных из древесных частиц, и обусловленные способом изготовления этих изделий и расположением частиц.
Ворсистость - это присутствие на поверхности обработки часто расположенных не полностью отделенных волокон (ворсинок) древесины, мшистость - не полностью отделенных пучков волокон и мелких частиц древесины.
Шероховатость поверхности обработки характеризуется размерными показателями неровностей и наличием или отсутствием ворсистости или мшистости. Требования к шероховатости поверхности установлены (ГОСТ 7016-75) без учета неровностей, обусловленных анатомическим строением древесины (впадины, образованные полостями перерезанных сосудов), а также без учета случайных дефектов поверхности (скол, вырыв, выщербина).
Шероховатость поверхности определяется среднеарифметической величиной Rz max максимальных высот неровностей и рассчитывается по формуле: (2)
где H max 1 H max 2 ,.., H max n - расстояния от вершины гребня до дна впадины; n - количество замеров (для изделий мебели устанавливается пять на деталях площадью до 0,5 м 2 и десять на деталях площадью более 0,5 м 2).
В зависимости от числового значения Rz max установлены классы шероховатости:
Классы........1-й 2-й 3-й 4-й 5-й 6-й 7-й 8-й 9-й 10-й 11-й 12-й Rz max , мкм не более...1600 1200 800 500 320 200 100 60 32 16 8 4
Значение Rz max характеризует только высоту неровностей и не отражает наличие или отсутствие ворсистости и мшистости на обработанной поверхности. Ворсистость и мшистость нормируются указанием на допустимость или недопустимость их на обработанных поверхностях. Ворсистость на поверхности древесины и древесных материалов не допускается, если параметр шероховатости Rz max: имеет значение менее 8 мкм. Мшистость на поверхности древесины и древесных материалов не допускается, если параметр шероховатости Rz max имеет значение менее 100 мкм. Наличие ворсистости и мшистости определяется визуально.
Для контроля шероховатости поверхности в лабораторных условиях применяют микроскопы МИС-11 и ТСП-4 и индикаторный глубиномер. Метод определения шероховатости поверхности устанавливает ГОСТ 15612-70.
В цеховых условиях для сравнительной визуальной оценки шероховатости поверхности пользуются специально изготовленными эталонами. Каждый эталон делают из той же породы древесины и обрабатывают тем же видом резания, что и контролируемые детали. Эталоны должны арестовываться заводской лабораторией и заменяться новыми при их старении.
Влияние различных факторов на шероховатость поверхности обработки . Высота и форма, а также характер расположения неровностей на поверхностях обработанных заготовок зависят от ряда причин: состояния станков и инструмента, остроты и геометрии резца, направления резания относительно направлений волокон древесины, угла установки резца, толщины стружки, скорости резания. Кроме того, шероховатость поверхности зависит от анатомического строения древесины.
На шероховатость поверхности оказывает влияние вибрация в системе станок - инструмент - деталь, возникающая из-за недостаточной жесткости станка. По мере износа станка и особенно вследствие неравномерности его износа вибрация возрастает, увеличивая размеры неровностей.
Влияние вибрации может быть частично снижено профилактическим ремонтом станка с целью увеличения его жесткости, если она ниже установленной нормы.
При строгании ручным инструментом может вибрировать нож рубанка, если он закреплен ненадежно. В этом случае нож будет оставлять неровности на поверхности обработки. Вибрацию ножа в рубанке устраняют ремонтом рубанка, а также надежным закреплением ножа.
Большое влияние на качество резания оказывает острота резца, т. е. его способность образовывать в древесине при резании новые поверхности с заданной шероховатостью.
Чем острее лезвие, тем выше качество резания, т. е. тем меньше шероховатость обрабатываемой поверхности.
Реальный резец не может быть абсолютно острым (рис. 8, а). При заточке резца по мере приближения абразива к лезвию кончик лезвия выкрашивается. Причем чем меньше угол заострения резца, тем на большей длине происходит выкрашивание. Выкрашивание лезвия уменьшают правкой режущих граней оселком. После правки лезвие имеет скругленную форму (рис. 8, б).
