Конспект лекций

межах ультрамікроскопічного об’єму (розміри декількох комірок кристалічної решітки). Найбільший вплив на точність обробки оказують внутрішні напруження першого роду.

При обробленні заготовок внаслідок зняття припусків здійснюється перерозподіл внутрішніх остаточних напружень до нового рівноважного стану і заготовка деформується. Деформація протікає не миттєво, а на протязі деякого часу. Тому точно виготовлена деталь з наявністю внутрішніх напружень при складанні або при експлуатації внаслідок деформації може змінити форму поверхонь та їх взаємне розташування, що приводить до змінення характеру і якості сполучень і, відповідно, до зниження експлуатаційних показників. Внутрішні остаточні напруження можуть досягати при певних умовах значних величин і визивають появу поверхневих тріщин у деталях з підвищеною твердістю та крихкістю.

Причини виникнення остаточних внутрішніх напружень досить різноманітні. Вони виникають уже на стадії виготовлення заготовок. Причиною їх виникнення служать різна товщина стінок, не однакова температура у різних частинах заготовки, структурні перетворення при термообробки, різні види деформацій (пластична і пружна) у перетинах заготовки тощо.

Ливарні остаточні внутрішні напруження виникають у процесі неоднорідного переходу металу із рідкого стану у твердий, тому що різна швидкість охолодження зовнішніх і внутрішніх частин матеріалу, товстих і тонких частин заготовки.

Причина виникнення остаточних внутрішніх напружень при виготовленні заготовок вільним куванням або гарячою штамповкою є нерівномірне охолодження.

Термічні остаточні внутрішні напруження є наслідком нерівномірного охолодження і структурних перетворень у матеріалі. Вони сильно проявляються при поверхневому або загальному загартуванні.

181

Остаточні внутрішні напруження виникають також при застосуванні для виготовлення заготовок зварювальних процесів. Заготовка нагрівається у місцях зварювання до високої температури. Наступне охолодження цих місць визиває усадку і, відповідно, виникнення внутрішніх остаточних напружень.

Для зменшення остаточних внутрішніх напружень у заготовках застосовують наступне:

-природне старіння, яке полягає у витримки заготовок на протязі тривалого часу (6÷12 місяців);

-штучне старіння здійснюється методом термообробки: повільне нагрівання до температури 5000÷6000 С, витримка на протязі 1÷6 годин, повільне охолодження у печі до 1500÷2000 С і наступне на повітрі;

-дробоструменева обробка заготовок;

-розробка раціональної конструкції заготовки;

-високотемпературна відпустка з нагріванням до температури 6500 С. Внутрішні остаточні напруження виникають також і в процесі обробки

заготовок. Якщо розглянути схему процесу різання металу (рис. 6.18), то можна відмітити що епюра напружень перед різальною кромкою показує наявність великих напружень розтягання (-σ) у

Рис. 6.18. Схема процесу різання

182

матеріалі. У зоні різання поверхневий шар обробленої заготовки на глибину h пластично деформований а більш глибокі розтягнуті. Після обробленні, коли зникає сила різання, розтягнуті глибокі шари матеріалу будуть прагнути до початкового стану, зменшуючись у розмірі. Поверхневий пластично деформований шар буде заважати цьому і в результаті в ньому будуть виникати остаточні внутрішні напруження стискання. Крім того поверхневий шар обробленого матеріалу нагрівається до температури t1, а внутрішній шар не нагрівається і остається з початковою температурою t0. У подальшому здійснюється зменшення температури поверхневого шару заготовки від t1 до t0. Матеріал поверхневого шару зменшується у розміру, а цьому заважає холодний більш глибокий шар. В результаті у поверхневому шарі виникають остаточні внутрішні напруження розтягування. В результаті можна відмітити, що обробка з застосуванням охолодження приводить до виникнення при оброблення остаточних внутрішніх напружень стискання. Обробка заготовок з великою швидкістю (шліфування) без охолодження приводить до значної температури у поверхневому шарі і, як наслідок, виникнення остаточних внутрішніх напружень розтягування.

