Порядок выполнения работы

1. Определить суммарную погрешность обработки расчетно-аналитическим методом:

а) рассчитать путь резания, необходимый для обработки шестнадцати пластин;

б) рассчитать погрешность обработки, обусловленную износом шлифовального круга.

2. Определить суммарную погрешность обработки опытно-статистическим методом:

а) установить на электромагнитной плите станка шестнадцать пластин;

б) настроить плоскошлифовальный станок на заданный размер по первой заготовке;

в) прошлифовать в один проход все детали на заданных режимах;

г) измерить обработанные детали по рядам: 1-й ряд – 1-я выборка; 2-й ряд – 2-я выборка и т. д.;

д) определить в каждой выборке , σ, и σ_ср.

е) рассчитать поле рассеивания размеров от случайных факторов;

ж) рассчитать смещение уровня настройки;

з) определить суммарную погрешность обработки.

4) Построить диаграмму точности обработки.

5) Проанализировать полученные результаты.

6) Составить отчет.

Содержание отчета

1. Название работы.

2. Содержание задания и оснащение.

3. Эскиз установки заготовок на станке.

4. Режимы обработки.

5. Определение погрешности обработки расчетно-аналитическим методом.

6. Результаты измерения фактической точности обработки на плоскошлифовальном станке.

7. Определение ω и в каждой выборке.

8. Определение фактического смещения центра настройки станка.

9. Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

10. Диаграмма точности обработки.

11. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Как определить фактическое поле рассеивания размеров при распределении их по закону Гаусса?

2. Как строится диаграмма точности?

3. Как определить погрешность смещения расчетным и экспериментальным методами?

Лабораторная работа № 3

Изучение шероховатости обработанной поверхности

Цель работы: практическое освоение методики определения высотных и шаговых параметров шероховатости поверхности, изучение характерных особенностей микрорельефа после механической обработки поверхности заданным методом.

Работа рассчитана на четыре академических часа.

Основные положения

В процессе механической обработки режущий инструмент оставляет на обработанной поверхности неров­ности в виде гребешков и впадин. Одновременно с обра­зованием неровностей поверхностный слой испытывает и пластические деформации, что приводит к изменению физико-механических свойств поверхностных слоев об­работанных деталей (твердости, структуры, остаточных напряжений и др.). Состояние поверхностного слоя, ха­рактеризуемое шероховатостью, волнистостью, а также физико-механическими свойствами поверхностного слоя, определяет качество поверхности детали (заготовки).

Качество поверхностного слоя имеет для машиностроения исключительно важное значение. Для его оценки используют количественные параметры: шероховатость, волнистость и др.

Шероховатостью называют совокупность микроследов срав­нительно небольшого шага на базовой длине. Периодически че­редующиеся неровности, шаг которых существенно превышает базовую длину, принятую для измерения шероховатости, назы­вают волнистостью. Волнистость занимает промежуточное со­стояние между шероховатостью и отклонениями формы поверх­ностей. Для шероховатости характерно отношение L/H < 50 (рис. 3.1), для волнистости L/H_B = 50–1000 и для отклонений формы L/H_B > 1000. Значения H и H_B лежат в интервале от долей микрометра до десятков миллиметров. При оценке шероховато­сти учитывают не только l и Н, но также форму микровыступов, так как она решающим образом влияет на служебные свойства деталей.

В технической литературе, а также на графиках, которые ав­томатически выдают приборы для измерения шероховатости, микронеровности изображаются, как показано на рис. 3.2, а. Следует иметь в виду, что здесь микронеровности даны в иска­женном виде, с сильным увеличением по оси ОY. Это делается для удобства анализа. Если бы масштаб изображения микроне­ровностей по осям ОX и ОY был бы одинаковым, микронеров­ности представлялись бы схемой, приведенной на рис. 3.2, б. При значении Н, изменяемом в зависимости от метода обработ­ки и составляющем от долей до десятков и сотен микрометров, значения угла β изменяются от 15–20° (грубое течение) до 1–30° (притирка). Однако при одинаковых масштабах по координат­ным осям профилограммы имели бы очень большую длину, что вызывало бы трудности их практического использования.

Рис. 3.1. Шероховатость и волнистость поверхности

Наблюдают два принципиально различных вида профилей микронеровностей. Профиль может быть регулярным, когда мик­ронеровности расположены как совокупность следов определен­ного одинакового направления с явно выраженным чередова­нием (точение, сверление, фрезерование, шлифование и др.). При нерегулярном профиле четкого чередования следов не на­блюдают (электроискровая обработка, дробеструйный обдув и др.).

