конспект лекций ТОМ

При скорости главного движения резания более 30 м/мин из-за возрастания температуры в зоне резания наростообразование прекращается и величина шероховатости уменьшается. При обработке резанием материалов не склонных к образованию нароста величина шероховатости не зависит от изменения скорости главного движения резания.

При шлифовании шероховатость снижается с увеличением скорости главного движения резания и уменьшением его подачи во всех трех направлениях.

Влияние подачи на шероховатость при точении можно приближенно определить из сопоставления двух смежных положений резца, смещенных на величину подачи S (рис. 4.1, б, в) по формуле

Rz = S8r2

При точении и строгании резцами с широкой режущей кромкой, при сверлении, зенкеровании, развертывании величина подачи оказывает мало заметное влияние на шероховатость.

Глубина резания при достаточной жесткости не оказывает существенного влияния на шероховатость. При снятии корки у отливок и наклепанного слоя у стальных заготовок должна быть назначена глубина резания, обеспечивающая полное снятие такого слоя.

Геометрическая форма режущего инструмента оказывает влияние на шероховатость. Передний угол γ, угол наклона режущей кромки λ, задний угол α мало влияют на величину шероховатости. Большее значение оказывают радиус закругления при вершине, углы в плане — главный φ и вспомогательный φ1. При увеличении радиуса закругления величина шероховатости уменьшается (рис. 4.1, в). С увеличением угла φ и φ1 величина шероховатости увеличивается.

Свойства и структура обрабатываемого материала оказывают влияние на шероховатость поверхности. Более вязкие и пластичные материалы (напри-

42

мер, низкоуглеродистая сталь), склонные к пластическим деформациям, дают при их обработке резанием большую шероховатость.

При увеличении хрупкости материала величина шероховатости уменьшается. При резании хрупких материалов зависимость Rz =f(ν) не имеет «горба» и выражается горизонтальной линией. Стали с повышенным содержанием серы (автоматные) и стали с присадкой свинца после обработки резанием имеют меньшую шероховатость, чем углеродистая сталь, обработанная в одинаковых с ними условиях. С увеличением твердости обрабатываемого материала величина шероховатости снижается.

Как уже отмечалось, одним из основных параметров качества поверхностного слоя являются физико-механические свойства, которые характеризуются твердостью; структурой; величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напряжений; глубиной деформации слоя; наличием или отсутствием внешних дефектов(микротрещин, ликвации и т. п.).

Физико-механические свойства поверхностного слоя отличаются от исходного материала. Это связано с воздействием силовых и тепловых факторов при изготовлении и обработке заготовок.

Материал поверхностного слоя испытывает упрочнение (наклеп) или разупрочнение; изменяется его структура, микротвердость; образуются остаточные напряжения.

После механической обработки стальной заготовки в поверхностном слое выделяют три зоны (рис. 4.2, а):

I — зона резко выраженной деформации; характеризуется большими искажениями кристаллической решетки металла, раздроблением зерен, высокой твердостью;

//— зона деформации; в этой зоне наблюдается вытягивание зерен, наволакиваниеоднихзереннадругие, понижениетвердости;

///— переходная зона; в этой зоне состояние слоя постепенно приближается

ксостоянию исходного материала.

Глубина поверхностного слоя зависит от метода и режимов обработки и со-

43

ставляет от 5 мкм при тонкой обработке до сотен мкм — при черновой.

а— структура; б — напряжения в поверхностном слое после абразивной обработки;

в— напряжения в поверхностном слое после лезвийной обработки

Рисунок 4.2.– Поверхностный слой детали из стали

Физико-механические свойства поверхностного слоя определяются применяемыми методами и режимами изготовления и обработки заготовок.

При обработке лезвийным инструментом имеет место взаимодействие в основном силовых, а также тепловых факторов. Вследствие этого поверхностный слой имеет, как правило, сжимающие (отрицательные) напряжения

(рис. 4.2, в).

Однако при высоких скоростях главного движения резания остаточные напряжения могут быть растягивающими.

