Способы достижения шероховатости поверхности

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

Шероховатость обрабатываемой поверхности и ее качество при определенном виде обработки зависят от материала обрабаты­ваемой детали (химический состав, структура и механические качества), конструкции станка (его жесткости), конструкции и ка­чества режущего инструмента и от режимов обработки.

Так, при обработке стальных деталей шероховатость их поверх­ности зависит от содержания углерода и твердости. Конструкцион­ные стали с большим содержанием углерода в результате механи­ческой обработки обычно имеют меньшую шероховатость поверх­ности, чем стали с малым содержанием углерода. Для получения малой шероховатости поверхности стальные детали подвергаются специальной термической обработке, как будет показано при опи­сании изготовления ротора гиромотора.

При обработке деталей металлорежущими инструментами ве­личина микронеровностей на их поверхности обусловлена в первую очередь совместным действием следующих факторов: а) геометрией режущего инструмента, влияющей на поперечную шероховатость; б) явлениями пластичности при отделении стружки, вызывающими вырывание частиц металла и упругое восстановление вслед за ре­жущей кромкой участка обрабатываемой поверхности, что, в свою очередь, вызывает трение задней поверхности инструмента в про­цессе резания; в) вибрацией детали и инструмента, которая вызы­вает, главным образом, продольную шероховатость.

Большое влияние на шероховатость обрабатываемой поверх­ности оказывает геометрия режущего инструмента, а также режимы обработки, скорость резания, и в особенности, как уже указыва­лось, подача. С уменьшением подачи шероховатость обрабатывае­мой поверхности уменьшается, но при тонком точении нецелесо­образно уменьшать подачу ниже некоторой величины (обычно 0,02—0,03 мм/об), так как дальнейшее уменьшение не уменьшает шероховатость поверхности, время же, затрачиваемое на обработку, возрастает.

Как отмечалось, глубина резания влияет незначительно на шероховатость поверхности, если технологическая система ста­нок—деталь—инструмент достаточно жестка, и поэтому может быть установлена исходя в основном из величины припуска, под­лежащего удалению при выполнении данной операции.

На шероховатость обрабатываемой поверхности влияет и ско­рость резания. Исследованиями установлено, что при увеличении скорости резания шероховатость поверхности сначала увеличи­вается, а затем уменьшается. Для обработки силумина и других цвет­ных сплавов это явление менее характерно, чем для обработки ста­ли. С повышением скорости резания шероховатость поверхности уменьшается незначительно, так как образуется нарост металла. Нарост металла, возникающий на поверхности передней грани резца, влияет на микрогеометрию и структуру обрабатываемой поверхности, что объясняется его большим трением об обрабаты­ваемую поверхность. Для уменьшения влияния нароста необхо­димо поверхности резца доводить, что уменьшает трение. Поскольку появление нароста связано с повышением температуры в зоне ре­зания вследствие трения на поверхности контакта, можно, приме­нив охлаждающе-смазочные жидкости, снизить температуру в зоне образования стружки и предотвратить образование нароста.

Смазочно-охлаждающие жидкости при механической обработке металлов выполняют в основном три физико-химических действия: смазочное, охлаждающее и смывающее.

Смазочное действие жидкости сводится к образованию смазоч­ной пленки на поверхностях изделия и инструмента, участвующих в процессе обработки. Оно значительно понижает силы трения, вызывающие износ режущих кромок и образование нароста на ин­струменте.

Охлаждающее действие смазочно-охлаждающих жидкостей за­ключается в поглощении тепла, являющегося результатом работы резания; жидкость отводит тепло путем испарения и теплопередачи.

Смывающее действие смазочно-охлаждающей жидкости заклю­чается в том, что она механически удаляет мелкие стружки и ча­стицы обрабатываемого металла, засоряющие инструмент и изде­лие, и предотвращает прилипание частиц к поверхностям изделия и инструмента.

Такое разностороннее действие смазочно-охлаждающей жид­кости при механической обработке позволяет уменьшить шерохо­ватость обрабатываемой поверхности при ее применении.

При обработке тщательно доведенным инструментом шерохо­ватость поверхности получается значительно меньшей, так как практикой доказано, что неровности режущей кромки инстру­мента переносятся на обрабатываемую поверхность в увеличенных размерах. По мере затупления режущей кромки инструмента шеро­ховатость обрабатываемой поверхности увеличивается. Значитель­ное ухудшение поверхности служит в практике основанием для замены инструмента.