Полученные при заточке лезвие и геометрическая форма резца в процессе работы изменяются. Происходит затупление резца (рис. 8, в), в результате чего уменьшается его режущая способность.
Различают две стадии затупления. Первая стадия - разрушение и закругление кончика лезвия, так как прочность резца в области, соприкасающейся с древесиной, небольшая.
Радиус закругления кончика лезвия в процессе работы резца возрастает. Причем у резцов с одним и тем же углом резания, но с разными углами заострения рβ за одно и то же время работы радиус затупления будет больше у резца с большим углом заострения (рис. 9).
Следующая стадия затупления - износ поверхностей резца в результате трения этих поверхностей о древесину. Изнашиваются больше всего передняя и задняя грани резца.
Режущую способность резцов увеличивают, используя для их изготовления высокопрочные и износостойкие материалы и выбирая оптимальные углы заострения.
Направление резания относительно направлений волокон древесины, угол установки резца и толщина стружки - взаимосвязанные факторы, определяющие качество поверхности обработки. При резании древесины вдоль волокон возможны два случая стружкообразования: с опережающей трещиной и без нее.
Опережающая трещина (рис. 10) образуется уже в начальный период работы резца. При внедрении резца в древесину после некоторого уплотнения стружки передней гранью резца начинается оттягивание стружки резцом от остальной массы древесины. Одновременно стружка изгибается. Когда связь между волокнами древесины достигнет предела прочности древесины на разрыв поперек волокон, начинается отслоение стружки и образование опережающей трещины. Длина опережающей трещины возрастает с увеличением толщины стружки.
Скорость распространения опережающей трещины всегда выше скорости резания. Поэтому после образования опережающей трещины режущая кромка не работает. В этот период поверхность резания образуется передней гранью резца путем отрыва стружки от обрабатываемой детали; режущая кромка только сглаживает образованную гранью поверхность. Поскольку стружка образуется отрывом, а не срезается непосредственно лезвием, качество поверхности обработки получается невысоким. Кроме того, при резании против волокон опережающая трещина, расположенная в плоскости волокон, может стать причиной вырыва волокон древесины, приводящего к браку.
Чтобы уменьшить вредное влияние опережающей трещины на качество поверхности обработки, необходимо создать подпор волокон древесины вблизи лезвия (рис. 11). В результате подпора волокон древесины стружка надламывается по мере продвижения резца. Надлом стружки происходит вблизи ребра подпорного элемента, поэтому чем меньше щель между ребром и лезвием резца, тем меньше граница развития опережающей трещины. Такой способ применяют, например, при строгании ручными рубанками.
Наиболее высокое качество поверхности обработки получается при тонкой стружке, когда длина элемента стружки l э мала. Чтобы получить стружку с небольшой длиной элемента, применяют ручные рубанки с двойным ножом, имеющие специальные стружколомы.
При резании древесины вдоль волокон без образования опережающей трещины качество поверхности обработки получается высоким, так как поверхность резания образуется режущей кромкой. Если режут по волокнам и параллельно им (угол встречи равен нулю), то при срезании тонкой стружки и малом угле резания опережающая трещина не появляется, так как резцу легче отогнуть стружку, чем разорвать древесину. В этом случае качество поверхности обработки повышается с уменьшением угла резания.
Однако обрабатываемые заготовки имеют неоднородное строение текстуры древесины, поэтому при больших значениях угла встречи, особенно на участках, имеющих пороки строения древесины, будут появляться вырывы волокон, приводящие к браку. Кроме того, уменьшение угла резания связано с уменьшением угла заточки, что снижает прочность резца.
Резание без образования опережающей трещины возможно также смещением слоев стружки относительно слоев древесины под поверхностью резания, т. е. при продольной усадке стружки.
