2. Геометрические показатели качества, поверхностного слоя

2.1. Волнистость

За один оборот заготовки резец перемещается на величину подачи s₁ (мм/об) и переходит из положения 1 в положение 2 (рис.13.2, а). При этом на обработанной поверхности остается некоторая часть металла, не сня­тая резцом и образующая остаточный гребешок. Очевидно, что величина и форма неровностей поверхности, состоящих из остаточных гребешков, оп­ределяются подачей s₁ и формой режущего инструмента. Например, при уменьшении подачи до значения s₂ высота Rz неровностей снижается до R’z (pис.13.2, б). Изменение углов  и ₁ в плане оказывает влияние не только на высоту, но и на форму неровностей поверхности (рис.13.2, в). При использовании резцов с закругленной вершиной достаточно большого радиуса r₁ форма неровностей становится соответственно также закругленной (рис.13.2, г). При этом увеличение радиуса закругления вершины резца до r₂ приводит к уменьшению высоты Rz шероховатости (рис.13.2, д).

Исходя из приведенных соображений геометрического характера, проф. В.Л. Чебышев предложил определять высоту Rz неровностей при обработке резцом в зависимости от подачи s и радиуса r закругления вершины резца по формуле:

Rz= s²/8r (13.1)

Рис. 13.2. Волнистость обработанной поверхности

2.2. Шероховатость поверхности

Прежде всего, величина микронеровностей влияет на условия трения, смазки и износа трущихся поверхностей. С точки зрения износостойкости при трении наилучшими являются условия гидродинамического трения, при которых трущиеся поверхности разделены слоем смазки. Слишком малая ше­роховатость не позволяет смазке удерживаться на поверхности, а при слишком высокой шероховатости масляные пленки разрываются выступающи­ми неровностями.

Шероховатость поверхности оказывает влияние и на величину кон­тактных деформаций поверхностей, коррозионную стойкость, герметичность и прочность соединений, концентрацию напряжений, усталостную прочность деталей, электросопротивление, магнитные, тепловые и другие свойства поверхностей.

При изучении шероховатости поверхности рассматривают расчетные и действительные микронеровности, которые можно определить геометрически с учетом следующих допущений: 1) обрабатываемый материал считается абсолютно недеформируемым; 2) система «станок-приспособление-инструмент-деталь»  абсолютно жесткой; 3) режущие кромки инструмента представляют собой геометрические линии.

Шероховатость поверхности это совокупность неровностей обработанной поверхности с относительно малыми шагами.

Шероховатость поверхности принято определять по ее профилю, который образуется в сечении этой поверхности плоскостью, перпендикулярной к нормальной поверхности. При этом профиль рассматривается на длине базовой линии, используемой для выделения неровностей и количественного определения их параметров.

При стандартизации шероховатости поверхности за основу принята система отсчета, в которой в качестве базовой линии служит средняя линия профиля. Средняя линия профиля  это базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины L среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально.

Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией выступов профиля. Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией впадин профиля.

Шаг неровностей профиля  это длина отрезка средней линии профиля, содержащая выступ профиля и сопряженную с ним впадину профиля (рис. 13.3). Средний шаг неровностей профиля Sm  это среднее значение шага неровностей профиля по средней линии в пределах базовой длины.

Рис. 13.3. Шероховатость обработанной поверхности

Для оценки шероховатости поверхности в машиностроении получил большое распространение высотный критерий Rz. Высота неровности профиля по десяти точкам Rz представляет собой сумму средних абсолютных значе­ний высот пяти наибольших выступов профиля и глубин наибольших впадин профиля в пределах базовой длины L, т.е.

, (13.2)

где Y_{pm i}  высота i-го наибольшего выступа профиля;

Y_{vm i}  глубина i-й наибольшей впадины профиля.

Столь же большое значение в машиностроении при оценке шерохова­тости поверхности имеет и критерий Ra. Среднее арифметическое отклонение Ra профиля  есть среднее арифметическое абсолютных значений отклонение профиля в пределах базовой длины L, т.е.

(13.3)

или приближенно , (13.4)

где: Y  отклонение профиля, определяемое расстоянием между любой точкой профиля и средней линией; L  базовая длина; n  число выбранных точек на базовой длине.

На многие эксплуатационные свойства поверхности (износостойкость, контактную жесткость и др.) большое влияние оказывает фактическая по­верхность соприкосновения детали с сопряженными деталями изделия. Эта величина с известным приближением может быть частично отражена крите­рием _р.

Опорная длина _р профиля определяется суммой длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной средней линии (рис .13.3).

Для сопоставления размеров опорных поверхностей, обработанных различными методами, удобно пользоваться понятием относительной опорной линии t_p профиля, определяемой отношением опорной длины профиля к базовой длине, т.е.

t_p = _р / L (13.4)

Относительная опорная длина t_p профиля устанавливается на требуемом уровне сечения р профиля, который определяется расстоянием между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля; она выражается в процентах от Rmax.

Для указания шероховатости поверхности на чертежах используют условные обозначения (рис.13.4 и 13.5).

Рис. 13.4. Обозначение шероховатости на машиностроительных чертежах

Рис. 13.5. Обозначение шероховатости:

а) в общем случае

б) без указания вида обработки

в) с удалением наружного слоя материала

г) без удаления наружного слоя материала

При этом среднее арифметическое отклонение указывают цифрой без дополнительного символа, например 0,5. Численные значения остальных параметров проставляют после соответствующих символов, например:

Rz=3,2; Rmax=6,3; Sm=0,63; S=0,032; t₍₅₀₎=70, т.е. относительная опорная длина t_p профиля равна 70 % при уровне сечения профиля Р=50 %.

Для обозначения шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается, служит знак, показанный на рисунке 13.5,б. При обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована удалением слоя материала, применяют знак, представленный на рисунке 13.5, в. В обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована без удаления слоя материала (например, литьем, ковкой, объемной штамповкой, прокаткой, волочением и т.п.) применяют знак, показанный на рис.13.5, г. Этим же знаком обозначают поверхности, не обрабатываемые по данному чертежу.

На шероховатость поверхности, обработанной резанием, оказывает влияние большое число факторов, связанных с условиями изготовления за готовки. В частности, высота и форма неровностей, а также характер расположения и направление обработочных рисок зависят от принятого вида и режима обработки; условий охлаждения и смазки инструмента; химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала; конструкции, геометрии и стойкости режущего инструмента; типа и состояния используемого оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.