Шероховатость поверхности после механической обработки. Шероховатость поверхностей при токарной обработке Механическая обработка шероховатость

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.

Чистовое точение в условиях заводов тяжелого машиностроения часто выполняется теми же проходными и подрезными резцами, что и обдирка. Примерные подачи резца, в зависимости от требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности, указаны в табл. 26.Таблица 26 Примерные подачи в зависимости от требуемой шероховатостиОднако при обработке больших поверхностей такой метод обработки часто не может обеспечить получение 6—7 классов чистоты и одновременно 2—3 классов точности. Дело в том, что под влиянием износа резца шероховатость и диаметр обрабатываемой детали увеличиваются и при длительной работе резца выходят за пределы допуска. Для замедления износа резца нужно уменьшить его путь по обрабатываемой поверхности, что возможно достигнуть только за счет увеличения подачи.Поэтому в подобных случаях часто оказывается выгодным работать широкими чистовыми резцами из быстрорежущей стали (фиг. 42,а, б). Они применяются для обработки шеек прокатных, шестеренных валов и т. п., и при этом достигается шероховатость v6—v7 классов чистоты. Режимы резания при работе этими резцами и возможный класс точности обработки указаны в табл. 27.Таблица 27 Режимы резания и точность обработки при работе широкими чистовыми резцами

В некоторых случаях удается работать при подаче 30—40 мм/об. Глубина резания должна быть не менее 0,02 мм при последнем проходе и не более 0,15 мм при первом проходе.

Фиг. 42. Широкий чистовой резец (а) и схема установки его на станке (б). Длина режущей кромки резца принимается равной 80 - 100 мм. С обеих сторон ее на длине примерно 10 мм при помощи оселка заправляются заборный и обратный конусы (фиг. 42, а). Геометрия резца выбирается в зависимости от свойств обрабатываемой стали (табл. 28).Таблица 28 Геометрия широкого чистового резца в зависимости от предела прочности стали