Продольная усадка стружки возникает, когда передняя грань резца, двигая перед собой стружку, сжимает ее вдоль волокон и превращает в изолированный от обрабатываемой заготовки уплотненный слой. Режущая способность резца используется в полной мере, когда угол резания составляет 70°, а толщина стружки невелика. В этих условиях обеспечивается высокое качество поверхности резания при различных значениях угла встречи резца с волокнами. Резание с продольной усадкой стружки применяют, например, при строгании ручным рубанком-шлифтиком.
При резании древесины в торец качество поверхности обработки получается невысоким. Под поверхностью обработки волокна древесины изогнуты и растянуты, в направлении волокон образуются трещины (рис. 12). Качество обработки при прочих равных условиях выше, когда толщина стружки и угол резания малы.
При резании древесины поперек волокон по мере продвижения резца образуются стружка скалывания (рис. 13, а) или стружка отрыва (рис. 13, б) с короткой опережающей трещиной. Качество поверхности обработки при образовании стружки скалывания достаточно высокое. При стружке отрыва поверхность получается очень шероховатой, с образованием неровностей разрушения.
Качество обработки на больших скоростях резания всегда выше, чем обработка тем же видом резания, но с малыми скоростями. Поэтому для повышения класса шероховатости обрабатываемой поверхности следует повышать в пределах технической возможности станка скорость резания, что одновременно ведет к увеличению производительности станка.
Классы шероховатости поверхности при различных видах обработки и нормы шероховатости. При обработке древесины резанием на станках и ручным инструментом можно получить поверхности различных классов шероховатости в зависимости от режимов обработки, состояния инструмента и обрабатываемой древесины.
Классы шероховатости поверхности при различных видах обработки:
Продольное черновое пиление: на ленточнопильных станках........................5-2 на круглопильных станках..........................4-2 ручными пилами....................................3-2 Продольное чистовое пиление: на круглопильных станках..........................8-4 ручными пилами....................................6-4 Поперечное черновое пиление: на круглопильных станках..........................4-3 ручными пилами....................................3-2 Поперечное чистовое пиление: на круглопильных станках..........................7-4 ручными пилами....................................5-3 Фрезерование черновое.............................7-5 Фрезерование чистовое.............................9-6 Сверление отверстий, долбление гнезд на станках...8-6 Сверление отверстий вручную.......................7-5 Долбление гнезд вручную долотами..................4-2 Точение: черновое..........................................7-4 чистовое..........................................10-7 Строгание вручную шерхебелем......................6-5 Строгание вручную рубанками, фуганком.............8-5 Циклевание ручными циклями: черновое..........................................9-8 чистовое..........................................11-10 Шлифование на станках: черновое..........................................8-6 чистовое..........................................10-9 Шлифование вручную................................12-8
Приведенные классы шероховатости можно получить при средних режимах работы на станках, нормальном состоянии инструмента и древесины. Класс шероховатости при обработке шерхебелем приведен без учета волнистости, обусловленной формой ножа шерхебеля.
Требования к шероховатости поверхностей при изготовлении мебели диктуются назначением деталей, характером последующей обработки.
Шероховатость не отделываемых поверхностей мебели, видимых при эксплуатации и невидимых, но соприкасающихся с предметами в процессе эксплуатации, должна быть не ниже 8-го класса, остальных невидимых - не ниже 6-го.
Тема 4. Качество поверхности деталей
Эксплуатационные свойства деталей машин, их долговечность в значительной степени зависят от состояния их поверхностей.
Качество поверхности детали определяется геометрическими характеристиками и физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Поверхность, ограничивающую деталь и отделяющую ее от окружающей среды, называют реальной поверхностью.
Номинальная поверхность – это идеальная поверхность, форма которой задана чертежом или другой технической документацией.
Геометрические характеристики качества обработанной поверхности определяются отклонениями реальной поверхности от номинальной, т.е. неровностями различной формы и высоты. Эти отклонения условно можно разделить на разновидности: отклонения от правильной геометрической формы; волнистость; шероховатость.
Критерием этого деления может служить отношение протяженности отклонения L к величине отклонения h (рис. 4.1).
Отклонение формы - геометрические отклонения, у которых отношение L/h более 1000.
