книги из ГПНТБ / Ремонт строительных машин учебник

ном случае будет выдерживаться без погрешности, так как уста­ новочная и измерительная базы совмещены. Колебание размера а у деталей партии возможно только за счет износа и отжатия фре­ зы, деформации детали от усилия при закреплении ее (Q) и дру­ гих факторов, не связанных со способом базирования детали. Дру­ гое дело с размером h. Этот размер будет зависеть от действитель­ ного размера Н, который может отличаться от номинального на некоторую величину в пределах допуска 5К. Соответственно и по­

грешность размера h при по­ стоянном значении С будет определяться такой же вели­ чиной. Это будет погрешность базирования. Заметим, что в отношении размера h устано­

и размер Ь будет выдерживаться без погрешностей, связанных с базированием детали.

Погрешности базирования в большинстве случаев могут быть определены геометрическим расчетом исходя из схемы установки детали для обработки. Это дает возможность определять допусти­ мость намечаемого способа базирования для получения заданной точности изготовления детали.

При выборе установочных баз принимаются во внимание сле­ дующие соображения:

—нужно в возможно большей степени использовать принцип совмещения баз, т. е. в качестве установочной базы брать эле­ менты деталей, являющиеся измерительной базой;

—нужно по возможности стремиться соблюдать принцип по-

20

стоянства базы, т. е, всю обработку вести при одном базировании, чтобы не происходило накапливания погрешностей, связанных с неточностью расположения поверхностей, принимаемых за базы;

— особенно важно произвести правильный выбор черновой базы для первой операции, когда еще нет обработанных поверх­ ностей; черновые базовые поверхности должны быть возможно более чистыми, ровными и минимально смещены относительно по­ верхностей, подлежащих обработке; они не должны иметь литей­ ных и штамповочных уклонов; на них не должны располагаться литники, прибыли, плоскости разъема моделей и штампов;

— при изготовлении деталей, не обрабатываемых кругом, в ка­ честве черновых баз следует принимать поверхности, не подвер­ гающиеся в дальнейшем механической обработке, т. е. те поверхно­ сти, которые остаются черными и в готовой детали;

—в том случае, когда деталь не может быть изготовлена с од­ ной установки, после первичной обработки черновые базы должны быть заменены базами из обработанных поверхностей; в качестве чистовых баз нужно брать те элементы детали, которые опреде­ ляют ее положение в машине;

—при многократной обработке одних и тех же поверхностей повторные установки детали нужно производить на одни и те же базовые поверхности (кроме черновых, на которые повторная уста­ новка в большинстве случаев недопустима);

—базовые поверхности должны выбираться с таким расчетом, чтобы деформации деталей от усилий зажима и резания при обра­

ботке были минимальными.

Принятая схема базирования определяет конструктивную схе­ му приспособления, если оно предусматривается для обработки данной детали.

§ 4. Качество поверхностей после механической обработки деталей

Под качеством детали после ее механической обработки сле­ дует понимать степень соответствия действительных значений свойств детали — геометрических, механических и других — требуе­ мым (расчетным) значениям, указанным в чертежах и технических условиях. Оно определяется прежде всего геометрическими и по­ верхностными свойствами детали, достигаемыми в процессе ее ме­ ханической обработки. Принято оценивать геометрические свой­ ства поверхностей точностью, которая связывается с такими пара­ метрами, как размеры, форма и взаимное расположение; поверх­ ностные свойства — с шероховатостью, волнистостью и физико-ме­ ханическими свойствами поверхностного слоя.

Основные факторы, влияющие на точность механической обра­ ботки деталей следующие:

— точность станка и приспособлений, на которых производится обработка; '

21

— точность изготовления и установки, а также степень износа и нагрева режущего инструмента, которым производится обра­

ботка;

— способ установки детали при обработке;

— жесткость системы СПИД (станок — приспособление — ин­

струмент — деталь);

— деформация обрабатываемой детали при ее закреплении, а

бочкообразности цилиндрических поверхностей, смещение и непа­ раллельность осей, непараллельность плоскостей и т. д.

Погрешности обработки возрастают по мере износа станка, не­ равномерности его нагрева при работе, которая может возникнуть вследствие выделения тепла в зоне резания материала, в узлах трения станка и от воздействия внешних источников тепла (при­ боров отопления, солнечных лучей), а также вследствие неточ­ ности изготовления, износа и температурных деформаций приспо­ соблений, упругих деформаций в системе СПИД и т. п.

