Шероховатость 6.3 какая обработка. Шероховатость поверхности после механической обработки. Обозначение шероховатости при шлифовке валов etc
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.
На шероховатость поверхности, обработанной резанием, оказывает влияние большое число факторов, связанных с условиями изготовления заготовки. В частности, высота и форма неровностей, а также характер расположения и направление обработочных рисок зависят от принятого вида и режима обработки; условий охлаждения и смазки инструмента; химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала; конструкции, геометрии и стойкости режущего инструмента; типа и состояния используемого оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.
Все многообразные факторы, обусловливающие шероховатость обработанной поверхности, можно объединить в три основные группы: причины, связанные с геометрией процесса резания; пластической и упругой деформациями обрабатываемого материала и возникновением вибраций режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности.
Процесс возникновения неровностей вследствие геометрических причин принято трактовать как копирование на обрабатываемой поверхности траектории движения и формы режущих лезвий. С геометрической точки зрения величина, форма и взаимное расположение неровностей (направление обработочных рисок) определяются формой и состоянием режущих лезвий и теми элементами режима резания, которые влияют на изменение траектории движения режущих лезвий относительно обрабатываемой поверхности. В различных условиях обработки пластические и упругие деформации обрабатываемого материала и вибрация искажают геометрически правильную форму неровностей, нарушают их закономерное распределение на поверхности и в значительной степени увеличивают их высоту. В ряде случаев пластические деформаций и вибрации вызывают появление продольной шероховатости, достигающей значительных размеров, и увеличение поперечной шероховатости.
Преобладающее влияние на формирование шероховатости поверхности оказывает (как правило) одна из трех указанных групп причин, которая и определяет характер и величину шероховатости. Однако в отдельных случаях шероховатость возникает в результате одновременного и почти равнозначного воздействия всех указанных причин и вследствие этого не имеет четко выраженных закономерностей.
Геометрические причины образования шероховатости
За один оборот заготовки резец перемещается на величину подачи S1 (мм/об) и переходит из положения 2 в положение 1 (рис. 1, а). При этом на обработанной поверхности остается некоторая часть металла, не снятая резцом и образующая остаточный гребешок m. Совершенно очевидно, что величина и форма неровностей поверхности, состоящих из остаточных гребешков, определяются подачей S1 и формой режущего инструмента.
Например, при уменьшении подачи до значения S2 высота Rz неровностей снижается до Rz (рис. 1, б). Изменение углов φ и φ1 в плане оказывает влияние не только на высоту, но и на форму неровностей поверхности (рис. 1, в).
При использовании резцов с закругленной вершиной достаточно большого радиуса r1 форма неровностей становится соответственно также закругленной (рис. 1, г). При этом увеличение радиуса закругления вершины резца до r2 приводит к уменьшению высоты Rz шероховатости (рис. 1, д).
Рис. 1. Геометрическике причины образования шероховатости при точении
Формула расчета подачи учитывающая геометрические причины образования шероховатости:
S o =0,14 x √(Ra x r) ,
Где S o - подача на оборот; Ra - шероховатость, мкм; r - радиус при вершине инструмента, мм.
При изготовлении режущего инструмента и при его затуплении на режущем лезвии инструмента образуются неровности и зазубрины, определенным образом увеличивающие шероховатость обрабатываемой поверхности. Влияние неровностей лезвия инструмента на шероховатость обработанной поверхности особенно существенно при тонком точении с малыми подачами, когда неровности лезвия соизмеримы с величиной Rz. В отдельных случаях полного копирования профиля зазубрин лезвия на обрабатываемую поверхность может и не произойти, так как пластически деформированный металл стружки и обрабатываемой поверхности иногда затекает в зазубрины режущей кромки, частично затормаживаясь в их плоскости, и делает их как бы более мелкими. В результате этого рост высоты шероховатости обработанной поверхности в некоторых случаях отстает от увеличения глубины зазубрин режущего лезвия. Однако и в этих случаях влияние зазубрин лезвия на шероховатость обрабатываемой поверхности может быть значительным.