Волнистость – совокупность периодически чередующихся возвышенностей и впадин с отношением L/h=50…1000.
Шероховатость – микроскопические отклонения с отношением L/h<50.
При механической обработке качество поверхности оценивается преимущественно шероховатостью.
Шероховатостью поверхности называют совокупность микро неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длинны.
Термины и определения шероховатости поверхности установлены ГОСТом 25142-82.
Высота, форма, характер расположения и направление неровностей поверхности обрабатываемых заготовок зависят от следующих причин:
Режима обработки;
Условий охлаждения и смазывания обрабатываемого материала;
Геометрии и режущей способности режущего инструмента;
Типа и состояния оборудования и приспособлений и ряда других причин.
Шероховатость может быть:
Продольная образующая в параллельном направлении режущего инструмента;
Поперечная образующая в направлении перпендикулярном направлению движения режущего инструмента.
Параметры шероховатости
Шероховатость поверхности определяют по ее профилю, который образуется в сечении этой поверхности с плоскостью, перпендикулярной к нормальной поверхности. На рис.4.2. показаны основные параметры шероховатости поверхности.
Базовая линия или поверхность – это линия или поверхность заданной геометрической формы, проведенная относительно профиля поверхности и служащая для оценки геометрических параметров шероховатости поверхности.
Базовая длина l –длина базовой линии, используемая для определения параметров шероховатости поверхности. Значение базовых длин могут быть равны 0.01; 0.03; 0.08; 2.5; 8 и 25мм. Шероховатость поверхности определяется на длине L, которая может содержать одну или несколько базовых длин l.
Значение параметров шероховатости поверхности определяется от единой базы, за которую принята средняя линия.
Cредняя линия - m - базовая линия, проведенная так, что в пределах базовой длины среднеквадратичное отклонение профиля от этой линии минимально.
I–e отклонение выступа от средней линии.
I-е отклонение впадин от средней линии.
По ГОСТ 2789-82 установлено шесть параметров шероховатости поверхности:
1. – среднее арифметическое отклонение профиля в пределах базовой длины
или приближенно
где - базовая длина;
n – число измерений на базовой длине.
2. - высота поверхностей профиля по десяти точкам – сумма средних абсолютных значений пяти наибольших выступов и пяти наименьших впадин в пределах базовой длины.
где - высота i-ого наибольшего выступа;
Глубина i –ой наибольшей впадины.
3. – наибольшая высота неровностей профиля – это расстояние между линией выступов и линией впадин в пределах базовой длины.
4. – средний шаг неровностей профиля в пределах базовой длины
где n – число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины;
Шаг неровностей i-го профиля, равный длине отрезка средней линии, ограничивающей неровность профиля.
5. – средний шаг местных выступов профиля в пределах базовой длины
где n – число шагов неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины;
Шаг неровностей профиля по вершинам, равный отрезку средней линии между проекциями двух наивысших точек соседних выступов профиля.
6. – относительная опорная длина профиля.
где - опорная длина профиля, равная сумме отрезков , отсекаемых на уровне ;
Длина опорной длины выступа на расстоянии Р от средней линии.
ГОСТом 2789-73 установлены 14 классов чистоты поверхности.
Максимальные значения шероховатости и на базовой длине l должны соответствовать данным табл.4.1.
Таблица 4.1
Таблица 4.2
| Качество обработки | R a , мкм | R z , мкм | шероховатости |
| черновая обработка | 12,5 | ||
| чистовая обработка | 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 | 12,5 6,3 1,6 | |
| доводочная обработка | 0,2 0,1 0,05 0,025 0,012 | 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05 |
Классы точности с 6 по 14 дополнительно подразделяются еще на разряды (табл. 4.3).
Таблица 4.3
ГОСТ 2.309-73 устанавливает обозначение шероховатости и правила нанесения ее на чертежах:
Обозначение шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктор не устанавливает.
Шероховатость поверхности, полученной с удалением слоя материала (точение, сверление, фрезерование, шлифование и т.д.).