Резцы вставляются с плотной посадкой в гнездо пружинной державки (фиг. 42, б). Желаемая степень упругости державки достигается с помощью деревянной планки, забиваемой в паз державки.Режущая кромка резца устанавливается ниже оси обрабатываемого изделия. Это устраняет вибрации и гарантирует от подхватывания резца. Кроме того, как показывает долголетний; опыт, более высокое качество обработки обеспечивается при работе на обратном вращении шпинделя (фиг. 42, б). В качестве смазки рекомендуется применять жидкость следующего состава: олифа 60%, скипидар 30% и керосин 10%.Наиболее часто чистовое точение производится твердосплавными резцами. Обычные проходные резцы со вспомогательным углом в планеприменяются на токарных, карусельных, расточных и других станках. Они изготовляются с пластинками твердого сплава Т15К6. Этот твердый сплав позволяет работать при скорости резания v = 100 - 250 м/мин, в зависимости от свойств обрабатываемой стали и некоторых других факторов. При такой скорости резания нарост на резце, как известно, не образуется, и поэтому, выбирая соответствующую подачу, удается уверенно получать поверхность, соответствующую 6 классу по ГОСТ 2789—59, а в некоторых случаях и по 7 классу чистоты. Применение сплава Т30К4 позволяет повысить скорость резания примерно на 30—40% и более. Некоторые токари-скоростники повышают скорость резания до 400—500 м/мин. Твердый сплав Т30К4 обладает значительно большей износостойкостью, чем твердый сплав Т15К6. Поэтому наибольший эффект от его применения наблюдается при чистовом точении стали повышенной твердости, особенно при высоких требованиях к чистоте или точности обработки и когда приходится точить большие поверхности с малой подачей, не снимая резца до конца прохода.Резцы с минералокерамическими пластинками находят пока ограниченное применение. Как и твердый сплав Т30К4, керамику целесообразно применять в тех случаях, когда на значительной длине необходимо получить высокую точность и чистоту поверхности, особенно при обработке чугуна.Несмотря на высокую скорость резания, допускаемую твердыми сплавами Т15К6 и Т30К4, обычные проходные резцы со вспомогательным углом в планене могут обеспечить высокую производительность чистовой обработки под v 6—v 7, так как приходится работать при подачах в несколько десятых долей миллиметра. Поэтому, как и во всей машиностроительной промышленности, на заводах тяжелого машиностроения широким распространением пользуются твердосплавные чистовые резцы с дополнительной режущей кромкой, параллельной образующей-детали (фиг. 43,в). Для получения 6—7 класса чистоты такими резцами работают при t<=0,1 мм, s= 1 - 1,5 мм/об, v = 150 - 200 м/мин . Длина дополнительной режущей кромки делается от 1,5 до 2s. Эти резцы дают производительность в 2—3 раза выше по сравнению с резцами без дополнительной режущей кромки.Наиболее высокую производительность труда достигают при работе широкими твердосплавными резцами (фиг. 43, а). Поверхности в несколько квадратных метров могут быть обточены такими резцами за 20—25 мин. . Эти резцы могут применяться на токарных и карусельных станках при обточке прокатных валов, роликов, шестерен, бандажей и других деталей, изготовляемых из стали и отбеленного чугуна.Для получения поверхности по 7—8 классу необходимо работать при v > 150 м/мин. Наилучшие результаты достигаются при v=250 - 300 м/мин. Однако практически осуществимые скорости резания обычно не превышают 100 м/мин, и поэтому шероховатость поверхности получается не выше 6 класса чистоты. Но после непродолжительной зачистки наждачным полотном сравнительно нетрудно получить и седьмой класс. Большое влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывают: отношение длины прямолинейного участка режущей кромки l к подаче s (фиг. 43,а), глубина резания t, правильность установки резца, качество и геометрия его заточки. Чем больше отношение t/s, тем меньше шероховатость обработанной поверхности. При t/s = > 3 достигается 7—8 класс, при t/s = 2 - 1,5—6 класс . Глубину резания t следует принимать, исходя из условий жесткости системы станок — деталь—резец. Обычно t<=0,1 мм. Стойкость широких резцов весьма незначительно зависит от величины подачи. Наиболее часто s = 5 - 10 мм/об. Все неровности режущей кромки широкого резца копируются на обработанной поверхности. Поэтому необходима доводка передней и задней поверхностей до 9—10 класса чистоты. Завалы режущей кромки недопустимы. При установке резца необходимо добиваться, чтобы участок режущей кромки на длине l был строго параллелен образующей детали. Опыт показывает, что величина переднего и заднего углов широкого твердосплавного резца практически не влияет на микрогеометрию поверхности. Задний угол рекомендуется делать 20°, а передний выбирать в зависимости от твердости обрабатываемой стали в пределах от -5 до + 10°. Причем, для стали с твердостью Hb => 300 =-5°, а для стали с твердостью Hb<250 =+10°. Однако следует иметь в виду, что при работе широкими твердосплавными резцами часто возникают вибрации, из-за чего такие резцы не получили значительного распространения. Интенсивность вибраций очень сильно повышается с увеличением длины режущей кромки. Поэтому в тех случаях, когда виброустойчивость обычного широкого резца (фиг. 43,а) оказывается недостаточной, применяются широкие резцы с меньшей длиной режущей кромки (фиг. 43,б) или проходные резцы с дополнительной режущей кромкой (фиг. 43, в). Посадочные отверстия корпусных деталей в подавляющем большинстве случаев обрабатываются путем растачивания на горизонтально-расточных станках. Расточные станки обладают меньшей виброустойчивостью, чем токарные, и меньшей жесткостью системы станок — деталь — инструмент. Поэтому растачивание, как правило, производится обычными проходными резцами с углом Определяя оптимальные геометрические параметры расточного резца, необходимо учитывать уменьшение переднего угла, вызываемое установкой резца выше центра. В связи с этим рекомендуется для расточных резцов передний угол делать равным 15° при наличии фаски на передней поверхности f=0,2 - 0,3 мм, расположенной под отрицательным передним углом—2°. Остальные геометрические параметры резца рекомендуются следующие:Работая такими резцами при t<= 0,25 мм, s = 0,1-:- 0,3 мм/об и v= 150 -:- 250 м/мин, можно достичь второго класса точности и шероховатости, соответствующей 6—7 классу .

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 ).

Наше предприятие вот уже почти четверть века предоставляет в Санкт-Петербурге разнообразные услуги по , в том числе шлифовку валов и других деталей, изготавливая их по чертежам Заказчика или образцам. С нашими возможностями в шлифовании валов и иных деталей Вы можете ознакомиться . Просто, по электронной почте или факсу!

Основные параметры шероховатости

Под шероховатостью поверхности детали понимают числовое отображение величины микронеровностей поверхности в микронах, показывающее отклонение от идеальной поверхности.

