II.3 Качество поверхностей

Под качеством поверхностей понимается физико-механическое и геометрическое состояние поверхностного слоя обрабатываемой заготовки.

А. Рассмотрим качество поверхностей с физико-механической точки зрения.

В процессе резания под действием силы резания происходит пластическая деформация обрабатываемой поверхности (её упрочнение). В результате на поверхности появляется упрочнённый слой, толщина которого зависит от способа обработки (так, например, при фрезеровании толщина упрочнённого слоя может достигать 200 мкм, при токарной обработке – около 150 мкм, при шлифовании – 5…10 мкм). Упрочнённый слой может быть полезным или вредным. Во многих случаях процесс упрочнения поверхностей используется для улучшения износостойкости поверхностей изделия.

Помимо пластической деформации поверхностей, в процессе резания поверхностный слой подвергается термическому воздействию. Так, например, при токарной обработке в процессе резания может развиваться температура порядка 600…800 ⁰C, при этом сходит красная раскалённая стружка. Поэтому процесс резания осуществляется с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), которая охлаждает изделие и одновременно уменьшает трение между инструментом и заготовкой.

Особенно неприятным является явление прижога, которое возникает обычно в процессе шлифования. При шлифовании очень плохо отводится тепло, поэтому температура в зоне шлифования достигает 1000 ⁰C и выше. При этой температуре тончайшие поверхностные слои как бы прижигаются, и в процессе эксплуатации в результате воздействия сопряжённой детали на данную деталь происходит образование микрочешуек, которые отделяются от заготовки. Это приводит к очень серьёзному браку. Если это тела вращения (опора скольжения, опора качения…), то это приводит к заклиниванию опор.

Б. Рассмотрим качество поверхностей с геометрической точки зрения.

С геометрической точки зрения качество поверхности характеризуется:

а) макронеровностями;

б) волнистостью;

в) микронеровностями (шероховатостями).

[рисунок «а»]

Под макронеровностями понимаются неровности с очень большим отношением длины волны к высоте неровности: L/H > 1000. Сюда относится, например, конусность (рис. «а»): в данном случае это – втулка с центральным коническим отверстием, втулка имеет макропогрешности из-за конусности.

В общем случае применительно к областям вращения (наружным и внутренним) различают 2 группы макропогрешностей: макропогрешности в радиальном направлении (1-я группа) и 2-я группа – макропогрешности в продольном направлении.

[рисунки «б»… «ж»]

Макропогрешности в радиальном направлении – это: овальность (рис. «б») и огранка (рис. «в»). Погрешности в продольном направлении: конусность (рис. «г»), бочкообразность (рис. «д»), консертность (рис. «е»), изогнутость (рис. «ж»).

Волнистость поверхности, показанная на рис. «а», связана с процессом резания, определяется стабильность и нестабильностью (неравномерностью) движения исполнительных элементов станка. Волнистость характеризуется отношением L_в/H_в от 50 до 1000. Микронеровности (шероховатость) характеризуются отношением L_в/H_в < 50. Причина неровности (шероховатости) – след от резца.

Под микронеровностями понимается чередование выступов и впадин, отнесённых к 1 мм² сечения. На чертежах шероховатость обозначается:

[рисунок]

Обозначения 1, 2, 3, 4 указываются конструктором. На практике на чертежах шероховатость может быть изображена в следующих вариантах:

[рисунок]

а – конструктором вид обработки не устанавливается (указывается безграмотным конструктором );

б – указывается, когда шероховатость поверхности должна быть образована удалением слоя материала (точение, фрезерование, сверление, полирование, травление и т.д.);

в – применяется в обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована без удаления слоя материала.