Остаточні внутрішні напруження в поверхневому шарі сильно впливають на утомну міцність. При цьому остаточні внутрішні напруження розтягування

їїзнижують, а стискання підвищують.

6.3.8.Визначення сумарної похибки обробки

Для визначення сумарної похибки обробки застосовують два основних метода. По методу повної взаємозамінності (метод максимума – мінімума) сумарну похибку обробки визначають як алгебраїчну суму найбільших значень окремих незалежних друг від друга похибок за формулою

де: ∆y – похибка від пружних деформацій технологічної системи обробки;

183

ωу – похибка установки заготовки;

ωн – похибка налагодження на заданий розмір обробки; Uр – похибка від розмірного зносу різального інструменту;

Ut – сумарна похибка від температурних деформацій елементів технологічної системи;

∑∆ф – інші сумарні систематичні похибки.

Визначення сумарної похибки методом неповної взаємності здійснюється з

закон рівної ймовірності λi = 13 ).

Якщо закон розсіювання закон розсіювання невідомий то приймають значення

Приклад. Визначити сумарну похибку механічної обробки за формулами

6.45 і 6.46, приймаючи похибку ∑∆ф = 0. Прийняті похибки відповідають нормальному закону розсіювання (закон Гауса) і 0,27 відсотку можливого браку. Дано: ∆y = 15 мкм, ωy = 27 мкм, ωн = 32 мкм, Up = 17 мкм, Up = 8 мкм.

Рішення: За формулою 6.45 ∑∆нв = 15 + 27 + 32 + 17 + 8 = 99 мкм.

За формулою 6.47

∑∆нв = 152 + 272 + 322 +172 + 82 = 48,28 мкм.

З розрахунків видно, що приймаючи досить незначний відсоток отримання браку (0,27%) за методом неповної взаємозамінності сумарна похибка обробки

184

значно зменшується. Так при обробленні 1000 штук деталей можна отримати 3 бракованих деталі.

6.4. Досягнення заданої якості оброблених поверхонь деталей

Точність та надійність сполучень у механізмах машин сильно залежить від якості оброблених поверхонь, яка характеризується шорсткістю, хвилястістю та фізико-механічними властивостями поверхневого шару. Параметри, по яким здійснюється регламентація шорсткості та хвилястості, приведені у розділі 6.1.

Шорсткість поверхонь заготовок залежить від способу отримання заготовок і стану поверхонь матеріального оснащення, яке застосовується для виготовлення заготовок.

Шорсткість поверхонь виливок залежить від шорсткості стінок ливарних форм, величини зерен і густини ущільнення формувальної суміші та інших чинників. Наприклад, при литті у пісочні форми малих та середніх заготовок шорсткість поверхонь Rz сягає 500 мкм, а для крупних 1500 мкм. При литті у кокіль Rz = 200 мкм, під тиском Rz = 50 мкм, у коркові форми Rz = 40 мкм, по виплавленим моделям Rz = 32 мкм.

Шорсткість поверхонь заготовок з сортового прокату змінюється від Rz = 63 мкм для заготовок високої точності і малих розмірів до Rz = 400 мкм при звичайній точності і великих розмірах, після кування на пресах Rz = 800 ÷300 мкм, після штамповки Rz = 80 ÷ 400 мкм.

При механічній обробленні заготовок на металорізальних верстатах шорсткість оброблених поверхонь залежить від наступних чинників: геометрії різальних інструментів, режимів різання, пружних і динамічних властивостей технологічної системи, фізико-механічних властивостей матеріалу заготовки.