В основном используются 2 параметра шероховатости поверхности:

• R a . Среднеарифметическое отклонение профиля.
• R z . Высота неровностей профиля по 10 экстремальным точкам.

Приблизительное соотношение этих параметров Вы можете увидеть в этой таблице:

В этой же таблице Вы можете увидеть приблизительное соотношение используемых сейчас параметров шероховатости с использовавшимися ранее показателями класса шероховатости и группы чистоты («треугольники»).

На практике, как правило, грубую обработку обозначают параметром R z 320-20, более тонкую – R a 2,5-0,025 (еще более тонкую тоже принято обозначать параметром R z 0,1-0,025).

Значения шероховатостей для обозначения на чертежах выбирают из стандартизованного ряда:

Выбор значения шероховатости довольно тесно связан с точностью изготавливаемого изделия — его , а так же с особенностями с сопряженной деталью.

Обозначение шероховатости при шлифовке валов etc

Обозначение шероховатости при шлифовании валов и иных деталей многократно изменялось:

С 2012 года указание «R a » под знаком шероховатости обязательно. Ранее, если, например, при шлифовке вала , мы видели над знаком шероховатости только число 0,32, по умолчанию предполагалось, что это обозначение разумеет под собой R a 0,32.

Знаком а обозначают шероховатость, метод получения которой конструктор не определяет. Знаком б обозначают поверхности, которые необходимо обработать со снятием слоя металла (фрезерованием, шлифовкой и т.п.). Поверхности, обозначаемые знаком в, получаются без снятия слоя металла (ковкой, литьем и т.д.).

Таким знаком обозначают шероховатость одинаково обрабатываемых поверхностей, составляющих замкнутый контур (например, все грани параллелепипеда).

Поверхности с необозначенной шероховатостью должны быть выполнены с шероховатостью, обозначаемой в правом верхнем углу чертежа.

Достижимые параметры шероховатости при шлифовании валов

При предварительной шлифовке валов и иных деталей, обычно, достигают параметров шероховатости R a 2,5-1,25.

При чистовом шлифовании валов достигаются параметры R a 0,63-0,16.

Шерохотоватость поверхности – это показатели, которые обозначают определенное количество данных характеризующих состояние неровностей поверхности измеряемых сверхмалыми отрезками при базовой величине длины. Совокупность показателей, обозначающих возможную ориентацию направлений неровностей поверхностей с определенными значениями и их характеристикой, задается в нормативных документах ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82, ГОСТ 2.309-73. Совокупность требований указанных в нормативных документах распространяется на изделия, изготовленные с использованием различных материалов, технологий и методов обработки, за исключением имеющихся дефектов.

Высокое качество обработки деталей позволяет значительно снизить износ поверхностей, возникновение очагов коррозии, тем самым повышая точность сборки механизмов их надежность при длительной эксплуатации.

Основные обозначения

Шероховатость исследуемой поверхности измеряются на допустимо небольших площадях, в связи с чем базовые линии выбирают, учитывая параметр снижения влияния волнообразного состояния поверхности на изменение высотных параметров.

Неровности на большинстве поверхностей возникают по причине образующихся деформаций верхнего слоя материала при осуществляемой обработке с использованием различных технологий. Очертания профиля получают при проведении обследования с помощью алмазной иглы, а отпечаток фиксируется на профилограмме. Основные параметры, характеризующие шероховатость поверхности имеют определенное буквенное обозначение, используемое в документации, чертежах и получаемые при проведении измерений деталей(Rz, Ra, Rmax, Sm, Si, Tp).

Для измерения неровности поверхности используют несколько определяющих параметров:

Также используются шаговые параметры Sm и Si и опорная длина исследуемого профиля tp. Данные параметры указываются при необходимости учитывать условия эксплуатации деталей. В большинстве случаев для измерений используется универсальный показатель Ra, который дает наиболее полную характеристику с учетом всех точек профиля. Значение средней высоты Rz применяется при возникновении затруднений связанных с определением Ra с использованием приборов. Подобные характеристики оказывают влияние на сопротивление и виброустойчивость, а также электропроводимость материалов.

Значения определений Ra и Rz указаны в специальных таблицах и при необходимости могут использоваться при проведении необходимых расчетов. Обычно определитель Ra обозначается без числового символа, другие показатели имеют необходимый символ. Согласно действующим нормативным актам (ГОСТ) существует шкала, в которой даны значения шероховатостей поверхности различных деталей, имеющих подробную разбивку на 14 специальных классов.

