Конспект лекций по основам технологии машиностроения / ЛЕКЦИЯ15

133

ЛЕКЦИЯ 15

План

1. Качество поверхностного слоя деталей и его влияние на эксплуатационные характеристики.

2. Факторы, влияющие на образование неровностей при резании.

3. Меры борьбы с вибрациями при обработке.

4. Определение нормы времени на операцию.

1. Качество поверхностного слоя деталей и его влияние

на эксплуатационные характеристики

Качество поверхностей деталей машин характеризуется рельефом поверхности и физико–механическими свойствами поверхностного слоя. Рельеф поверхности определяется макрогеометрией (макронеровностями) волнистостью и микрогеометрией, т.е. шероховатостью (рис. 15.1).

Макронеровности – это погрешности формы, такие, как овальность, конусообразность, бочкообразность, седлообразность для цилиндрических поверхностей, выпуклость и вогнутость для плоских.

Рис. 15.1. Рельеф поверхности

Шероховатость поверхности – совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, рассматриваемых на определенной базовой длине. Волнистость занимает промежуточное положение между макронеровностями и шероховатостью и представляет собой совокупность более или менее одинаковых периодически повторяющихся неровностей, у которых шаг между смежными возвышенностями или впадинами превышает базовую длину или соизмерим с нею. Возникновение волнистости связано с вибрациями технологической системы. Обычно волнистость включается в отклонение формы.

Шероховатость поверхности (рис. 15.2) оценивается рядом параметров, которые регламентированы ГОСТом.

Средняя линия профиля – линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально.

Отклонение профиля – расстояние между любой точкой профиля и средней линией, измеренное по нормали, проведенной к средней линии через эту точку профиля.

Высота неровностей профиля по 10 точкам: R_z – сумма средних арифметических абсолютных значений отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины:

,

где – отклонения пяти наибольших максимумов профиля; – отклонения пяти наибольших минимумов профиля.

Для средней линии, имеющей форму отрезка прямой,

,

где – расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль; – расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до этой же линии.

Среднее арифметическое отклонение профиля – среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины

.

На картах эскизов, относящихся к операциям, при которых удаляется слой материала (точение, шлифование, полирование и т.д.), в обозначении шероховатости используют знак , например , .

Качество поверхностей деталей машин непосредственно влияет на такие важнейшие эксплуатационные характеристики машин, как прочность, долговечность, износостойкость, сопротивляемость коррозии, шум в передачах и т.д.

2. Факторы, влияющие на образование

неровностей при резании

Различают поперечную шероховатость (рис. 15.3,а), измеряемую в направлении подачи, и продольную шероховатость, измеряемую в направлении вектора скорости резания (рис. 15.3,б).

При обработке инструментом с металлическим лезвием поперечная шероховатость обычно больше продольной. Это объясняется тем, что на поперечную шероховатость существенно влияют форма лезвия инструмента и подача, от которых продольная шероховатость практически не зависит.

Рис. 15.3. Поперечная (а) и продольная (б) шероховатости поверхности

На образование неровностей при обработке резанием влияют

следующие факторы:

а) геометрия инструмента в плане и подача;

б) шероховатость лезвия инструмента;

в) повреждение обработанной поверхности сходящей стружкой;

г) пластическое и упругое деформирование материала при резании;

д) вибрации технологической системы.

Пусть резец имеет кромку с закруглением радиуса r.

После обтачивания с подачей S на поверхности (рис. 15.4) останутся неровности R_р.

Рис. 15.4. Влияние геометрии инструмента в плане и подачи

на образование неровностей

Из рис. 15.4 имеем

;

.

Таким образом, для уменьшения шероховатости желательно работать с малыми подачами.

Шероховатость лезвия инструмента оказывает непосредственное влияние на шероховатость поверхности, обработанной широкими резцами, фасонным инструментом, а также при очень малых подачах. Шероховатость лезвия инструмента должна быть в 2 ... 4 раза меньше, чем у детали.

Затвердевшая стружка повреждает обработанную поверхность. При работе однолезвийным инструментом для защиты поверхности от стружки выбирают рациональную геометрию инструмента (угол , форму кромки), дробят стружку с помощью стружколомов, вибраций инструмента (виброрезания). При использовании многолезвийных инструментов стремятся обеспечить свободный отвод стружки и ее нормальное размещение в канавках между зубьями. В противном случае образует спрессованный ком, который выдавливается из–под задней грани и повреждает поверхность заготовки.

В процессе резания в результате давления лезвия на заготовку и выделения тепла перед передней гранью инструмента образуется зона металла, находящегося в пластическом состоянии. Этот металл частично уходит вместе со стружкой, частично выдавливается из–под лезвия и размазывается по уже обработанной поверхности. На этой поверхности образуются "островки" затвердевшего металла, которые наслаиваются друг на друга наподобие черепицы (рис. 15.5). Чем больше интенсивность пластических деформаций, тем больше продольная шероховатость, а следовательно, и общая высота неровностей.

Рис. 15.6. Зависимость высоты

неровностей поверхности

от скорости резания

Рис. 15.5. Влияние пластических

деформаций в зоне резания

на образование неровностей

Большое влияние на продольную шероховатость оказывает образование нароста. Нарост – это отвердевшая часть пластического металла, который как бы приваривается к лезвию инструмента. Образование и срыв нароста приводят к изменениям усилий резания, возникновению вибраций и, в конечном счете, к увеличению шероховатости.

