МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по курсу

«Технологические основы машиностроения»

(Раздел «Обработка деталей резанием и пластическим деформированием»)

(для студентов специальности 7.09.0228 и 7.009.0214 -

«Автомобили и автомобильное хозяйство»,

«Подъемно-транспортные, строительные,

дорожные машины и оборудование»

Макеевка 2005

УДК 621. 001

Методические указания к практическим занятиям по курсу

«Технологические основы машиностроения (для студентов специальностей 7.09.0228 и 7.009.0214) / Сост.: А.В. Матвиенко - Макеевка: ДонГАСА, 1999. -11 с.

Рассматриваются вопросы влияния параметров процесса обработки резанием и пластическим деформированием на шероховатость обрабатываемой поверхности.

Составитель: ассист. А.В. Матвиенко

1. Влияние режимов резания на шероховатость обрабатываемой поверхности

1.1. Общие положения

Эксплуатационные свойства деталей машин и долговечность их работы в значительной степени зависят от состояния их поверхности. В отличие от теоретической поверхности деталей, изображаемых на чертеже, реальная поверхность всегда имеет неровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки. Высота, форма, характер расположения и направления неровностей поверхностей обрабатываемых заготовок зависят от ряда причин:

1. Режимов обработки

2. Условий охлаждения и смазки режущего инструмента.

3. Химического состава, микроструктуры обрабатываемого материала.

4. Конструкции, геометрии и режущей способности инструмента.

5. Типа и состояния оборудования.

6. Вспомогательного инструмента и приспособлений.

7. Ряда других специфических факторов.

Различают следующие отклонение от геометрической поверхности: макрометрические, вол-нистость и микрогеометрические. Макрометрические отклонения - единичные, не повторяющиеся регулярно отклонения от теоретической формы поверхности. Они характеризуют оваль-ность, конусообразность и другие отклонения от правильной геометрической формы.

Волнистость поверхности характеризует собой совокупность периодически чередующихся возвышений и впадин. Волнистость является следствием вибрации системы СПИД, а также неравномерности процесса резания.

Микрогеометрические отклонения или микронеровности образуются при обработке заготовок в результате воздействия режущей кромки, инструмента, а также вследствие пластической деформации. Микронеровности определяют шероховатость обработанной поверхности. Харак-тер и расположение микронеровностей зависят от направления главного движения при резании и направления движения подачи. Поперечная шероховатость образуется в направлении перпен-дикулярном движению инструмента, а продольная - в параллельном направления.

Согласно ГОСТ 2739-73 шероховатость измеряется в направлении, дающем наибольшее значение. Для оценки шероховатости ГОСТ 2789-73 устанавливает два параметра: среднее ариф-метическое отклонение профиля - R_a и высота неровностей - R_z. Среднее арифметическое отклоне-ние профиля R_a - среднее значение расстояний (у₁, у₂, ... у_n) точек измеренного профиля до его средней линии (рис.1 и 2);

где у_i - абсолютное (бет учета алгебраического знака) расстояния до средней линии, n - число измеренных отклонений.

Средняя линия профиля - линия, имеющая форму геометрического профиля, являющаяся базой для нахождения числовых значений шероховатости. Средняя линия делит измеренной профиль так, чтобы в пределах базовой длины по обеим сторонам от этой линии до линии профиля площади были равны между собой, т.е. F₁+F₃....+F_n-1=F₂ + F₄+...+ F₁,

Длина участка, выбираемая для измерения шероховатости называется базовой длиной.

Высота неровностей R_z - среднее расстояние между пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, находящимися в пределах базовой длины, измеренное от линии параллельной средней линии (см.рис. 1):

где h₁, h₃… h₉, — расстояние от высших точек выступов до линии параллельной линии; h₂, h₃… h₁₀ — расстояние от низших точек впадин до лини параллельной средней линии.