В свою очередь и режущий инструмент, изготовляемый с опре­ деленной степенью точности размеров, геометрической формы и взаимного расположения элементов, а тем более получивший из­ нос в процессе эксплуатации, может быть источником погрешно­ стей при обработке деталей. Большое значение имеет правильность установки инструмента и степень нагрева его при работе.

Нельзя заранее определить точно влияние всех перечисленных причинных факторов качества обработки; их влияние даже при выполнении одного перехода вследствие неравномерности размеров заготовок (и, следовательно, глубины резания), нарастания при­

22

тупления инструмента в процессе работы и колебания механиче­ ских свойств поверхностного слоя деталей варьирует случайным образом. Упругие деформации технологической системы могут при­ вести к значительному нарушению правильности формы и разме­ ров обрабатываемых поверхностей деталей (рис. 2.5).

Точность обработки может нарушаться под воздействием вну­ тренних напряжений. Внутренние напряжения в детали возникают и на стадии изготовления заготовки (в отливках, поковках, штам­ повках, прокате, сварных заготовках), и на стадии обработки (ме­ ханической, термической, а также при нанесении электролитиче­ ских покрытий).

При наличии внутренних напряжений в заготовке после снятия поверхностных слоев металла равновесие этих напряжений нару­ шается, вследствие чего происходит деформация детали (искрив­ ление, коробление и т. д.). При этом процесс деформации в есте­ ственных условиях происходит не сразу, а на протяжении более или менее длительного периода (нескольких месяцев). Если деталь изготовить без учета этого явления, то она к моменту сборки может потерять точность и стать непригодной к использованию. Для исключения указанных явлений проводится старение отливок (естественное или искусственное путем термической обработки после обдирки заготовки), отжиг поковок, штамповок и сварных заготовок. Производится также отжиг прутков, полученных прока­ том или волочением, если они являются заготовкой деталей, при изготовлении которых требуется снимать несимметричный слой металла (эксцентриковые валы, валы с длинным шпоночным па­ зом и т. п.). В этом случае различная степень снятия наклепанного слоя на противоположных сторонах сечения детали также могла бы привести при перераспределении напряжений к деформации де­ тали.

Остаточные напряжения в деталях после механической обра­ ботки будут рассмотрены ниже.

Суммарная погрешность механической обработки является функцией первичных погрешностей, возникающих в результате дей­ ствия каждого из факторов, влияющих на точность обработки.

Все погрешности по характеру их появления подразделяются на

систематические и случайные.

К систематическим погрешностям относят те из них, которые возникают регулярно (постоянно). Так, например, при определен­ ной настройке станка связанная с нею погрешность будет оста­ ваться постоянной при обработке деталей партии; погрешность, связанная с размерным износом инструмента, может изменяться закономерно при переходе от одной детали к другой, если размер­ ный износ инструмента прямо пропорционален количеству обра­ батываемых деталей; погрешность, вызываемая температурной де­ формацией станка, может сначала закономерно изменяться, а за­ тем стабилизироваться, если нагрев станка происходит по опреде­ ленному закону, а по достижении определенной температуры пре­ кращается вследствие наступления теплового равновесия системы.

23

Систематические погрешности могут быть выявлены промером нескольких обработанных деталей, а некоторые из них определены заранее аналитическим расчетом. Это позволяет принимать меры

ких устранению или компенсации.

Кслучайным погрешностям относят погрешности, которые мо­ гут иметь различные значения при обработке деталей партии.Мо­ менты возникновения таких погрешностей, их величины и направ­

ления для каждой детали нельзя точно определить заранее. При­ мерами случайных погрешностей могут быть погрешности, вызы­ ваемые упругими деформациями системы СПИД, нестабильностью

33,70 33,75 33,80 33,85 39,30 39,95 40,00 40,05 40,10 40,15 ММ

Д и а м е т р ш еек

Рис. 2.6. Пример рассеивания фактических размеров шеек валов партии, обработанной на станке по номинальному диаметру 40 мм

установки деталей партии на станке, различной степенью деформа­ ции детали при ее закреплении и т. д. В результате действия слу­ чайных факторов действительные размеры, например диаметр шей­ ки вала (рис. 2.6), распределяются в пределах амплитуды погреш­ ности. Оценка возможной суммарной величины случайной погреш­ ности при определенном способе обработки деталей может произ­ водиться методами математической статистики и теории вероят­ ностей.