При шлифовании большее влияние оказывают тепловые факторы, меньшее — силовые. Характерные для шлифования высокие температуры в поверхностном слое вызывают структурную неоднородность и, вследствие этого, поверхностные прижоги, микротрещины, цвета побежалости. В поверхностном слое при шлифовании возникают остаточные напряжения растяжения, т. е. положительные (рис. 4.2, б).

При накатывании обработанных поверхностей роликами и шариками обеспечивается пластическая деформация поверхностного слоя, снижение шероховатости и получение сжимающих напряжений. Чрезмерный на-

44

клеп при накатывании приводит к разрушению («шелушению») поверхностного слоя.

Остаточныенапряженияраспространяютсянаглубину0,05.. .0,15 мм. Воздействие силовых и тепловых факторов также зависит от варьирова-

ния режимами резания и условий обработки.

Уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое может быть достигнуто:

—снижением интенсивности теплообразования;

—уменьшением скорости главного движения резания;

—уменьшением глубины резания;

—применением более «мягких» кругов и выхаживания при шлифовании;

—применением обильного охлаждения.

Кроме остаточных напряжений в поверхностном слое изготавливаемой детали образуется наклеп. Он возникает в результате больших перепадов температур и больших деформаций, приводящих поверхностные слои к упрочнению. Интенсивность и глубина распространения наклепа возрастают с увеличением сил и продолжительности их воздействия и с повышением степени пластической деформации металла поверхностного слоя.

Одновременно с упрочнением из-за нагрева зоны резания в металле поверхностного слоя протекает разупрочнение, возвращающее металл в его первоначальное не наклепанное состояние. Конечное состояние металла поверхностного слоя определяется соотношением :скоростей протекания процессов упрочнения и разупрочнения, зависящим от преобладания действий в зоне резаниясиловогоилитеплового фактора.

Состояние поверхностного слоя существенно влияет на работоспособность поверхности. Наклеп поверхности в несколько раз уменьшает ее износ, способствует созданию сжимающих напряжений, повышающих предел выносливости, прочность деталей. Растягивающие напряжения увеличивают износ, снижают прочность и приводят к появлению микротрещин на рабочих поверхностях. От остаточных напряжений зависит первоначальная и последующая эксплуатаци-

45

онная точность деталей и машин.

Целенаправленное формирование поверхностного слоя заданного качества, исходящего из требований длительной и надежной эксплуатации деталей, обеспечивается путем применения обычных методов, т. е. рационального выбора последовательности режимов и условий обработки, упрочнения поверхностей закалкой, химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование, сульфидирование и др.); наплавкой; гальваническими покрытиями хромирование, никелирование, цинкование и др.), а также применением специальных методов.

К специальным методам повышения качества поверхностей может быть отнесены упрочняющие методы пластического деформирования без снятия стружки, создающие наклеп и сжимающие напряжение 400...700 Н/мм2 . К ним относятся: вибрационное обкатывание, дробеструйное упрочнение, чеканка, обкатывание и раскатывание голиками и шариками, дорнование и калибрование, алмазное выглаживание, электрохимическая обработка и др.

4.2 Методы измерения и оценки качества поверхности

Шероховатость поверхностей оценивают при контроле и приемке деталей, а также при исследованиях в лабораторных условиях. Применяемые методы оценки можно разделить на прямые и косвенные. Для прямой оценки шероховатости применяют щуповые (профилометры и профилографы) и оптические (двойной и интерференционный микроскопы) приборы. Для косвенной оценки используют эталоны шероховатости и интегральные методы.

Профилометры выпускают стационарного и переносного типов; они позволяют измерять шероховатость в пределах 0,02—5 мкм. Действие профилометра основано на ощупывании поверхности алмазной иглой, движущейся по ней по заданной траектории. Колебания иглы вызывают в электрической системе прибора соответствующую ЭДС. Наиболее распространены индукционные профилометры (201, 253 завода «Калибр», приборы Филлипс, Тейлор-Гобсон,

46

Браш). На шкале профилометра оценка шероховатости дается по параметрам Ra или Hск(среднее квадратичное отклонение высоты микронеровностей от средней линии профиля).