По ГОСТ:2789-73 шероховатость поверхности - совокупность неровностей с относи-тельно малыми шагами, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине. Данным ГОСТа установлены следующие значения базовых длин: 0,08; 0,25; 0,8; 2,5, 8 и 25 мы, а также 14 классов чистоты поверхности (табл.1).

Таблица I

Классификация шероховатости поверхности

Класс чистоты поверхности	Среднее арифметическое отклонение профиля	Высота неровностей	Базовая длина, мм
1 2 3	80(50) 40(25) 20(12,5)	320 160 80	8
4 5	10(6,3) 5(3,2)	40 20	2,5
6 7 8	2,5(1,6) 1,25(0,8) 0,63(0,4)	10 6,3 3,2	0,8
9 10 11 12	0,32(0,2) 0,16(0,1) 0,08(0,05) 0,04(0,025)	1,6 0,8 0,4 0,2	0,25
13 14	0,02 0,01	0,1 0,05	0,08

Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами: качественным и количественным

Качественный метод оценки основан на сравнении обработанной поверхности с эталоном (образцом) поверхности посредством визуального сопоставления, сопоставления ощущении при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем) и сопоставления результатов наблюдении под микроскопом. Визуальным способом можно достаточно точно определять класс чистоты поверхности, за исключением весьма точно обработанных поверхностей.

Количественный метод оценки основан на измерении микронеровностей поверхности с помощью приборов профилометров, профилографов, микроскопов и др.

Рассмотрим теоретически случай точения наружной цилиндрической поверхности резцом с главным углом в плане φ и радиусом закругления при вершине (см. рис.2), где S - подача за один оборот, t - глубина резания, Н_теор - теоретическая высота неровностей.

В действительности форма гребешков существенно отнимается от теоретической, т.к. в процессе резания появляется пластическая и упругая деформация и образуется нарост, что влияет на шероховатость поверхности. Микрогеометрия поверхности сильно изменяется если становятся другими скорость резания, продольная подача, глубина резания, радиус закругления резца в плане, износ резца (влияние остальных факторов, включая СОЖ; жесткость СПИД и т.д. в данной работе не рассматриваются).

Скорость резания - влияет различно на обработку хрупких и вязких металлов. Кривая 1 влияния скорости резания на микрогеометрию обработанной поверхности вязких металлов показана на рис. 3. При малых, близких к нулю скоростях V₁ - V₂ высота неровностей Н возрастает, что объясняется началом наростообразования и достигает максимума при V₂. Затем условия наростообразования ухудшаются. При скорости V₃ нароcт исчезает. В результате уменьшаются микронеровности. При дальнейшем повышении скорости резания Н снижается, что объясняется уменьшением трения и пластической деформации, Начиная со скорости резания V₄, величина которой зависит от условий обработки, процесс резания стабилизируется и высота микронеровностей практически становится постоянной, близкой к Н_теор.

При обработке хрупких металлов на режущей кромке резца почти не образуется нароста и чистота поверхности изменяется незначительно (кривая 2 на рис.3).

Подача. Зависимость высоты неровностей от величины продольной подачи S резца при точении резцом с радиусом r и величины упругого восстановления обрабатываемого материала H_y для зон скоростей, в которых не наблюдается нароста на инструменте при получистовом и чистовом точении (с малым но сравнению с S) определяется формулой:

Эта зависимость H = f(S) схематически показана на рис. 4. Кривая ОДF дает расчетную высоту неровностей (по геометрической форме вершины резца) , кривая СДК - действительную высоту неровностей Н. При подаче S = 0,15-0,2 мм/об наблюдается граница чистовых 1 и черновых 2 подач (тонких и толстых стружек). Для тонких стружек микрогеометрия обработанной поверхности определяется микрогеометрией лезвия режущего инструмента.

Величина упругого восстановления Н_y, определяется для зоны, где на резце отсутствует нарост по приближенной формуле:

где р - радиус притупления лезвия резца; ω - угол скалывания стружки.

Глубина резания почти не влияет на деформацию, поэтому высота неровностей Н изменяется в сравнении с другими параметрами резания незначительно.