При обробленні металів різанням на утворення шорсткості поверхонь впливають процеси пластичної та пружної деформацій, які протікають у

185

поверхневому шарі. При занурюванні різця під дією сил різання у матеріал здійснюється відділення частини матеріалу, який переходить у стружку. При цьому частина матеріалу, яка остається, зминається округлою різальною кромкою різця, в результаті чого вона пластично і пружно деформується і утворює поверхневий шар зі зміненими фізико-механічними властивостями. Пружна деформація визиває тертя поверхні різання по головній задній поверхні різця. При обробленні існує мінімальна шорсткість, яка визначається ступінню пластичної деформації та фізичними процесами у зоні різання і головній задній поверхні. Зменшення ступіні пластичної деформації при різанні зменшує шорсткість. Так збільшенні твердості обробленого матеріалу приводить до зменшенні шорсткості обробленої поверхні.

Шорсткість обробленої поверхні значною мірою визначається геометричними параметрами різальних інструментів. Розглянемо утворення шорсткості на прикладі точіння прохідним різцем (рис.6.19). За один оберт деталі різець переміщується з положення 1 у положення 2 на величину подачі s у здовж осі деталі. Головна і допоміжна різальні кромки розташовані відносно напрямку повздовжньої подачі відповідно під кутами ϕ і ϕ1. Тому при даній схемі обробки на поверхні остається не знятий різальними кромками гребінець m (рис. 6.19а), який утворює шорсткість поверхні величиною Rz. З рисунків видна залежність величини шорсткості Rz від величини подачі s (рис. 6.19б), від змінення кутів ϕ і ϕ1 (рис. 6.19в),, від радіусу при вершині r (рис. 6.19г,d) та глибини різання t (рис. 6.19е). Так при збільшенні подачі s і кутів ϕ і ϕ1 шорсткість збільшується, при збільшенні радіусу при вершині r шорсткість зменшується, а змінення глибини різання не впливає на величину шорсткості Rz.

186

На рис. 6.20 представлено сумісний вплив подачі s, кутів у плані ϕ і ϕ1 та радіусу при вершині на величину шорсткості Rz. Якщо радіус при вершині незначний і величина шорсткості в основному залежить від подачі s та кутів у плані ϕ і ϕ1, то значення Rz можна визначити з трикутника АВС. Величина шорсткості відповідає значенню висоти CD і дорівнює

У випадку коли значення подачі порівняно невелике, а радіус при вершині перевищує значення подачі то величину шорсткості можна визначити по відомій формулі професора. В.Л. Чебишева

Як видно з рис. 6.20 при сумісному впливі на величину шорсткості подачі, кутів у плані та радіуса при вершині величина шорсткості, яка визначена по формулі 6.48 зменшується на величину ∆ Rz в залежності від радіусу при вершині.

При зменшенні подачі нижче 0,1 мм/об шорсткість обробленої поверхні практично не змінюється. Причиною утворення шорсткості у цьому випадку є процес пластичної та пружної деформації у зоні різання, радіусу округлення різальної кромки, геометричного стану поверхонь різального інструменту та швидкості різання.

Крім геометричних факторів та процесів, які протікають у зоні різання на величину шорсткості можуть впливати шорсткість різальних поверхонь інструментів та зазублини різальних кромок. Тому ретельна доводка поверхонь різальних інструментів може значно зменшити шорсткість оброблених поверхонь.

На збільшення шорсткості впливає також знос різального інструмента. У процесі зносу округляється різальна кромка і виникають нові зазублини різальної кромки . А це приводить до зростання ступеню пластичної деформації і, відповідно, до зростанню шорсткості.

188

Помітний вплив на шорсткість оказує швидкість різання. Найбільша шорсткість утворюється при обробленні конструкційних сталей і швидкостях різання 20÷40 м/хв., що відповідає умовам виникнення наросту на передній поверхні інструменту. Тому мінімальна шорсткість отримують при швидкостях різання > 70 м/хв. і < 5 м/хв..

При обробленні крихких матеріалів зі збільшенням швидкості окремі зерна не вириваються а підрізаються і шорсткість поверхні зменшується.

Знижує шорсткість обробленої поверхні також застосування мастильноохолоджуючих рідин. Вони знижують тертя на передній та задніх поверхнях різального інструменту. Найбільший ефект від застосування мастильноохолоджуючих рідин досягається при чистовому обробленні.