Профилографы применяют для записи микропрофиля поверхности (Rz = от 0,025 до 80 мкм) в виде профилограмм. При последующей обработке снятой профилограммы могут быть получены значения Ra и Rz для данной поверхности. Профилографы предназначены для лабораторных исследований и не пригодны для цехового контроля деталей. В оптико-механических профилографах профилограмма записывается световым лучом на фотопленке или пером самопишущего устройства на бумажной ленте. Вертикальное увеличение при снятии профидограмм значительно больше, чем горизонтальное. При измерении шероховатости поверхностей деталей из мягких материалов щуповыми приборами наблюдается царапанье поверхности деталей, несмотря на малое давление на иглу. Радиус закругления иглы (10—12 мкм) не позволяет ей проникнуть в узкие и глубокие впадины и отразить их на профилограмме. Двойной микроскоп ПСС-2 и МИС-11 предназначен для измерения шероховатости поверхностей Rz = 0,8 -— 80 мкм. В этом приборе микронеровности освещают световым лучом, направленным под некоторым углом к контролируемой поверхности. Микронеровности измеряют с помощью окулярного микрометра или фотографируют. Сменными объективами достигают увеличения в 517 раз. На приборе определяют шероховатость поверхности по показателю Rz. Недостаток метода — необходимость измерений и подсчетов результатов измерений. Микроскоп ПОС-2 применяют при лабораторных исследованиях и

выборочном контроле.

Микроинтерферометры (МИИ-4) используют для измерения шероховатости поверхностей Rz — 0,025…0,6 мкм. Интерференционные полосы искривляются соответственно профилю микронеровностей на рассматриваемом участке поверхности. Высоту этих искривлений измеряют окулярным микрометром при увеличении в 490 раз. Фотографирование производят при увеличении в 290 раз. Микроинтерферометры применяют при лабораторных исследованиях

47

и производственном контроле прецизионных деталей.

Метод сравнения поверхности контролируемой детали с аттестованными эталонами шероховатости поверхности является наиболее простым. Эталоны должны быть изготовлены из тех же материалов, что и контролируемые детали, так как отражательная способность материала (стали, чугуна, цветных сплавов и др.) влияет на оценку шероховатости поверхности. Эталоны необходимо обрабатывать теми же методами, которыми обрабатывают контролируемые детали.

Визуальная оценка по эталонам субъективна. При обработке деталей с малой шероховатостью рекомендуется использовать переносные или стационарные сравнительные микроскопы, в которых изображения контролируемой поверхности и эталона совмещены в поле одного и того же окуляра, разделенном на две равные части, и увеличены в 10—50 раз,

Интегральные методы позволяют косвенно оценить шероховатость поверхности по расходу воздуха, проходящего через щели, образуемые впадинами микропрофиля и торцовой поверхностью сопла пневматической измерительной головки, опирающейся на исследуемую поверхность. Настройку пневматических приборов производят по эталонным деталям. Шероховатость поверхности может быть косвенно оценена на определенной площади методом измерения электрической емкости конденсатора, образующейся между деталью и накладываемой на нее металлической пластинкой, разделенными диэлектриком; по износу графитовой палочки, прижимаемой к контролируемой поверхности с определенной силой; по количеству отраженного света, падающего на деталь, и другими методами.

Волнистость поверхностей можно измерять на профилографах при большой базовой длинеи применении ощупывающих игл с большим радиусом округления острия.

Погрешности формы и волнистость измеряют на приборах завода «Калибр» и фирмы Тейлор-Гобсон. Запись производят в полярных координатах при увеличении в 50—10 000 раз.

48

5 ЗАГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

5.1. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления

При выборе заготовки необходимо решить следующие вопросы:

—установить способ получения заготовки;

—рассчитать припуски на обработку каждой поверхности;

—рассчитать размеры и указать допуски на заготовку;

—разработать чертеж заготовки.