По имеющимся практическим данным при затуплении режущего инструмента и появлении на нем зазубрин шероховатость обработанной поверхности возрастает при точении - на 50-60%, фрезеровании цилиндрическими фрезами - на 100-115 %, фрезеровании торцовыми фрезами - на 35-45%, сверлении - на 30-40% и развертывании - на 20-30%. Указанное увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности при затуплении режущего инструмента связано не только с геометрическим влиянием зазубрин, возникающих на режущем лезвии, но и с возрастанием радиуса округления лезвия. Увеличение радиуса округления лезвия повышает степень пластической деформации металла поверхностного слоя, что приводит к росту шероховатости поверхности. Для устранения влияния зазубрин и притупления режущего лезвия рекомендуются тщательная (желательно алмазная) доводка инструментов и своевременная их переточка.
Приведенные выше сведения о геометрических причинах возникновения неровностей при точении
дают основание сделать следующие выводы.
1. Увеличение главного φ
и вспомогательного φ
1 углов резца в плане приводит к росту
высоты неровностей. При чистовой обточке целесообразно пользоваться проходными резцами с малыми
значениями углов φ
и φ
1, не следует без особой необходимости применять подрезные резцы.
2. Возрастание радиуса закругления вершины резца снижает высоту шероховатости поверхности.
3. Понижение шероховатости режущих поверхностей инструмента посредством тщательной (желательно
алмазной) доводки устраняет влияние неровностей режущего лезвия на обрабатываемую поверхность.
Наряду с уменьшением шероховатости обрабатываемой поверхности доводка заметно повышает стойкость
режущего инструмента, а следовательно, и экономичность его использования.
Пластические и упругие деформации металла поверхностного слоя
При обработке резанием пластичных материалов металл поверхностного слоя претерпевает пластическую деформацию, в результате которой значительно изменяются размеры и форма неровностей обработанной поверхности (обычно шероховатость при этом увеличивается).
При обработке хрупких металлов наблюдается вырывание отдельных частиц металла, что также ведет к увеличению высоты и изменению формы неровностей.
Скорость резания является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на развитие пластических деформаций при точении.
Шероховатость обработанной поверхности в значительной степени связана с процессами образования стружки и в первую очередь с явлениями нароста . В зоне малых скоростей (v = 2÷5 м/мин), при которых нарост не образуется, размеры неровностей обработанной поверхности незначительны.
С увеличением скорости размеры неровностей поверхности возрастают, достигая при 20-40 м/мин своего наивысшего значения, многократно превосходящего расчетную величину.
Дальнейшее повышение скорости резания уменьшает нарост и понижает высоту шероховатости обработанной поверхности.
В зоне скоростей (v > 70 м/мин), при которых нарост не образуется, шероховатость поверхности оказывается минимальной. В этом случае дальнейшее увеличение скорости резания лишь незначительно снижает высоту шероховатости поверхности.
При высокой скорости резания глубина пластически деформированного поверхностного слоя незначительна и размеры шероховатости приближаются к расчетным.
В случае обработки хрупких материалов (например, чугуна) наряду со срезом отдельных частиц металла происходят их сдвиг и беспорядочное хрупкое откалывание от основной массы металла, увеличивающее шероховатость поверхности. Повышение скорости резания уменьшает откалывание частиц, и обрабатываемая поверхность становится более гладкой.
При чистовой обработке металлов, когда состояние и точность обработанной поверхности имеют решающее значение, совершенно естественно стремление вести обработку в зоне скоростей, при которых нароста на инструменты не образуется, а шероховатость поверхности получается наименьшей.
Подача - второй элемент режима резания, оказывающий большое влияние на шероховатость, что связано не только с указанными выше геометрическими причинами, но и в значительной степени обусловлено пластическими и упругими деформациями в поверхностном слое.
Резание металлов осуществляется инструментом, лезвие которого всегда имеет некоторый радиус округления ρ. При внедрении резца в обрабатываемый материал происходит отделение стружки по плоскости скалывания А-А (рис. 2). При этом часть металла, лежащего ниже точки В, не срезается, а подминается округленной частью резца, подвергаясь упругой и пластической деформации.
Рис. 2. Схема отделения стружки резцом
После прохождения резца несрезанный слой металла частично упруго восстанавливается, вызывая трение по задней поверхности резца. Разница степени упругого восстановления металла выступов и впадин неровностей обычно увеличивает высоту шероховатости.