Таким чином для отримання мінімальної шорсткості обробленої поверхні необхідно:

-зменшити подачу s та кути у плані ϕ і ϕ1, збільшити радіус при вершині;

-здійснити ретельну доводку різальної частини інструменту;

-значно збільшити швидкість різання V;

-застосувати при обробленні мастильно-охолоджуючі рідини.

7. Основні принципи проектування технологічних процесів механічної обробки та їх розмірний аналіз

7.1. Основні принципи проектування технологічних процесів механічної обробки

7.1.1. Загальний порядок розробки технологічних процесів механічної обробки

Процес проектування технологічних процесів виготовлення деталей це багатоваріантна задача. Для одного й того ж типу виробництва може бути розроблено декілька варіантів технологічного процесу. Ці варіанти розрізняються тому, що для обробки той чи іншої поверхні можуть бути застосовані різні способи обробки. Оптимальне сполучення цих способів, яке складає технологічний процес обробки, залежить від кваліфікації технічного

189

персоналу та виробничих можливостей підприємства для якого здійснюється розробка. Для розробки таких технологічних процесів витрачається багато часу та засобів. У кінці 30-х років проф.. Соколовським А.П. була запропонована ідея типізації технологічних процесів. Основою типізації технологічних процесів є класифікація деталей машин. Деталі машин об’єднують у окремі класи по конструктивній та технологічній подібності. В технології машинобудування деталі розбиті на такі класи по спільності технологічних задач, які виникають при їх виготовленні: вали, корпусні деталі, втулки, дискі, важелі, зубчаті колеса, та інші. Кожен клас деталей розбитий на підкласи, групи, підгрупи та типи. Типова деталь об’єднує сукупність деталей з однаковим планом (маршрутом) обробки, який здійснюється на однорідному обладнанні з застосуванням однотипних пристроїв та інструментів.

Робота по класифікації деталей провадиться одночасно з уніфікацією та нормалізацією їх конструкцій. Це дає можливість зробити партії деталей більш крупними, застосувати при їх виготовленні більш прогресивну технологію та скоротити номенклатуру різального і вимірювального інструментів.

Наступним етапом типізації є розробка узагальненого технологічного процесу з установленням типових послідовностей і складів операцій, типових схем базування та Процес проектування технологічних процесів виготовлення деталей це багатоваріантна задача. Для одного й того ж типу виробництва може бути розроблено декілька варіантів технологічного процесу. Ці варіанти розрізняються тому, що для обробки той чи іншої поверхні можуть бути застосовані різні способи обробки. Оптимальне сполучення цих способів, яке складає технологічний процес обробки, залежить від кваліфікації технічного персоналу та виробничих можливостей підприємства для якого здійснюється розробка. Для розробки таких технологічних процесів витрачається багато часу та засобів. У кінці 30-х років проф.. Соколовським А.П. була запропонована ідея типізації технологічних процесів. Основою типізації технологічних процесів є класифікація деталей машин. Деталі машин об’єднують у окремі класи по конструктивній та технологічній подібності. В технології машинобудування деталі розбиті на такі класи по спільності технологічних задач, які виникають при їх виготовленні: вали, корпусні деталі, втулки, дискі, важелі, зубчаті колеса, та інші. Кожен клас деталей розбитий на підкласи, групи, підгрупи та типи. Типова деталь об’єднує сукупність деталей з однаковим планом (маршрутом) обробки, який здійснюється на однорідному обладнанні з застосуванням однотипних пристроїв та інструментів.

Робота по класифікації деталей провадиться одночасно з уніфікацією та нормалізацією їх конструкцій. Це дає можливість зробити партії деталей більш крупними, застосувати при їх виготовленні більш прогресивну технологію та скоротити номенклатуру різального і вимірювального інструментів.

Наступним етапом типізації є розробка узагальненого технологічного процесу з установленням типових послідовностей і складів операцій, типових схем базування типових конструкцій оснащення.

190