Существует прямая зависимость, определяющая характеристики обрабатываемой поверхности, чем выше показатель класса, тем меньшее значение имеет высота измеряемой поверхности и лучше качество обработки.

Методы осуществления контроля

Для осуществления контроля шероховатости поверхности используются два метода:

• качественный;
• количественный.

При проведении качественного контроля проводится сравнительный анализ поверхности рабочего исследуемого и стандартного образцов путем визуального осмотра и на ощупь. Для проведения исследования выпускаются специальные наборы образцов поверхностей имеющих регламентную обработку согласно ГОСТ 9378-75. Каждый образец имеет маркировку с указанием показателя Ra и метода воздействия на поверхностный слой материала (шлифовка, точение, фрезерование т.д.). Используя визуальный осмотр можно достаточно точно дать характеристику поверхностного слоя при характеристиках Ra=0.6-0.8 мкм и выше.

Количественный контроль поверхности проводится с использованием приборов работающих с применением разных технологий:

• профилометра;
• профилографа;
• двойного микроскопа.

Классификация поверхностей

При определении характеристики поверхностного слоя материала необходимо провести классификацию:

Нормативные данные также содержатся в ГОСТ 2.309-73 согласно, которому наносятся обозначения на чертежи и содержат характеристики поверхностей по установленным правилам и обязательны для всех промышленных предприятий. Необходимо также учитывать, что знаки и их форма, наносимые на чертежи должны иметь установленный размер с указанием числового значения неровности поверхности. Регламентируется высота знаков, указывается вид обработки.

Знак имеет специальный код, который расшифровывается следующим образом:

• первый знак – характеризует тип обработки исследуемого материала (точение, сверление, фрезерование и т.д.);
• второй знак — обозначает, что поверхностный слой материала не подвергался обработке, а образован путем ковки, литья, прокатки;
• третий знак – показывает, что вид возможной обработки не регламентируется, но должен соответствовать Ra или Rz.

В случае отсутствия знака на чертеже, поверхностный слой не подвергается специальной обработке.

На производстве используют два вида воздействия на верхний слой:

• с помощью частичного удаления верхнего слоя обрабатываемой детали;
• без удаления верхнего слоя детали.

При удалении верхнего слоя материала в основном используется специальный инструмент, предназначенный для выполнения определенных действий – сверления, фрезерования, шлифования, точения, и т.д. В ходе обработки происходит нарушение верхнего слоя материала с образованием остаточных следов от используемого инструмента.

Когда применяется обработка без удаления верхнего слоя материала – штамповка, прокат, литье, происходит смещение структурных слоев их деформация с принудительным созданием «гладко-волокнистой» структуры.

При конструировании и изготовлении деталей параметры неровностей задает конструктор, основываясь на техническом задании определяющим характеристики изделия в зависимости от требований, предъявляемых к изготовляемому механизму, технологии используемой при производстве и степени обработки.

Маркировка структуры поверхности

При нанесении обозначений в рабочей документации, чертежах применяются специальные знаки для характеристики материала, которые регламентируются стандартом ГОСТ 2.309-73.

Основные правила, используемые для обозначения неровности поверхности на чертежах

Основные правила, которые необходимо использовать при выполнении чертежа:

Учитывая структуру материала, конструктор имеет возможность указать необходимые параметры, предъявляемые к качеству поверхностей. Причем характеристики могут указываться по нескольким параметрам с установкой максимально и минимального значения с возможными допусками.

Особые условия

При массовом производстве определенных деталей иногда нарушается заданная форма или их сопряженность. Подобные нарушения увеличивают допустимый износ деталей, и ограничиваются специальными допусками, которые указаны в ГОСТ 2.308. Каждый вид используемого допуска имеет 16 определяющих степеней точности, которые оговариваются для деталей разной конфигурации с учетом используемого материала. Необходимо также учитывать, что используемые допуски размера и конфигурации для деталей имеющих цилиндрическую форму берутся с учетом диаметра деталей, а плоские детали с учетом толщины, а максимальная погрешность не должна превышать показатель допуска.

Правильное использование методики определения показателей шероховатости поверхностей позволяет достичь более высокой точности обработки и размера деталей при соблюдении параметров указанных в нормативных документах, которые дают возможность значительно повысить качество готового продукта.