Наименьшая толщина t min срезаемого слоя (при превышении t min происходит резание, а при снижении - только пластическое и упругое смятие металла округленной поверхностью лезвия инструмента) зависит от радиуса округления режущего лезвия, свойств обрабатываемого материала и скорости резания (при сокращении радиуса округления р и увеличении скорости резания t min уменьшается).
Неровности поверхности в этом случае образуются не столько под влиянием геометрических причин, сколько в результате упругих и пластических деформаций, скорости резания и радиуса округления режущего лезвия резца. В связи с этим для обеспечения наименьшей шероховатости обработанной поверхности и высокой производительности чистовое точение углеродистых конструкционных сталей следует проводить при s = 0,05÷0,12 мм/об.
При точении цветных сплавов хорошо доведенными или алмазными резцами t min уменьшается, поэтому для снижения высоты шероховатости может оказаться полезным уменьшение подачи до 0,01-0,02 мм/об.
Наблюдениями многочисленных исследователей установлено, что при обычном точении влияние глубины резания на шероховатость ничтожно и практически может не приниматься во внимание. При уменьшении глубины резания до 0,02 мм (вследствие наличия на режущей кромке резца округления) нормальное резание прекращается и резец, отжимаясь от изделия, начинает скользить по обрабатываемой поверхности, периодически врезаясь в нее и вырывая отдельные участки. Поэтому глубину резания при работе обычными резцами не следует брать слишком малой.
При глубине резания меньше подачи глубина оказывает геометрическое влияние на высоту шероховатости. В этом случае уменьшение глубины резания снижает высоту шероховатости.
Обрабатываемый материал и его структура оказывает существенное влияние на характер и высоту неровностей обработанной поверхности. Более вязкие и пластичные материалы (например, малоуглеродистая сталь), склонные к пластическим деформациям* дают при их обработке резанием грубые и шероховатые поверхности.
Применение смазочно-охлаждающих жидкостей, предотвращающих схватывание, уменьшающих трение и облегчающих процесс стружкообразования, способствует снижению высоты неровностей поверхности.
Вибрации режущего инструмента, станка и заготовки
В процессе резания возникают вынужденные колебания системы станок-заготовка-инструмент, вызываемые действием внешних сил, и автоколебания системы, появление которых связано с периодическим упрочнением (наклепом) срезаемого слоя металла и изменением условий трения или резания. Вынужденные колебания системы обусловливаются дефектами отдельных механизмов станка (неточностью зубчатых передач, плохой балансировкой вращающихся частей, неудовлетворительной сшивкой ремня, чрезмерными зазорами в подшипниках и др.), являющимися причиной неравномерности его движения.
Вибрация лезвия режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности являются дополнительным источником увеличения шероховатости обработанной поверхности. Очевидно, что высота шероховатости поверхности будет тем значительнее, чем больше удвоенная амплитуда колебания лезвия инструмента относительно обрабатываемой поверхности.
Большое влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывает состояние станка. Новые и хорошо отрегулированные станки, установленные на массивных фундаментах или на виброопорах, хорошо изолированные от вибраций другого оборудования, обеспечивает минимальную шероховатость.
Очень важным является создание достаточно высокой жесткости приспособлений для крепления заготовок и вспомогательных инструментов для установки режущего инструмента. Например, в случае обработки заготовок на револьверном станке из прутка с закреплением последнего в трехкулачковом самоцентрирующем патроне высота шероховатости обработанной поверхности на 30-40 % выше, чем при зажатии прутка в нормальном цанговом патроне, имеющем большую поверхность соприкосновения с заготовкой и создающем поэтому большую ее устойчивость.
Особенно сказываются вибрации технологической системы на шероховатость обработанной поверхности при тонком растачивании на алмазно-расточных станках. Неравномерность припуска, снимаемого при тонком растачивании, обусловливающая колебание сил резания, также может являться причиной вибрации технологической системы, увеличивающих шероховатость обработанной поверхности.
Формирование шероховатости поверхности при различных видах механической обработки (фрезеровании, сверлении, шлифовании, доводке и др.) подчиняется в общем тем же закономерностям, что и при точении. Характер этих закономерностей видоизменяется в зависимости от изменения соотношения влияния геометрических причин, пластических деформаций и вибраций, связанных с особенностями отдельных видов механической обработки.