Продольная шероховатость поверхности вызывается вибрацией технологической системы станок—деталь—инструмент, которая мо­жет передаваться от других вибрирующих станков и агрегатов че­рез грунт, междуэтажные перекрытия и т. д. Поэтому фундаменты прецизионных станков должны быть усиленными и иметь изоля­ционные прокладки, а станки устанавливаться только в первом этаже. Вибрация системы может вызываться действием неуравно­вешенных масс вращающихся деталей, инструмента или частей станка, а также дефектами передач станка, заключающимися в плохо — собранных шестернях, некачественной сшивке ремней и др. Поэтому все вращающиеся части станков и приспособления, служащие Для крепления обрабатываемых деталей, тщательно ба­лансируются. Ремни должны склеиваться, а резцы устанавливаться с небольшим вылетом.

Источник

Шероховатость поверхности

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.

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения

ГОСТ 25142-82 Шероховатость поверхности. Термины и определения

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:

• Ra- обозначает значение исследуемого профиля с возможным отклонением (среднеарифметическим) и измеряется в мкм;
• Rz – обозначает высоту измеряемых неровностей определяемую по 10 основным точкам в мкм;
• Rmax –максимальное допустимое значение параметра по высоте.

Обозначение шероховатости поверхности

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:

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.

ГОСТ 9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия

Образцы шероховатости поверхности

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:

1. Рабочие поверхности, имеющие сопряжение с изменением местоположения в ходе осуществляемого процесса, по отношению друг к другу (механизмы двигателей, насосов и т. д.). Детали, используемые в механизмах обязательно должны обрабатываться с высокой точностью, а показатели соответствовать величинам Ra=2,5-0,16 мкм, Rz=10-0,8 мкм.
2. Установочные поверхности – детали находятся в соприкосновении, но по отношению друг к другу неподвижны. Подлежат обработке и должны соответствовать показателям Ra=20-2,5 мкм, Rz=80-10 мкм.
3. Ограничительные и соединительные поверхности – элементы служащие ограничением для работающих механизмов (корпуса приборов, станков и т. д.). Данные поверхности в зависимости от требований могут подвергаться обработке, параметры соответствуют Ra=20-2,5 мкм, Rz=80-10 мкм.
4. Поверхности, требующие специальной обработки (детали внешних корпусов механизмов, агрегатов). Параметры шероховатости должны соответствовать Ra=5,0-1,25 мкм, Rz=20-6,3 мкм. Особо стоит отметить требования, предъявляемые к органам управления механизмов, приборов у которых показатели должны, находится на уровне Ra=0,63-0,08 мкм, Rz=3,2-0,4 мкм.
5. Используя данные качества поверхности, получаемые при различных методах обработки можно выстраивать технологическую цепочку, обеспечивающую наибольшую эффективность и сокращение времени обработки деталей.

Классы шероховатости поверхности

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.

ГОСТ 2.309-73 Обозначение шероховатости поверхностей

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.

Правила нанесения знаков на чертежах

Основные правила, используемые для обозначения неровности поверхности на чертежах

Основные правила, которые необходимо использовать при выполнении чертежа:

1. На чертеже указываются все шероховатости поверхности для используемого материала без учета используемых методов.
2. Нанесение значений шероховатостей осуществляется на разрезах, которые имеют размер.
3. Знаки наносятся на всех видах линий используемых в чертеже.
4. При наличии у знака полки его местоположение определяется по отношении к основной надписи.
5. Если изделие имеет разрыв на чертеже, то производится маркировка только одной части изображения.
6. Если поверхностный слой требует использования обработки участков детали различного класса, то производится разделение с помощью сплошной линии.
7. В случае сокращения места необходимого для нанесения обозначений на чертеже возможно допустимое упрощение знаков.
8. При одинаковом значении шероховатости поверхности контура, значение наносится один раз.
9. При идентичности различных поверхностей с одинаковыми значениями шероховатости, допускается нанесение значений один раз.
10. Знаки, обозначающие неровности должны иметь толщину в 1.5 раза больше, чем нанесенные на изображение.
11. Условия, обозначающие направление поверхностей должны соответствовать стандартам.
12. Обозначение шероховатости поверхности производится с использованием общих правил.

Обозначения направления шероховатости поверхности на чертежах

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 2.308-2011. 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.

Источник