Основными видами заготовок для деталей являются заготовки, полученные литьем; обработкой давлением; резкой сортового и профильного проката; комбинированными методами; специальными методами.

Согласно ГОСТ 2664-85,точность отливки характеризуется четырьмя показателями:

—классом размерной точности (22 класса);

—степенью коробления (11 степеней);

—степенью точности поверхностей (22 степени);

—классом точности массы (22 класса).

Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливок.

Стандартом предусмотрено 18 рядов припуска отливок.

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки в следующем порядке:

—класс размерной точности;

—степень коробления;

—степень точности поверхностей;

—класс точности массы;

—допуск смещения отливки.

Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4 -й степени точности поверхно-

49

стей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм: Точность отливки 8 — 5 — 4 — 7 См 0,8 ГОСТ 26645-85.

Допускается указывать сокращенную номенклатуру норм точности отливки, при этом указание классов размерной точности и массы отливки является обязательным; ненормируемые показатели точности заменяют нулями, а обозначение смещения опускают. Например:

Точность отливки 8 – 0 – 0 – 7 ГОСТ 26645-85.

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны в нижеприведенном порядке значения номинальных масс детали, припусков на обработку, технологических напусков и массы отливки.

Пример обозначения номинальных масс, равных для детали-20,35 кг, для припусков на обработку-3,15 кг, для технологических напусков-1,35 кг, для отливки - 24,85 кг:

Масса 20,35 - 31,5 - 1,35 - 24,85 ГОСТ 26645-85.

Для необрабатываемых отливок или при отсутствии напусков соответствующие величины обозначают «0». Например:

Масса 20,35 - 0 - 0 - 20,35 ГОСТ 26645-85.

На выбор заготовки влияют следующие показатели: назначение детали, материал, технические условия, объем выпуска и тип производства, тип и конструкция детали; размеры детали и оборудования, на котором они изготовляются; экономичность изготовления заготовки, выбранной по предыдущим показателям. Все эти показатели должны учитываться одновременно, так как они тесно связаны. Окончательное решение принимают на основании экономического расчета с учетом стоимости метода получения заготовки и механической обработки.

Упрощенное сравнение возможных вариантов получения заготовки предполагает два этапа:

– сравнение методов получения заготовки по коэффициенту использования материала K=gд /gn, где gд — масса детали, кг;

gH –норма расхода материала, кг. При этом учитываются следующие екомен-

50

дации:

массовом производстве К≥ 0,85; серийном производстве К≥ 0,5...0,6;

– сравнение методов получения заготовки на основании расчета стоимости заготовки с учетом ее черновой обработки

См = gнЦм – gоЦо + СзчТ(1 + Сн / 100)

где Сзч — средняя часовая заработная плата основных рабочих по тарифу, руб/чел.ч; Цо — цена 1 кг отходов, руб.; Цм, — оптовая цена на материал в зависимости от метода получения заготовки (из проката, свободной ковкой, штамповкой, литьем); g0 — масса отходов материала; кг; Т— время черновой обработки заготовки, ч; Сн — ценовые накладные расходы (для механического цеха могут быть приняты 60...80 %).

5.2 Определение припусков на механическую обработку

Припуском называют слой материала, удаляемый в процессе механической обработки заготовки для достижения требуемой точности и качества обрабатываемой поверхности.

Различают припуски промежуточные (Zi) и общие (ZO). Промежуточный припуск (припуск на данную операцию или переход) это

слой металла, который должен быть удален во время данной операции или перехода. Промежуточный припуск определяют как разность размеров заготовки полученных на смежном предшествующем переходе. При обозначении припусков используются следующие индексы: ( i – 1) – индекс для предшествующего перехода; i – индекс для выполняемого перехода.

При этом промежуточные припуски для наружных и внутренних поверхностей (рис. 5.1) рассчитываются по следующим формулам:

Zi=di-1 — di,

Zi= di — di-1.

51