На поверхности, обработанной токарным резцом, образуются неровности в виде винтовых выступов и винтовых канавок (рис. 1, а), отчетливо заметные при крупной подаче s и обнаруживаемые лишь при помощи специальных приборов, если подача невелика.
Такие неровности расположены в направлении подачи и образуют поперечную шероховатость в отличие от продольной шероховатости (рис. 1, б), образуемой неровностями в направлении скорости резания v.
Рис. 1. Поперечная (а) и продольная (б) шероховатости, получающиеся при токарной обработке.
При токарной обработке наибольшее значение имеет поперечная шероховатость, характеризуемая формой и размерами винтовых выступов, образующих неровности. Высота таких неровностей зависит от очень многих факторов, участвующих в процессе резания и действующих в разных случаях по-разному, и поэтому не может, быть определена с помощью расчетов, а находится лишь опытным путем.
Причины образования шероховатостей
1. Термическая обработка материала. Если материал подвергнут термической обработке, то шероховатость его поверхности уменьшается, т.к. повышается однородность его структуры.
2. Величина подачи. При крупных подачах высота неровностей значительно отличается от расчетной и превышает ее в несколько раз.
3. Скорость резания. При скорости резания до 3-5 м/мин размеры неровностей незначительны; с увеличением скорости резания неровности возрастают; при повышении скорости резания до 60-70 м/мин высота неровностей уменьшается, и при скорости около 70 м/мин шероховатость поверхности получается наименьшей. Дальнейшее повышение скорости резания незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности.
4. Состав смазочно-охлаждающей жидкости, применяемой при токарной обработке. Наилучшие результаты получаются, если жидкость содержит минеральные масла, мыльные растворы и другие вещества, повышающие ее смазочные свойства.
5. Степень затупления резца. При небольшом затуплении резца обработанная поверхность часто получается даже несколько чище, чем при остром резце. При дальнейшем затуплении резца шероховатость поверхности увеличивается.
6. Материал режущего инструмента. Например, резцами из твердых сплавов очень трудно получить хорошую поверхность при обработке вязких материалов.
7. Вибрации, возникающие в процессе резания. Особое значение в этом случае приобретают чрезмерные зазоры в направляющих суппорта и в подшипниках, неточности зубчатых передач станка, плохая балансировка вращающихся частей станка, недостаточная жесткость обрабатываемой детали, углы резца, его вылет и т.д. Все эти вредные явления при токарной обработке вызывают продольную шероховатость поверхности.
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.
|
Вид обработки |
Класс | |||||||||||||||
|
Приведены для сопоставления со старыми стандартами |
||||||||||||||||
|
R a | ||||||||||||||||
|
R z | ||||||||||||||||
|
Пескоструйная обработка |
R z 400 | |||||||||||||||
|
Ковка в штампах |
R z 400 |
R z 200 |
R z 100 | |||||||||||||
|
Отпиливание |
R z 400 | |||||||||||||||
|
Сверление |
R z 100 |
R z 50 |
R z 25 | |||||||||||||
|
Зенкерование |
черновое |
R z 100 |
R z 50 |
R z 25 | ||||||||||||
|
чистовое |
R z 50 |
R z 25 |
3.2 |
1.6 | ||||||||||||
|
Развертывание |
нормальное |
3.2 |
1.6 |
0.8 | ||||||||||||
|
1.6 |
0.8 |
0.4 | ||||||||||||||
|
0.8 |
0.4 |
0.2 | ||||||||||||||
|
Протягивание |
R z 25 |
3.2 |
1.6 |
0.8 |
0.4 | |||||||||||
|
черновое |
R z 400 |
R 200 |
R z 100 |
R z 50 | ||||||||||||
|
чистовое |
R z 100 |
R z 50 |
R z 25 |
3.2 |
1.6 |
0.8 | ||||||||||
|
3.2 |
1.6 |
0.8 |
0.4 | |||||||||||||
|
Строгание |