Шероховатость поверхности, полученная без удаления слоя материала (литье, ковка, штамповка, волочение и др.).
Требования к шероховатости поверхности по одному или нескольким параметрам с указанием их численных значений или диапазона значений, указываются на значке шероховатости.
На рис.4.3 показано, какие параметры указываются на значке шероховатости.
Рис. 4.3.
Факторы, влияющие на шероховатость поверхности при обработке
Шероховатость поверхности в процессе обработки зависит от следующих факторов: метода обработки, режима обработки, геометрических параметров и качества режущей части инструмента, пластической и упругой деформации материала заготовки или детали, жесткости системы СПИД, смазочно-охлаждающей жидкости и т.д.
Каждый метод обработки позволяет получить поверхность детали с определенным диапазоном величины шероховатости (см. табл.4.4).
Так обдирочное точение – 1…4 класс чистоты; чистовое точение – 4…7 класс, тонкое точение – 7…9 класс.
Грубое шлифование - 6…7 класс, чистовое шлифование – 8…9 класс, тонкое шлифование – 9…11 класс и т.д. В зависимости от класса чистоты, указанной на чертеже для поверхности детали, конструктор и технолог выбирают соответствующий метод ее обработки.
Шероховатость обработанной поверхности – это, прежде всего след рабочего движения режущей кромки инструмента, контактируемой с обрабатываемой поверхностью. Высоту этой шероховатости можно определить расчетным путем, в зависимости от геометрических параметров режущей части инструмента и режима обработки.
Сильное влияние на искажение расчетной высоты неровностей поверхности оказывают пластическая деформация материала заготовки при обработке материалов, которые не дают наростов на режущем инструменте, влияние деформации на величину R z объясняется распространением волны деформации в сторону соседнего слоя, а при обработке
материалов, дающих нарост, добавляется еще действие вершины нароста, в результате чего на поверхности детали образуются зазоры.
Влияние упругих деформаций материала детали на R z является следствием наличия на лезвии любого режущего инструмента притупления, что вызывает упругие деформации материала около режущей кромки. Минуя ее, материал заготовки приподнимается и занимает прежнее положение.
Все неровности лезвия режущего инструмента копируются на обрабатываемой поверхности.
Из параметров режима обработки на величину шероховатости наибольшее влияние оказывает скорость резания и подача.
При обработке материалов, не образующих нарост, шероховатость поверхности практически не зависит от скорости резания, а при обработке материалов, образующих нарост, зависит. Так зависимость изменения Rz от скорости резания V p можно разбить на четыре зоны, показанных на рис.4.4.
Рис.4.4. Изменение шероховатости от скорости резания
Таблица 4.4
| Обрабатывамые поверхности | Методы обработки | Классы частоты | |||||||||||||||
| Наружные цилиндрические | Точение | Х | Х | Х | Х Х | Х | Х | Х Х | Х | Х | |||||||
| Шлифование | грубое чистовое тонкое | Х | Х | Х | Х Х | Х | Х | ||||||||||
| Притирка | средняя тонкая | Х | Х | Х | Х | Х | Х | ||||||||||
| Обкатывание роликом | Х | Х | Х | ||||||||||||||
| Суперфини ширование | чистовое тонкое | Х | Х | Х | Х | ||||||||||||
| Внутренние цилиндрические | Растачивание | обдирочное чистовое тонкое | Х | Х | Х | Х | Х | Х | Х | Х | Х | Х | |||||
| Сверление | Х | Х | Х | ||||||||||||||
| Зенкерование | черновое чистое | Х | Х | Х Х | Х | Х | |||||||||||
| Развертывание | чистое отделочное | Х | Х Х | Х | Х | ||||||||||||
| Протягивание | чистое отделочное | Х | Х | Х | Х | Х | |||||||||||
| Внутреннее Шлифование | чистое тонкое | Х | Х Х | Х | Х | ||||||||||||
| Калибровка шариком | Х | Х | Х | ||||||||||||||
| Притирка | средняя тонкая | Х | Х | Х | Х | Х | Х | ||||||||||
| Хонингование | предварител. окончательн. | Х | Х | Х Х | Х | ||||||||||||
| Плоские | Строгание | обдирочное чистое тонкое | Х | Х | Х Х | Х | Х | Х | Х Х | Х | Х | ||||||
| Цилиндрическое фрезерование | обдирочное чистовое | Х | Х | Х Х | Х Х | Х | |||||||||||
| Торцевое фрезерование | обдирочное чистовое | Х | Х | Х Х | Х Х | Х | |||||||||||
| Плоское шлифование | грубое чистовое тонкое | Х | Х | Х | Х Х | Х | |||||||||||
| Притирка | средняя тонкая | Х | Х | Х | Х | Х | Х | Х | |||||||||
Первая зона соответствует малым скоростям резания (до 1м/мин) и характеризуется тем, что нарост в ней отсутствует, и шероховатость не зависит от Vp
Вторая зона характеризуется увеличением нароста и при Vp = 25…30м/мин нарост наибольший, а поверхность имеет наибольшую шероховатость. С ростом Vp от 30 до 80 м/мин нарост постепенно уменьшается и шероховатость также уменьшается.