Рис. 3.2. Изображения микронеровностей:

а – действительное; б – схематическое

Шероховатость поверхности оценивают по ряду характери­стик. Каждая страна (группа стран) имеет свои стандарты. Так, во Франции и Дании шероховатость оценивают по десяти характери­стикам (параметрам), в Испании – по семи, в Германии – по шести, в Чехии – по трем, в Японии, – по одному. В ряде стран принят стандарт, используемый в Республике Беларусь. Он оценивает шероховатость по шести параметрам (рис. 3.3). Изображение шероховатости разделяет средняя линия профиля m, которая про­ведена по определенным правилам. На средней линии выделяют базовую длину l, значение которой выбирают по стандарту в за­висимости от метода обработки поверхности. Линия выступов и линия впадин проходят через наивысшую и наинизшую точки профиля и параллельны средней линии. Расстояние между ли­ниями выступов и впадин называют наибольшей высотой неров­ностей профиля R_max.

Рис. 3.3. Профиль шероховатости и его характеристики

Шероховатость оценивают по трем высотным параметрам R_a, R_z и R_max, двум шаговым параметрам S и S_m и по относи­тельной опорной длине микропрофиля t_p. Параметр R_a называют средним арифметическим отклонения профиля и определяют как

или приближенно

,

где n – число выбранных точек на базовой длине l; y_i – откло­нение профиля, т.е. расстояние между любой точкой профиля и средней линией.

Расстояния y берут без учета знака, т.е. как ординаты над и под линией m (показаны в виде вертикальных линий в левой и правой частях рис. 3.3).

Параметр R_a является предпочтительным параметром.

Значения величин R_a = 100–0,08 мкм; l = 0,01–25 мм.

Для обеспечения и удешевления внедрения в производство систем стандартизации и контроля шероховатости ре­комендуется выбирать значения R_a из следующих предпочтительных значений, мкм: 0,012; 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100.

Параметр R_z – высота неровностей по десяти точкам – представляет собой сумму средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

,

где H_{i max} – отклонения пяти наибольших максимумов профиля; H_{i min} – отклонения пяти наибольших минимумов профиля.

R_z = 1600–0,025 мкм.

Предпочтительные значения R_z, мкм: 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200; 400.

Средним шагом S местных выступов профиля называют сред­нее значение шага местных выступов в пределах базовой длины.

Средним шагом S_m неровностей профиля называют среднее значение шага неровностей профиля по средней линии в преде­лах базовой длины.

Значения этих параметров определяются по формулам

; .

В дополнение к количественным параметрам для более полной характеристики шероховатости поверхности при необходимости могут устанавливаться требования к направ­лению неровностей (параллельное, перпендикулярное, перекрещивающееся, произвольное, кругообразное и радиаль­ное направления), а также к виду или последовательности видов обработки.

С изменением шероховатости поверхности изменяются важнейшие эксплуатационные характеристики деталей: вы­носливость (усталостная прочность), износостойкость, проч­ность сопряжений с натягом, сопротивление кавитационному разрушению, коррозионная стойкость. Шероховатость поверхности оказывает также влияние на условия смазки, теплопроводность стыков, отражательную и поглощательную способности поверхностей, условия протекания газов и жидкостей в трубопроводах и др.

Опорная длина η_p профиля определяется суммой длин отрез­ков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне на микронеровностях линией, параллельной средней линии. Относительная опорная длина t_p профиля определяется отно­шением опорной длины профиля к базовой длине

,

где р – уровень сечения профиля, определяемый расстоянием между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов (р устанавливают в процентах от R_max); b_i – длина отрезка, отсекаемого на мик­ровыступе.

Параметр t_p достаточно полно характеризует поверхность фактического соприкосновения (контакта) двух деталей, обра­зующих сопряжение.

Существует корреляционная связь высотных параметров шероховатости R_a, R_z и R_max:

– для плосковершинной и отделочно-упрочняющей обработки в среднем

R_max = 5,0 R_a, R_z = 4,0 R_a;

– для точения, строгания и фрезерования

R_max = 6,0 R_a, R_z = 5,0 R_a;

– для остальных методов обработки

R_max = 7,0 R_a, R_z = 5,5 R_a.

Основной смысл введения шести параметров для оценки шероховатости поверхности состоит в том, что с их помощью можно регламентировать шероховатость в зависимости от слу­жебного назначения и условий эксплуатации деталей (изнаши­вание, контактная жесткость, выносливость и др.).

Шероховатость поверхности на чертежах указывают с помо­щью условных обозначений (рис. 3.4, а). На месте рамки 1 в определенной последовательности указывают параметры шеро­ховатости (пример с цифровыми обозначениями показан на рис. 3.4, б), на месте рамки 2 в случае необходимости, – вид обработки и другие дополнительные данные, на месте рамки 3 – базовую длину, взятую из стандарта, а на месте рамки 4 – условные обозначения направления штрихов обработки. Обозначение t₅₀80 (см. рис. 3.4, б) расшифровывается как относительная опорная длина 80% при уровне сечения профиля p = 50%.

Рис. 3.4. Структура обозначения шероховатости поверхности (а)

и пример расположения параметров шероховатости (б)