Работы многих исследователей показали, что распределение действительного размера деталей, при обработке которых дейст­ вует большое количество случайных факторов, но ни один из них не является преобладающим, довольно близко к нормальному. Теоретическая кривая нормального распределения (кривая Гаус­ са) имеет вид, представленный на рис. 2.7 (О1 называется центром рассеяния или центром группирования). Та же кривая показана пунктиром на рис. 2.6.

24

Анализ опытных данных показывает, что относительное зна­ чение отдельных видов погрешностей в результирующей погреш* ности при обработке более или менее значительных партий неболь­ ших или средних по величине деталей на настроенных станках составляет: погрешности, связанные с упругостью технологической системы,— 10—30%; погрешности от износа режущего инструмен­ та — 10—20%; погрешности настройки станка— 20—40%; погреш­ ности из-за геометрической неточности станка— 10—30%; погреш­

ботки при любом методе требует затрат, связанных с необходи­ мостью применения оборудования повышенного класса точности, усложнением настройки и т. д. Поэтому при выборе технологиче­ ского процесса следует отдавать предпочтение тем вариантам, ко­ торые наиболее экономично обеспечивают заданную точность.

пуском: при черновом точении 0,3—0,4 мм, при чистовом точении 0,1—0,15 мм, при чистовом шлифовании 0,025—0,045 мм и при тонком шлифовании 0,019—0,035 мм.

Качественные свойства обработанных поверхностей, как отме­ чалось, характеризуются также геометрическими и физико-меха­ ническими параметрами.

К геометрическим параметрам поверхности относятся ее шеро­ ховатость и волнистость, а также направление штрихов обра­ ботки.

Шероховатостью поверхности называют совокупность периоди­ ческих неровностей с относительно малым шагом, образующих микрорельеф поверхности на достаточно малой базовой длине, т. е. на таком участке, на котором практически исключаются отклоне­

25

Согласно ГОСТ 2789—59 шероховатость характеризуется сред­ неарифметическим отклонением профиля поверхности Ra или вы­ сотой неровностей Rz, которые могут быть определены по профи­ лограммам (рис. 2.8).

При определении Ra исходят из среднеарифметического откло­ нения профиля относительно средней линии. Средняя линия про­ филя есть линия, делящая измеренный профиль таким образом, что в пределах базовой длины I

f'i 4' R 5 + ■• • ~Г Rл -1== ^2 ^4 R п>

т. е. суммы площадей, ограниченных профилями по обеим сторо­ нам от этой линии, равны.

Среднеарифметическое отклонение профиля определяется по

формуле

П

Высота неровностей определяется как среднее расстояние меж­ ду находящимися в пределах базовой длины пятью точками наи­ больших выступов и пятью точками наибольших впадин:

Указанным ГОСТ предусмотрено 14 классов чистоты (6—14-й классы, кроме того, делятся на 3 разряда каждый). Чем меньше

численное значение Ra или Rz, тем выше класс чистоты. Например, при 1-м классе чистоты Ra^> 80 мкм и |7?z> 320 мкм, а при 14-м классе Ra > 0,01 мкм и Rz > 0,05 мкм. Установлено 6 значений ба­ зовой длины (от 8 до 0,08 мм), на которой определяются пара­ метры шероховатости в зависимости от класса точности. Измерение шероховатости производится с помощью профилографов и про­ филометров. Существуют также различные -косвенные методы оценки чистоты поверхности,

26

Величина шероховатости при каждом метоДе обработки зависит от режимов резания, геометрии и состояния режущего инструмен­ та, механических свойств обрабатываемого материала и других факторов.

При обработке заготовок резцами и фрезами из режимных фак­ торов на шероховатость поверхности наибольшее влияние оказы­ вают скорость резания и величина подачи. На рис. 2.9 показан ха­ рактер изменения шероховатости поверхностей деталей из различных материалов при изменении скорости V. Как видно, при увеличе­ нии V Rz сначала возрастает, а затем снижается до некоторого значения, при котором она практически стабилизируется. Возра­ стание шероховатости на первом участке объясняется тем, что при

Рис. 2.9. Влияние скорости резания V на шеро­ ховатость обработанной поверхности Rz различ­ ных материалов:

/ — медь; 2 — сталь; 3 — жаропрочный сплав; 4 — пласт­ масса

таких скоростях резания пластических материалов на лезвиях инструментов образуются так называемые наросты. При достаточ­ но больших скоростях наросты не образуются и шероховатость от­ ражает главным образом геометрические параметры режущего инструмента (профиль рисок примерно соответствует очертанию вершины резца). Значение V, при котором Rz максимальна, сме­ щается в сторону увеличения при уменьшении теплопроводности обрабатываемого материала. Уменьшению подачи при резании со­ путствует снижение шероховатости.