При Vp > 80 м/мин нарост вновь исчезает и шероховатость поверхности близка к расчетной.
С увеличением подачи шероховатость при любом способе обработки возрастает, поэтому для снижения значений показателей шероховатости необходимо максимально уменьшить подачу (шаг резания).
Глубина резания незначительно влияет на шероховатость поверхности, однако изменение глубины резания сказывается на упругой и пластической деформации заготовки и инструмента, что отражается на шероховатости поверхности.
Применение смазочно-охлаждающих жидкостей способствует уменьшению параметров шероховатости. При холодной штамповке пуансон и матрицу смазывают, а при обработке резанием применяют водоэмульсионное охлаждение.
Появляются шероховатости в виде бугров и каналов, хорошо и слабо заметные, которые можно обнаружить лишь при помощи специальных приборов.
Данные неровности располагаются по направлению движения резца и выдают поперечную шероховатость. При обработке резцом важное значение имеет именно такая неровность, обусловленная конфигурацией и параметрами винтовых выступов. Высота ребра шероховатостей зависит от множества моментов и не может быть высчитана, а находится лишь путем проведения опытов.
Причины появления неровностей
- Если металл подвергался термической обработке, то шероховатость его поверхности становится меньше, так как увеличивается однородность его состава.
- Параметры подачи. При крупных – высота неровностей сильно отличается от заложенной и превышает ее.
- При скорости резки 4-6 м/мин параметры неровностей несущественны; с увеличением скорости резки неровности увеличиваются; при повышении скорости резки до 55-75 м/мин высота неровностей уменьшается, и при скорости 70 м/мин шероховатость поверхности получается самой маленькой. Следующее увеличение скорости резки незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности.
- Химический состав жидкости для смазки, используемой при токарной обработке, имеет значение. Лучших показателей можно добиться, если жидкость имеет масла, мыло, способные повысить ее свойства смазки.
- При несильном затуплении резца поверхность часто получается несколько лучше, чем при остром резце. При дальнейшем затуплении шероховатость поверхности увеличивается.
- Резцами из твердых материалов очень трудно получить ровную поверхность при обработке металлов.
- Важное значение имеют серьезные зазоры в подшипниках, неважная балансировка узлов станка, малая жесткость исходной детали, углы резца, его вылет. Эти явления при токарной обработке вызывают шероховатость поверхности продольного характера.
Эталоны чистоты
Если учитывать стоимость работы, то тщательная отделка поверхности всегда дороже грубой обработки. Поэтому для измерения класса чистоты детали применяются специальные приборы.
Данные классы иначе называют эталонами чистоты и определяются в цеховых условиях по уже проверенным образцам различных классов.
Чтобы достичь заданной точности размеров детали и установить при контроле, действительно ли получен заданный размер, необходимо обеспечить при обработке надлежащий класс шероховатости поверхности.
