3.3. Факторы, влияющие на качество поверхностей

Шероховатость поверхности регламентируется конструкто­ром, исходя из служебного назначения и условий эксплуатации деталей. Заданная шероховатость (высота микронеровностей, форма микровыступов, шаг и другие параметры) обеспечивается на производстве.

В первый период эксплуатации сопряженных поверхностей происходит их приработка. Шероховатость поверхности изменя­ется, а сопрягаемые детали начинают работать в иных условиях. Процесс приработки существенно влияет на срок службы машины. В зависимости от метода обработки поверхностей процесс при­работки происходит с различной интенсивностью (рис. 3.2, а). По его завершении создается характерная для данных условий экс­плуатации шероховатость и изнашивание во времени происхо­дит по одним и тем же законам. Износ И для методов обработ­ки /, //, /// характеризуется кривыми с одинаковыми углами на­клона Θ. Однако при заданном допустимом износе Ид сроки службы соединения оказываются различными (τ1, τ2, τ3). Из этого следует вывод о важности выбора метода обработки по­верхностей.

а

б

Рис 3.2. Влияние метода обработки сопрягаемых поверхностей на служебные свойства деталей

Эту же мысль иллюстрирует и другой эксплуатационный показатель сопряженных поверхностей — давление, приводящее к заклиниванию поверхностей, т. е. невозможности их взаимного перемещения. На рис. 3.2, б приведена диаграмма, характери­зующая работу двух сопряженных деталей, которые эксплуати­руются в одинаковых условиях, но методы обработки их поверх­ностей — различны. Детали выполнены из чугуна, одна из них совершает возвратно-поступательные движения на длине 100 мм, площадь контакта составляет 1450 мм², максимальная скорость перемещения 2000 мм/мин. Пара 1, у которой обе поверхности отшлифованы цилиндрической поверхностью круга вдоль на­правления движения, заклинивает (поверхности перестают пере­мещаться одна относительно другой) при давлении примерно 200 МПа. Пара 2 имеет одну шлифованную поверхность, а дру­гую — шабреную. При прочих равных условиях заклинивание поверхностей происходит при существенно большем давлении, что характеризует их положительно по сравнению с парой 1. У пары 3 обе поверхности шабреные, у пары 4 одна поверх­ность притертая, другая — шлифованная, у пары 5 — обе по­верхности притертые и у пары 6 — одна поверхность притертая, другая — шабреная. Давления заедания у пар 1 и 6 различаются в три раза.

Существуют и многие другие параметры, показывающие ре­шающее влияние шероховатости на эксплуатационные характе­ристики сопряжении. Из них следует, что, назначая шерохова­тость поверхностей деталей машин, конструктор может непо­средственно влиять на качество машины и ее частей. Именно для этого и предложены шесть основных параметров шероховатости по­верхности по российскому стандарту. Каждая пара поверхностей требует своего набора параметров шероховатости и указания их на рабочих чертежах.

Все параметры шероховатости, назначенные конструктором, должны быть выполнены в условиях производства. Для облегче­ния работы технолога существуют справочные материалы, в ко­торых приведены интервалы значений параметров шероховато­сти в зависимости от метода обработки.

Широко распространены справочные данные для случаев об­работки наружных поверхностей вращения, внутренних поверх­ностей вращения и плоских поверхностей. Кроме того, имеются данные по обработке боковых специфических поверхностей: шлицев, зубьев, поверхностей профилей резьб.

Данные, приведенные в справочниках, иногда требуют уточ­нений в зависимости от режимов обработки. Скорость резания v существенно влияет на шероховатость (рис. 3.3, а). При обра­ботке вязких материалов в условиях образования нароста наи­большее значение Rz наблюдается при скоростях резания 20...25 м/мин. Однако с увеличением скорости резания эффект образования нароста снижается и шероховатость уменьшается. Вместе с тем, кривую, приведенную на рис. 3.3, а нельзя счи­тать универсальной.

а

б

Рис. 3.3.Зависимость шероховатости

от скорости резания (а) и подачи (б)

Подача S (рис. 3.3, б) влияет на шероховатость в зависимо­сти от используемого режущего инструмента и условий обработ­ки. При точении стандартными резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закругления при вершине резца (до 2 мм) по­дача существенно влияет на шероховатость (кривая 1). Если то­чение производится резцами с широкой режущей кромкой, ус­тановленной параллельно оси изделия, изменение подачи не от­ражается на шероховатости (кривая 2). При сверлении, зенкеровании, торцевом и цилиндрическом фрезеровании изменение подачи слабо влияет на шероховатость (кривая 3).

Глубина резания также слабо влияет на шероховатость. Из­менение шероховатости с увеличением глубины резания, когда инструмент режет не по корке, а по основному материалу, связано с изменением физико-механических свойств материала в зоне резания.

Геометрические параметры режущего инструмента, равно как и его состояние, оказывают различное влияние на шерохо­ватость. При изменении в обычных пределах переднего угла у и заднего угла а (рис. 3.4, а) параметры Ra и Rz изменяются не­значительно. С уменьшением угла φ в плане и вспомогательного угла φ1 в плане (рис. 3.4, б) шероховатость заметно уменьшает­ся. На инструментах с широкой режущей кромкой (рис. 3.4, в) шероховатость обрабатываемой поверхности определяется в ос­новном шероховатостью режущего лезвия на участке 1—2. Этот эффект особенно сильно заметен в начальный период работы инструмента, пока микронеровности лезвия не сгладились. С уменьшением радиуса r скругления вершины резца (рис. 3.4, г) шероховатость резко возрастает.

а б в г

Рис. 3.4. Геометрические параметры режущего инструмента