предварительное |
R z 400 |
R z 200 |
R z 100 |
R z 50 | |||||||||||
|
чистовое |
R z 100 |
R z 50 |
R z 25 |
3.2 |
1.6 | |||||||||||
|
1.6 |
0.8 | |||||||||||||||
|
Фрезерование |
предварительное |
R z 200 |
R z 100 |
R z 50 |
R z 25 | |||||||||||
|
чистовое |
R z 25 |
3.2 |
1.6 | |||||||||||||
|
3.2 |
1.6 |
0.8 | ||||||||||||||
|
Шлифование |
предварительное |
R z 25 |
3.2 |
1.6 | ||||||||||||
|
чистовое |
1.6 |
0.8 |
0.4 | |||||||||||||
|
0.4 |
0.2 | |||||||||||||||
|
Шлифование - отделка |
0.1 |
0.08 |
R z 0,1 |
R z 0,05 |
||||||||||||
|
Притирка |
0.8 |
0.4 | ||||||||||||||
|
0.4 |
0.2 |
0.1 | ||||||||||||||
|
0.1 |
0.08 |
R z 0,1 |
R z 0,05 |
|||||||||||||
|
Хонингование |
нормальное |
1.6 |
0.8 |
0.4 |
0.2 | |||||||||||
|
зеркальное |
0.4 |
0.2 |
0.1 |
0.08 | ||||||||||||
|
Шабрение |
3.2 |
1.6 |
0.8 | |||||||||||||
|
Прокатка |
R z 50 |
R z 25 |
3.2 |
1.6 |
0.8 | |||||||||||
|
в кокиль |
R z 400 |
R z 200 |
R z 100 |
R z 50 | ||||||||||||
|
под давлением |
R z 400 |
R z 200 |
R z 100 |
R z 50 |
R z 25 |
3.2 | ||||||||||
|
прецизионное |
R z 50 |
R z 25 |
3.2 |
1.6 | ||||||||||||
|
прецизионное пластмасс |
R z 25 |
3.2 |
1.6 |
0.8 |
0.4 |
0.2 |
0.1 | |||||||||
пескоструйная обработка * - обработка (преимущественно очистка) фасадов зданий, металлических поверхностей перед окрашиванием и т.д. Для пескоструйной обработки применяются пескоструйные аппараты, действие которых основано на подаче струи сжатого воздуха со взвещанными в нём частицами песка на обрабатываемую поверхность. В литейном производстве пескоструйная обработка запрещена (может вызвать силикоз) и заменена дробемётной или дробеструйной обработкой
ковка * - один из способов обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает многократное прерывистое ударное воздействие на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры.
Различают ковку в штампах (массовое и крупносерийное производство) и свободную ковку.
При ковке используют кузнечный инструмент.
Основные операции ковки: осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка.
ковка **
Горячая ковка - ковка с нагревом заготовки для увеличения пластичности.
Машинная ковка - ковка с использованием энергии подвижных частей молота или жидкости высокого давления гидравлического пресса.
Ручная ковка - ковка с использованием энергии мышц человека.
* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.
**Захаров Б.В., Киреев В.С., Юдин Д.Л. Толковый словарь по машиностроению. Основные термины. - Под ред. А.М. Дальского. - М.: Рус.яз., 1987. - 304с
пиление (распиливание, отпиливание) - разрезка различных материалов с помощью пил.
пила * - ручной или станочный многолезвийный режущий инструмент для деления (распиливания) древесины, металла и других материалов.
В деревообработке используют пилы: ручные (двуручные) со свободным полотном для распиливания бревен, брусьев и толстых досок; лучковые с натянутым полотном для продольного поперечного и криволинейного (фигурного) распиливания пиломатериалов; ножовки со свободным полотном для разнообразных работ (при небольших размерах обработки); механизированные (дисковые и цепные электропилы, бензомоторные цепные); станочные (полосовые, ленточные, дисковые, цилиндрические, и др.)
Для резки металлических труб, сортового проката, отрезки прибылей вырезки заготовок из листа служат пилы: дисковые, в том числе пилы трения и абразивные - резание вращающимся диском, ножовочные - резание ножовочным полотном, ленточные - резание бесконечной (замкнутой) гибкой стальной лентой с зубьями. Применяются ручные пилы и с приводом от отрезных, ножовочных и др. станков.
* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.
сверление * образование снятием стружки сквозного или глухого цилиндрического отверстия в сплошном материале с помощью сверла, совершающего обычно вращательное и поступательное движение относительно сваей оси.
Из-за сравнительно невысокой точности сверление часто бывает подготовительной операцией для последующего растачивания, зенкерования, развертывания, протягивания. Сверление также подготовительная операция для нарезания внутренних резьбы.
Сверление осуществляется на сверлильных, расточных, токарных и др. станках, а также ручными сверлильными машинами.
* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил
зенкерование * - обработка предварительно полученных отверстий с целью повышения их точности. Зенкерование обычно обеспечивает точность в пределах 10-12 квалитетов и шероховатость поверхности R a =1,23...6,3 мкм. Осуществляется зенкером на сверлильных, вертикально-фрезерных и револьверных станках
* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.
Развертывание * - чистовая обработка цилиндрических и конических отверстий диаметром до 100 мм при помощи металлорежущего инструмента - развертка. Развертывание обычно обеспечивает точность отверстия по квалитетам 7-9 с шероховатостью поверхности R z =0,63...0,32 мкм. Развертывание характеризуется съемом малых припусков (несколько десятков мкм) и упрочнением тонкого поверхностного слоя.
Развертывание **, одна из разновидностей обработки отверстий резанием (после сверления и зенкерования) многолезвийным режущим инструментом - развёрткой. В результате чернового Р. снимается припуск на обработку не более 0,5 мм на диаметр, обеспечиваются шероховатость поверхности 7-го класса, точность 3-го класса. При чистовом Р. снимается припуск не более 0,2 мм ; шероховатость - до 9-го класса, точность - до 2-го.
* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.
протягивание * - способ обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием внутренних и наружных поверхностей заготовок на протяжных станках. При протяжке применяют многолезвийный режущий инструмент - протяжку. Протяжкой получают шпоночные канавки в сквозных отверстиях различного сечения, прорези и т.п. Производительность протяжки в несколько раз больше строгания, долбления и фрезерования.
протягивание **, процесс обработки металлов резанием на протяжных станках многолезвийным режущим инструментом - протяжкой. Применение П. целесообразно при обработке больших партий деталей, т. е. в крупносерийном и массовом производстве (ввиду сложности изготовления и высокой стоимости протяжек).
В зависимости от порядка срезания припуска при П. различают следующие виды резания: а) профильное, при котором все режущие зубья протяжки снимают припуск, но не участвуют в окончательном формировании поверхности, последний же зуб придаёт ей окончательную форму; б) генераторное, при котором каждый режущий зуб протяжки, срезая припуск, одновременно участвует в построении поверхности; в) прогрессивно-групповое, применяемое при снятии относительно больших припусков, когда все зубья, распределённые по группам (2-3 зуба), снимают слой металла не сразу по всей ширине, а частями.
Существуют свободный и координатный методы П. При свободном методе протяжка обеспечивает получение только размеров и формы поверхности; при координатном, - кроме того, точное расположение обработанной поверхности относительно базовой.
Припуск под П. составляет для отверстий в поковках и отливках 2-6 мм ; для отверстий, полученных сверлением, зенкерованием или растачиванием, 0,2-0,5 мм. Скорость резания при П. сравнительно низка (2-15 м/мин ), однако производительность П. высока, т.к. велика суммарная длина одновременно работающих режущих кромок. Точность обработки при П. - 3-2-й класс; шероховатость обработанной поверхности - 7-9-й класс. Особенность процесса резания при П. - постоянное накопление стружки во впадинах перед каждым зубом. Для лучшего размещения стружки и предотвращения заклинивания протяжки зубья часто снабжаются стружколомающими канавками.
Лит.: Вульф А. М., Резание металлов, 2 изд., Л., 1973.
Н. А. Щемелев.
* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.
точение *, токарная обработка - обработка резанием при помощи резцов наружных (обтачивание) и внутренних (растачивание) поверхностей тел вращения (цилиндрических, конических и фасонных), а также спиральных и винтовых поверхностей. Характеризуется вращательным движением заготовки (главное движение) и поступательным движением режущего инструмента (движение подачи).