Необходимая точность обработки, отвечающая требованиям заданного класса точности, достигается на различных станках разными способами.
Точность выполнения размеров определяется квалитетами (в системе ОСТ – классы точности). Квалитет (по стандартам СЭВ – Совет Экономической Взаимопомощи) показывает относительную точность изготовления детали.
В зависимости от величины допуска на размер установлено 19 квалитетов точности (IT01, IT0, IT1, IT2,...IT17; IT – Intеrnational Tolerance - международный допуск). IT8 – допуск системы по 8 квалитету ISO (ISO - международная организация по стандартизации).
Практикой определены взаимосвязи между видами обработки и шероховатостью поверхности. Так, например, установлено, что средняя высота неровностей не должна превышать 10-25% от допуска на обработку. Это позволило установить достижимую шероховатость поверхности для различных видов обработки, а с учётом затрат при любом другом способе обработки – и экономически достижимую шероховатость поверхности.
Различные методы обработки по-разному влияют на качество поверхности.
Таблица 1. Характеристики точности и качества, характерные для различных способов обработки резанием
| № п/п | Вид обработки | Точность размеров формы | Качество поверхности | |
| квалитет | степень точности | R а мкм | ||
| Доводка | 3-4 | 0,08-0,01 | ||
| Суперфиниширование | 3-4 | 0,16-0,01 | ||
| Хонингование | 3-4 | 0,63-0,01 | ||
| Полирование | Предшествующ. | Пр.обработка | 0,63-0,02 | |
| Тонкое точение - строгание - шлифование - фрезерование - растачивание | 5-6 | 5-6 6-7 3-4 6-7 5-6 | 1,25-0,32 6,3-1,2 0,63-0,16 1,6 1,25-0,32 | |
| Чистовое шлифование - фрезерование - точение -растачивание - строгание -развертывание - зенкерование | 5-6 6-7 5-6 5-7 6-7 | 6-7 8-9 8-9 6-7 9-10 | 1,25-0,63 6,3-3,2 10-1,25 5-2,5 6,3-3,2 1,25-0,32 6,3-3,2 | |
| Черновое точение - шлифование - растачивание - сверление - зенкерование - развертывание - фрезерование - строгание - долбление | 9-10 7-9 7-9 11-13 10-11 7-9 | 6-7 9-10 13-15 8-10 7-9 9-10 9-10 9-10 | 40-20 2,5-1,25 80-50 25-5 25-12,5 2,5-1,25 50-25 25-12,5 25-12,5 | |
| Сверление по кондуктору | 11-12 | 8-9 | 25-6,3 | |
| Координатное растачивание | 4-5 | 1,25-0,32 | ||
| Нарезание резьбы: метчиком (плашкой) резцом фрезой | 10-5 5-1,25 5-1,6 |
Для достижения заданного взаимного расположения поверхностей, формы и размеров деталей, их шероховатости и физико-механических свойств при производстве машиностроительной продукции применяют различные методы обработки: резание лезвийным и абразивным инструментами; поверхностное пластическое деформирование; электрофизические, электрохимические и другие методы. По мере приближения размера обрабатываемой поверхности к заданному размеру по чертежу обработка заготовки может быть нескольких видов: обдирочная, черновая, получистовая, чистовая, тонкая, отделочная.
Обдирочная обработка применяется для крупных поковок и отливок 16-18-го квалитетов точности. Она уменьшает погрешности формы и пространственных отклонений грубых заготовок, обеспечивая 15-16-й квалитеты точности, шероховатость поверхности Ra больше 100 мкм.
Черновая обработка выполняется в большом диапазоне точности (12-16-й квалитеты). Шероховатость поверхности Ra = 100-25 мкм.
Получистовая обработка применяется для заготовок, к точности которых предъявляются повышенные требования. Этот вид обработки обеспечивает 11-й, 12-й квалитеты точности. Шероховатость поверхности
Ra = 50,0-12,5 мкм.