Интенсивность образования нароста зависит от температуры, развивающейся при резании. Температура, в свою очередь, зависит от скорости резания. Сначала с увеличением скорости резания и температуры высота неровностей возрастает (рис. 15.6). При дальнейшем увеличении скорости резания выделяющееся тепло не успевает проникнуть в глубину поверхностного слоя. Глубина зоны пластической деформации уменьшается, что вызывает уменьшениевысоты неровностей.

Для хрупких материалов деформированная зона отсутствует, и высота неровностей почти не зависит от скорости резания.

3. Меры боръбы с вибрациями при обработке

Для уменьшения и устранения вибраций необходимо:

1. Устранить неуравновешенность быстро вращающихся деталей станка, режущего инструмента, заготовок.

2. Устранить погрешности изготовления станка (зазоры в соединениях, дефекты гидропередач и т.д.).

3. По возможности уменьшить колебания припуска на обработку и твердости обрабатываемого материала.

4. Устранить колебания рядом работающих машин.

5. Увеличить жесткость системы за счет сокращения числа звеньев в размерных и кинематических цепях, а также правильного использования предварительного натяга. Последний может поддерживаться за счет грузов, пружин, пневматических или гидравлических центров и т.д.

Рис. 15.7. Виброгасящий люнет

Рис. 15.8 Динамический виброгаситель (а) и резец с креплением режущей пластины

через эластичную прокладку (б)

Рис. 15.9. Резец с виброгасящей фаской

6. Повысить демпфирующую способность системы за счет применения виброгасящих люнетов (рис. 15.7), динамических виброгасителей (рис. 15.8,а), эластичных прокладок из пластмассы, резины, меди, фольги и т.д. (рис. 15.8,б).

7. Использовать инструменты с геометрией, способствующей уменьшению вибраций, например, резцы с виброгасящей фаской (рис. 15.9).

4. Определение нормы времени на операцию

Норма времени – регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Норма выработки – регламентированный объем работы, который должен быть выполнен в единицу времени в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Штучное время – интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготавливаемых или ремонтируемых изделий или равный календарному времени выполнения сборочной операции.

Технической нормой времени на операцию называют время на выполнение данной операции в нормальных производственных условиях (исправность станка, приспособления и инструментов, бесперебойное снабжение рабочего места всем необходимым для работы, соответствие квалификации рабочего порученной работе и т.д.).

Для подетальной калькуляции определяют штучно–калькуляционное время :

,

где – штучное время; N – число заготовок в партии; – подготовительно–заключительное время. Подготовительно–заключительное время расходуется на ознакомление с чертежом детали и технологическим процессом, на первоначальную наладку станка, приспособлений и инструмента для выполнения данной работы, на снятие приспособлений и инструментов после окончания работы. Подготовительно–заключительное время дается на всю партию и не зависит прямо от ее размеров.

С точки зрения экономии рабочего времени на 1 деталь, очевидно, выгоднее запускать в производство крупные партии.

В условиях массового производства, когда оборудование длительное время не переналаживаются, подготовительно–заключительное время не учитывают, т.е. принимают .

Структура нормы времени следующая:

,

где – основное время; – вспомогательное время; – время технического и организационного обслуживания рабочего места; – время перерывов в работе на отдых и личные потребности.

Приняв (оперативное время) и (время обслуживания рабочего места), получим

.

Основное время для станочных и слесарных работ – время, непосредственно затрачиваемое на изменение размеров, формы и качества поверхности обрабатываемой заготовки, для сборочных работ – время, затрачиваемое на изменение относительного расположения частей изделия.

Вспомогательное время включает в себя:

1. Время на установку, закрепление и раскрепление и снятие заготовки, которое определяется конструкцией приспособления, массой и габаритами заготовки, наличием и сложностью выверки, характером базы, количеством зажимов и одновременно устанавливаемых изделий.

2. Время, связанное с переходом, которое расходуется на пуск и остановку станка, а также на приемы управления станком – включение и выключение главного движения и движения подачи, переключение скоростей и подач, отвод и подвод кареток, суппортов и т.д.). Это время определяется степенью совершенства органов управления станком и степенью его автоматизации.

3. Время на промеры, которое зависит от величины и точности измеряемых размеров, их количества, а также от конструкции измерительных средств.

4. Время на смену инструмента, обусловленную выполнением технологического процесса обработки.

Время технического обслуживания рабочего места затрачивается на смену затупившегося инструмента, регулировку и подналадку станка в процессе работы, правку шлифовального круга и другие подобные работы, периодическую уборку стружки в процессе работы. Время приближенно определяется в процентах (, до 6 %) от основного времени

.

Время организационного обслуживания затрачивается на осмотр и опробывание станка, уход за рабочим местом, раскладку и уборку инструмента, смазку и чистку станка (сметание стружки), получение от мастера инструктажа в течение смены, уборку рабочего места в конце смены. Время берется в процентах () от оперативного времени?

; .

В крупносерийном и массовом производствах оно составляет обычно 2 % . При выполнении тяжелых работ может достигать 5 – 10 %.

Более точные результаты по определению дает использование нормативов или фотографий рабочего времени.