1.2.3 Взаимосвязь шероховатости и точности обработки. Классы шероховатости, достигаемые различными видами механической обработки

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	Rа мкм
1	Доводка	5	3-4	0,08-0,01
2	Суперфиниширование	5	3-4	0,16-0,01
3	Хонингование	5	3-4	0,63-0,01
4	Полирование	Предшествующ.	Пр.обработка	0,63-0,02
5 6 7 8 9	Тонкое точение - строгание - шлифование - фрезерование - растачивание	5-6 8 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
10 11 12 13 14 15 16	Чистовое шлифование - фрезерование - точение -растачивание - строгание -развертывание - зенкерование	5-6 6 6-7 5-6 5-7 8 6-7	6-7 8 8-9 8-9 8 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
17 18 19 20 21 22 23 24 25	Черновое точение - шлифование - растачивание - сверление - зенкерование - развертывание - фрезерование - строгание - долбление	9-10 7-9 7 7-9 11-13 10-11 7-9 8 10	8 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
26	Сверление по кондуктору	11-12	8-9	25-6,3
27	Координатное растачивание	10	4-5	1,25-0,32
28 29 30	Нарезание резьбы: метчиком (плашкой) резцом фрезой	5		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.