Закономерности повышения качества поверхности отверстий

Что такое шероховатость плоскости по видам обработки

При изготовлении необходимой детали, в соответствии с техническими чертежами и эскизами, применяются различные виды обработки. Исходную заготовку подвергают нагреву, сверлению, резке и другим технологическим операциям.

Каждый вид обработки изделия оставляет на ее плоскости определенный рисунок в виде небольшой шагрени, выемок, микроскопических трещин и царапин. Все эти последствия отображаются в виде шероховатости на обрабатываемой поверхности изделия.

Согласно виду технологического воздействия, возникает определенный класс шероховатости плоскости. Более подробно все виды и размеры этого явления представлены в ГОСТе 2789-73 «Шероховатость поверхности».

Стандарт содержит доскональную информацию с иллюстрациями шероховатостей. Некоторые виды технического воздействия оставляют на поверхности материала не заметные глазу изменения. Эти шероховатости изучают под микроскопом.

К основным показателям шагрени относятся:

• Высота обрабатываемой поверхности, измеряемая в 10-и точках;
• Среднее число отклонения плоскости;
• Средний шаг неровностей;
• Наивысшая точка плоскости после обработки;
• Опорная длина профиля.

Финишные шлифовальные работы по металлу и полировка изделия максимально выравнивает плоскость обработки, но внутренние изменения на молекулярном уровне в материале, оставляют определенные последствия в виде микроскопической шагрени.

7.7. Обработка поверхности

Обозначение шероховатости поверхности (смотри таблицу 7.3, таблицу 7.4):

Таблица 7.3. Рекомендуемая шероховатость сопрягаемых поверхностей деталей. Охватывающие и охватываемые цилиндрические и призматические поверхности

Таблица 7.4. Оптимальная шероховатость поверхностей деталей при разных способах обработки

Если шероховатость поверхностей, образующих контур, должна быть одинаковой, обозначение шероховатости наносят один раз. Диаметр вспомогательного знака О — 4-5 мм. В обозначении одинаковой шероховатости поверхностей, плавно переходящих одна в другую, знак О не приводят. Обозначение одинаковой шероховатости поверхности сложной конфигурации допускается приводить в технических требованиях чертежа с ссылкой на буквенное обозначение поверхности.

На линии невидимого контура допускается наносить обозначение шероховатости только в случаях, когда от этой линии нанесён размер.

При указании одинаковой шероховатости для всех поверхностей изделия обозначение шероховатости помещают в правом верхнем углу чертежа и на изображении не наносят. При указании одинаковой шероховатости для части поверхностей изделия в правом верхнем углу чертежа помещают обозначение одинаковой шероховатости и условное обозначение (знак I ). Когда часть поверхностей не обрабатывается по данному чертежу, в правом верхнем углу чертежа перед обозначением (знак I) помещают знак III. Значение параметра шероховатости по ГОСТ 2789-73 указывают в обозначении шероховатости: для параметра Ra — без символа; для параметра Rz — с символом (рисунок 7.3).

Рисунок 7.3 — Обозначение шероховатости на чертеже

0 0 голоса

Рейтинг статьи

Шероховатость при токарной обработке

Этот показатель отображается в виде совокупности малых шагов базовой длины обрабатываемой плоскости и ее неровностей. Современное токарное оборудование обеспечивает максимально возможное качество производства деталей. Шагрень при токарной обработке является величиной, которая просчитывается еще на стадии проектирования будущего изделия.

Во многих станках по умалчиванию устанавливаются требуемые допуски шагрени на плоскости, что сильно облегчает задачу персонала и увеличивает объемы производства. Основным фактором здесь является точные показатели шагрени для конкретного материала, из которого состоит будущая деталь.

Как измеряется шероховатость плоскости по видам обработки

Даже самые современные технологии работы с шагренью поверхности не могут обеспечить идеально гладкой поверхности. В связи с этим, всегда присутствуют определенные отклонения от заданного проектного чертежа детали. Они могут носить макро или микрогеометрический характер.

Принято выделять 3 основных разновидностей этого показателя:

• Исходная шагрень (возникает при контакте изделия с разными абразивными насадками);
• Эксплуатационная (проявляется в результате трения и естественного износа в процессе обработки);
• Равновесная (результат трения в условиях стационарной обработки).

Шагрень измеряется комплексно, либо поэлементно. Второй вариант является наиболее точным, но и намного более трудоемкий. На практике применяют следующие 3 основных измерительных метода:

• При помощи щупа. Верхний слой измеряют специализированным датчиком профилометром, оборудованным небольшой алмазной иголкой. На ее конце имеется чувствительная головка, которая предает прибору сигналы при мониторинге плоскости. Действие прибора напоминает эхолот.

Профилометры бывают: электронные, индуктивные и пьезоэлектрические. Более продвинутые приборы под названием профилографы способны фиксировать все полученные измерения для их дальнейшего изучения специалистами — технологами.

• Оптический метод. Представляет собой измерительный вариант шагрени бесконтактным методом, состоящий из нескольких вариантов проведения расчетов.

При помощи растра. На обработанную плоскость фиксируется пластина из тонкого стекла, покрытого специальным растром (напоминает сетку). Далее подаются световые лучи под определенным углом и линии растра совпадают с шагренью поверхности, повторяя ее рельеф.

При помощи тени. На изучаемый элемент кладется специализированная линейка, имеющая скошенное ребро. Именно по нему проходит подаваемый световой пучок. Возникающая при этом тень, досконально отображает рельеф плоскости детали, результаты которого в дальнейшем изучают под микроскопом.

• Микроинтерферентный метод. Измеряют плоскость благодаря искривляющимся полоскам, воспроизводимым прибором интерферометром. А его результаты в дальнейшем изучают под микроскопом и получают точную картину поверхности.

Шероховатость верхнего слоя влияет на дальнейшее применения получаемых деталей. От ее коэффициента зависит качество сварки таких элементов, окраски и других дальнейших операций.

Таблица шероховатости

Исходная шероховатость является следствием технологической обработки поверхности материала. Для широкого класса поверхностей горизонтальный шаг неровностей находится в пределах от 1 до 1000 мкм, а высота — от 0,01 до 10 мкм. В результате трения и изнашивания параметры исходной шероховатости, как правило, меняются, и образуется эксплуатационная шероховатость. Эксплуатационная шероховатость, воспроизводимая при стационарных условиях трения, называется равновесной шероховатостью.

Шероховатость поверхностей при обработке инструментами

Классы шероховатости поверхности

Факторы, влияющие на качество поверхности

Шероховатость поверхности зависит от метода и режима обработки, качества применяемого режущего инструмента, жесткости техно­логической системы, физико-механических свойств обрабатывае­мого материала, вида применяемой смазывающе-охлаждающей жид­кости, вибраций технологической системы и др.

Каждому методу обработки (точение, шлифование и др.) соот­ветствует свой диапазон получаемой шероховатости поверхности. В табл. 3.1 приведена шероховатость поверхности при различных методах обработки стали и серого чугуна и сопоставлены параметры шероховатости с параметрами средней экономической точности. Из сопоставления этих параметров можно увидеть их взаимосвязь: чем выше точность получаемого размера, тем меньше шероховатость поверхности.

Далее, на стр. 7 см. табл. 3.1.

Таблица значений шероховатости

Примечание: * — предпочтительные значения параметров Ra

Примеры:

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 резанияvпри точении стали ЗОХГС (кривая 1) и стали 20 (кри­вая 2) на наклеп Нd.

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).