Наряду с шероховатостью вследствие вибрации упругой систе­ мы СПИД с относительно малой частотой на обрабатываемой по­ верхности образуется волнистость. Под волнистостью подразуме­ ваются периодические неровности поверхности синусоидального ха­ рактера, шаг которых превосходит принимаемую для измерения шероховатости базовую длину. По своим параметрам волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и мак­ рогеометрическими отклонениями формы.

Шероховатость (чистота) поверхности оказывает большое влия­ ние на срок службы детали. Установлено, что в процессе эксплуа­ тации детали на ее трущейся поверхности устанавливается некото­ рая оптимальная шероховатость, при которой интенсивность изна­ шивания в данных условиях становится наименьшей. Если шеро­

27

ховатость Поверхности детали после обработки близка к оптймальной, то е'е износ б процессе приработки будет минимальным; грубо или, наоборот, чрезмерно чисто обработанные детали будут полу­ чать в этот период больший износ (рис. 2.10). Уменьшение шеро­ ховатости также повышает предел выносливости и антикоррозион­ ную стойкость детали.

Имеет значение и направление следов обработки, что видно из рис. 2.11, где показано изменение интенсивности изнашивания деталей в зависимости от направления следов обработки при раз­ личных видах трения. В связи с этим для некоторых поверхностей

деталей направление штрихов обработки регламентируется, что определяет выбор возможных способов их окончательной обра­ ботки.

Влияние волнистости на эксплуатационные свойства деталей изучено сравнительно мало, хотя оно несомненно имеет место. Установлено, например, что в парах трения скольжения со смаз­ кой волнистость уменьшает склонность деталей к заеданию, так как волнистая поверхность способна удерживать большее коли­ чество смазки. По этой причине иногда преднамеренно создают волнистость на рабочих поверхностях прямолинейных направляю­ щих. Несмазанные же поверхности, имеющие волнистость, наобо­ рот, более подвержены заеданию. Отрицательно влияет волни­ стость на служебные свойства деталей, работающих в условиях качения со скольжением, а также при абразивном изнашивании.

Следует отметить, что между классами точности и чистоты су­ ществует определенная взаимосвязь (табл. 2.1). Методы обработ­ ки, обеспечивающие высокую точность, как правило, обеспечивают

28

также м высокую чистоту поверхности. Исключение составляет, например, полирование, которое повышает чистоту обработки, но не повышает точности.

Т а б л и ц а 2Л

Классы точности и чистоты при обработке деталей из стали и серого чугуна, достигаемые различными методами обработки

Большое влияние на эксплуатационные качества детали ока­ зывают физико-механические свойства поверхностного слоя. Они определяются прежде всего материалом детали, его термической и химико-термической обработкой.

Большую роль в формировании физико-механических свойств поверхностного слоя играют также силовые и термические фак­ торы, действующие в процессе механической обработки. Последние вызывают два противоположных процесса: упрочнение (наклеп) в результате воздействия на материал усилий резания и разупроч­ нение (снятие наклепа) в результате влияния нагрева детали при резании. В зависимости от условий преобладает тот или другой процесс.

При обработке режущим лезвийным инструментом в большин­ стве случаев преобладает воздействие силовых факторов и в по­

верхностном слое возникают три зоны (рис. 2.12). В зоне А в ре­ зультате пластической деформации происходит сдвиг в зернах ме­ талла, искажение кристаллической решетки, изменение формы и размеров зерен. Вследствие этого относительный объем металла в этой зоне увеличивается. Однако увеличению объема препятст­ вует сопротивление недеформированных или слабо деформирован­ ных нижележащих слоев В и С. В результате этого в наружном слое появляются напряжения сжзтия, а в нижележащей зоне — напряжения растяжения, о чем свидетельствует характер кривой а

впределах зоны А.

Впроцессе резания упомянутым выше инструментом при вы­ соких скоростях, но малых подачах и глубинах, а также при обра­

29