Чистовая обработка применяется как окончательный вид обработки для тех заготовок, заданная точность которых укладывается в точность, достигаемую чистовой обработкой (8-11-й квалитеты). Шероховатость поверхности обеспечивается в пределах Ra = 12,5-2,5 мкм.
Тонкая обработка применяется для окончательного формирования поверхностей детали и при малых операционных припусках. Шероховатость поверхности находится в пределах значений Ra = 2,5-0,63 мкм.
Отделочная (финишная) обработка используется для получения требуемой шероховатости поверхности детали на точность обработки влияния почти не оказывает. Выполняется, как правило, в пределах допуска предшествующей обработки. Отделочная обработка обеспечивает получение шероховатости поверхности Ra = 0,63-0,16 мкм.
В современном машиностроении наиболее распространены обработка заготовок лезвийным и абразивным инструментами, которые формируют точность и качество поверхностей деталей. Лезвийным инструментом из сверхтвердых материалов можно обрабатывать заготовки с твердостью до 45 HRC, а абразивным инструментом целесообразно выполнять обработку металлов с более высокой твердостью.
Обработка лезвийным инструментом используется как процесс чистовой и тонкой обработки: тонкое точение, тонкое фрезерование, тонкое развертывание, протягивание, прошивание.
Сущность тонкого точения заключается в снятии стружки малого по толщине сечения при больших скоростях резания (100-1000 м/мин): для чугунных заготовок скорость резания составляет 100-150 м/мин; для стальных – 150-250 м/мин; для цветных сплавов – до 1000 м/мин. Подача устанавливается для предварительного хода – 0,15 мм/об, а для окончательного – 0,01 мм/об. Глубину резания принимают 0,2-0,3 и 0,05-0,01 мм соответственно.
Малые по толщине сечения стружки не вызывают больших усилий резания и значительных деформаций технологической системы СПИД, что обеспечивает 6-8-й квалитеты точности (при обработке цветных металлов и сплавов – 5-6-й квалитеты). Шероховатость поверхности у заготовок из черных металлов Ra = 2,50-0,63 мкм; цветных металлов – Ra = 0,32-0,16 мкм.
Тонкое точение применяется перед хонингованием, суперфинишированием, полированием и выполняется на высокооборотных станках (10-15 тыс. мин -1). Радиальное биение шпинделя не должно превышать 0,005 мм. Все вращающиеся детали должны быть точно отбалансированы.
Резцы оснащаются твердыми сплавами, алмазом, эльбором и другими режущими материалами с высокой износостойкостью. Тонкое обтачивание обеспечивает допуск размеров 5-80 мкм, овальность и конусообразность не более 3 мкм.
Тонкое фрезерование осуществляется преимущественно торцовыми фрезами при обработке плоских поверхностей. Фрезу устанавливают с уклоном 0,0001, чтобы исключить контакт с поверхностью зубьев, не участвующих в резании. При тонком фрезеровании снимается припуск 0,2-0,5 мм, а отклонение от плоскостности на 1 м длины составляет 0,02-0,04 мм. Шероховатость поверхности Ra= 2,5-0,63 мкм.
Тонкое развертывание обеспечивает высокую точность и малую шероховатость, однако не исправляет положения оси обрабатываемого отверстия, поскольку снимает равномерный припуск по всей поверхности. Тонкое развертывание обеспечивает точность, соответствующую 5-7-му квалитетам, Ra = 1,25-0,63 мкм, и чаще всего выполняется после сверления и зенкерования или чернового и чистового растачивания отверстий.
Протягивание применяется для обработки внутренних и наружных поверхностей. При чистовом протягивании цилиндрических отверстий обеспечивается точность 6-9-го квалитетов (шероховатость поверхности
Ra = 2,50-0,63 мкм), протягивание наружных поверхностей обеспечивает точность 11-го квалитета. Протягивание выполняется на горизонтальных и вертикальных станках, универсальных и специальных полуавтоматах и автоматах.
Прошивание осуществляется специальным инструментом (прошивкой), который проталкивают через обрабатываемое отверстие в заготовке с помощью пресса.
