1. Основные параметы качества поверхности деталей

1.1. Геометрические параметры деталей

Из геометрических параметров – размеры, взаимное расположение поверхностей, форма деталей, которые характеризуют точность изделий, определяют работоспособность. Однако если размеры и форма деталей не соответствуют техническим требованиям детали неработоспособны. В случае превышения таких геометрических параметров, как волнистость и шероховатость за допустимые пределы детали остаются работоспособными, но нет гарантии их безотказности.

1.1.1. Нормирование размеров (Стандарт ст сэв 145-75)

Погрешность изготовления детали определённого размера ограничивается допуском, т.е. разностью наибольшего и наименьшего предельных размеров.

Понятие точности размера обратно величине допуска. Для деталей высокой точности допуск мал. Для деталей низкой точности допуск велик.

Величина допуска определяется двумя независимыми факторами: номинальным размером детали и её точностью, т.е. деталь любого номинального размера может иметь любую точность и допуск может быть определён по формуле:

a · i (1),

где i - масштабный коэффициент; a - коэффициент точности.

Масштабный коэффициент указывает на то, что детали одинаковой точности, но разных номинальных размеров должны иметь различные по величине допуски. Очевидно нельзя считать имеющими одинаковые точности детали с одинаковыми допусками и разными номинальными размерами, например, 1 мм и 1000 мм. Деталь с большим номинальным размером при одинаковой точности должна иметь большую величину допуска, чем деталь с меньшим номинальным размером.

Коэффициент точности характеризует точность детали, т.е. степень приближения размера годной детали к заданному (например, номинальному).

Значение коэффициента точности зависит от общепринятой характеристики точности – квалитета (JT). Чем больше номер квалитета, тем ниже точность детали и тем больше величина допуска, тем грубее изготовлена деталь.

Международным стандартом предусмотрено 19 квалитетов: 01, 0, 1, 2…16, 17.

Квалитеты 12…17 предназначены для габаритных размеров, как правило, грубых, необрабатываемых деталей.

Квалитеты 5…11 предназначены для размеров деталей, составляющих сопряжения, т.е. ответственных за работу машин.

Квалитеты 1…4 предназначены для размеров особо точных деталей или измерительных устройств, например, калибров.

Квалитеты 01, 0 – перспективные, предназначены для развития машиностроения.

Допуски для каждого номинального размера и квалитета сведены в таблицы допусков и представлены предельными отклонениями от номинального размера (Стандарт СТ СЭВ 144-75).

1.1.2. Нормирование формы

Отклонением формы называется отклонение формы действительной (реальной) поверхности или действительного профиля от формы геометрической (номинальной) поверхности или геометрического профиля. Отклонения формы подразделяются на элементарные и комплексные. Элементарные отклонения формы для цилиндрических деталей могут быть в поперечном и продольном сечениях. В поперечном сечении различают: овальность и огранку (рис. 3, а). В продольном сечении: конусность, бочкообразность и седлообразность (рис. 3,б).

Комплексные отклонения формы представляют собой совокупность любых отклонений формы поверхности или профиля. Для цилиндрических деталей в поперечном сечении нормируют некруглость, а в продольном – отклонение профиля продольного сечения цилиндрической поверхности, т.е. нецилиндричность (рис. 4).

Отклонения формы нормируются десятью степенями точности. Десятая степень точности самая грубая. Элементарные составляющие должны быть на одну степень точнее комплексного. Например, если на детали допускается некруглость шестой степени точности, то овальность этой детали может быть не грубее пятой степени точности.

а)

б)

в)

Рис. 3 Элементарные отклонения формы цилиндрических деталей: а) в поперечном сечении; б) в продольном сечении; в) пространственная погрешность.

а) б)

Рис. 4 Комплексные отклонения формы цилиндрических деталей:

а) некруглость; б) отклонение профиля продольного сечения.

Это объясняется тем, что комплексное отклонение может включать в себя различные элементарные.

Отклонения формы, не оговорённые специальными требованиями, допускаются в пределах допуска размера.

1.1.3. Причины, вызывающие отклонения геометрической формы и размеров при механической обработке

Технологическая система в которой ведется обработка представляет собой систему СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Она является упругой системой, деформации которой в процессе обработки вызывают погрешности размеров и геометрической формы деталей.

При обработке резанием гладкого вала нормальной жёсткости в центрах токарного станка в момент нахождения резца у правого конца вала, вся величина нормальной составляющей силы резанияP_y (рис. 5) передаётся через деталь на задний центр (рис. 6). Это усилие приводит к упругой деформации заднего центра Y_з.б, вызывая увеличение расстояния от вершины резца до оси вращения детали. Это, в свою очередь, приводит к увеличению радиуса обрабатываемой детали на величину этой деформации.

Рис. 5 Схема точения детали:t – глубина резания

Одновременно под действием P_y происходят упругие деформации резца и суппорта на некоторую величину Yин, что также приводит к увеличению радиуса обрабатываемой детали.

При дальнейшей обработке, при перемещении резца от задней бабки к передней, отжатие задней бабки Y_з.б, уменьшается, но возникают упругие деформации передней бабки Y_п.б. и обрабатываемой детали Y_дет., которые увеличивают ее фактический диаметр.

Рис. 6 Упругие деформации элементов системы СПИД при токарной обработке.

Так, в некотором сечении детали А-А ее фактический диаметр может быть определён по формуле:

d_фак = d_нас + 2·(у_з.б. + у_п.б. + у_ин. + у_дет.) (2)

В связи с тем, что упругие отжатия элементов СПИД изменяются по длине обработки, то это приводит к изменению диаметра и формы детали. Погрешность размера и формы детали в общем случае равняются сумме упругих деформаций элементов системы СПИД.

Следует отметить ряд характерных случаев, в которых та или иная упругая деформация одного из элементов системы СПИД является преобладающей в процессе обработки и тем самым определяет ту или иную погрешность формы в продольном сечении.

1. Упругая деформация задней и передней бабок равны и больше упругого отжатия обрабатываемой детали. Такое соотношение упругих деформаций характерно для обработки массивных деталей. В этом случае фактический диаметр детали по её краям будет больше, чем в середине. В результате образуется такая погрешность формы как седлообразность.

2. Упругая деформация детали больше упругих деформаций задней и передней бабок. Такое соотношение упругих отжатий характерно для обработки нежёстких деталей, у которых отношение длины к диаметру превышает 12. После обработки такой детали фактический диаметр по её краям будет меньше, чем в середине и, как следствие, возникает бочкообразность.

3. Конусность образуется в случае обработки детали нормальной жёсткости, упругая деформация которой меньше упругого отжатия одной из бабок. Такое соотношение возникает, например, при обработке детали нормальной жесткости, закреплённой в патроне и в центре задней бабки.

Получение заданной точности детали путём устранения погрешностей формы связано с увеличением жёсткости технологической системы СПИД и точности изготовления её элементов.

Иногда к погрешности формы причисляют изогнутость (рис. 4, в), которая возникает при обработке нежёстких деталей. Такое причисление не совсем корректно, поскольку изогнутость образуется не вследствие упругих деформаций элементов системы СПИД, а в результате изменения напряжённого состояния детали. Поэтому изогнутость следует причислять к пространственной погрешности.