книги / Научно-исследовательская работа магистров по технологии машиностроения

на рис. 4, а. Этот знак является предпочтительным. В обозначении шероховатости поверхности, образуемой удалением слоя материала, например точением, фрезерованием, шлифованием и т.п., применяют знак, показанный на рис. 4, б.

Рис. 4. Обозначения шероховатости поверхностей

В обозначении шероховатости поверхности, образуемой без снятия слоя материала, например, литьем, ковкой, прокатом и т.п., применяют знак, показанный на рис. 4, в. Поверхности, не обрабатываемые по данному чертежу, обозначают этим же знаком.

По новому ГОСТу значение параметра шероховатости Rа указывают на знаке без символа, например 0,5, для остальных параметров – после соответствующего символа, например: Rmax 6,3; Sm 0,63; Rz 32; t50 70. Здесь указываются наибольшие допустимые значения

параметров шероховатости; их наименьшие значения не ограничиваются. При указании диапазона значений параметров шероховатости поверхности (наибольшего и наименьшего) в обозначении приводят пределы значений параметра, размещая их в две строки, например:

В верхней строке приводится значение параметра, соответствующее большей шероховатости, в нижней – значения меньшей шероховатости.

61

Причины образования шероховатост и

Реальная поверхность детали после механической обработки в отличие от идеальной поверхности, изображенно на чертежах, всегда имеет неровности различной формы и выс ты. Высота и форма неровностей п оверхности, ра положение и н правление обработочных рисок зависят от принятого метода и режима обработки, геометрии режущего инструмента, свойств обрабат ваемого материала, состояния используемого оборудования и т.д.

В процессе резания при шлифовании и точении остаются следы режущего инструмента в виде остаточных сечений (р ис. 5). Остаточное сечение при точении представляет собой треугольник (рис. 5, а), площадь которого определяется вели иной подачи So (это основание треугольника) и углами в плане и 1 (т.е. углами при основании треугольника). Величина остаточного сечения среза влияет на величину шероховатости бработанной поверхности.

а б

Рис. 5. Формирование остаточных гребешков шероховатости на обработанной по ерхности при шлифовании (а) и при точении (б)

В общем виде теоретическая высота неровностей Rz (Rа), мкм, при точении может б ыть определена з следующей зависимости:

Rz = Нр + Н,

где Нр – расчетная или теоретическая величина неровностей; Н – отклонение фактической высоты неровностей от расчетной.

П ри этом расчетная величина неровностей при радиусе резца при вершине, равной нулю, может быть определена по формуле

62

Нр = (S tg tg 1)/(tg + tg 1),

при R, не равном нулю, по формуле

Нр = S2/8R.

Суммарная величина отклонений Н может быть представлена выражением

Н = Нпл.деф + Нупр.деф + Нтр.зад + Ннар + Нвибр + Нh,

т.е. учитывает влияние пластической Нпл.деф и упругой Нупр.деф деформаций, трения задней поверхности инструмента о деталь

Нтр.зад, наростообразования Ннар, вибрации Нвибр, износа инстру-

мента Нh и т.д.

Необходимо отметить, что пластическая деформация и другие факторы воздействуют на Rz таким же образом, как они действуют на интенсивность износа инструмента при резании. Так, чем выше трение, тем больше интенсивность износа, тем хуже обработанная поверхность и т.д.

Поскольку расчетная высота неровностей Нр находится из чисто геометрических соображений и от других параметров процесса резания не зависит, то изменение шероховатости обработанной поверхности связано с изменением Н.

На величину Н (или на Rz) оказывают влияние следующие основные факторы: скорость резания, свойства обрабатываемого материала, свойства инструментального материала, жесткость системы станок–приспособление–инструмент–деталь и др.

Зависимость шероховатость поверхности от условий обработки

Влияние скорости резания на шероховатость. Известно, что при работе на низких скоростях резания (первая зона скоростей), при которых нарост не образуется, получается (образуется) довольно хорошая чистота поверхности, т.е. меньшая шероховатость обработанной поверхности (рис. 6). При повышении скорости резания

63

(II зона) до V = 20...30 м/мин создаются условия для развитого и устойчивого нароста, который, выступая впереди лезвия и ниже линии среза, ухудшает шероховатость поверхности. Дальнейшее увеличение скорости резания (III зона) приводит к уменьшению наростообразования и высоты неровностей обработанной поверхности. За пределами наростообразования высота неровностей принимает наименьшее значение. Дальнейшее увеличение скорости резания, по данным многих исследователей, не оказывает существенного влияния на шероховатость. В связи с этим А.И. Исаевым введено понятие «граничной» скорости резания Vгран, а А.Н. Ереминым – понятие скорости зеркальной Vзерк, после которой поверхность приобретает зеркальный блеск.

Рис. 6. Влияние скорости резания на усадку стружки и шероховатость поверхности

Вместе с тем экспериментальные данные многих исследователей показывают, что кривые Rz = f(V), выражающие зависимость высоты неровностей от скорости резания при обработке различных материалов инструментами, оснащенными различными марками твердого сплава, во многих случаях имеют характерные точки минимума. Например, при протягивании различных материалов есть две зоны скоростей резания (рис. 7) – зона неблагоприятных скоростей от 0,5 до 12 м/мин и зона благоприятных скоростей резания от 25 м/мин и выше.

64

величина оптимального поверхностного износа hо.п.о и скорость размерного износа V.

Рис. 8. Влияние скорости резания V на интенсивность износа hо.п, коэффициент трения и шероховатость обработанной

поверхности Rz

Понижение (уменьшение) величин hо.п.о и V при увеличении подачи может уменьшить высоту неровностей. Снижение же усадки стружки повышает высоту неровностей (см. рис. 6 и 7, сталь ЭП517Ш, подачи 0,02 и 0,1 мм/зуб). Следовательно, на характер зависимости Rz = f(S) будет влиять сумма всех факторов.

Влияние глубины резания на шероховатость. Глубина реза-

ния как геометрический фактор не может изменить профиль и высоту неровностей обработанной поверхности. Глубина резания влияет на высоту неровностей при изменении температуры резания, условий наростообразования, деформации срезаемого слоя и т.д. Но так как глубина резания слабо влияет на температуру резания, усадку стружки и геометрические параметры нароста, то высота неровностей изменяется незначительно. Указанное заключение справедливо при работе резцами с углом при вершине > 90°.

При работе же резцом с < 90° изменение глубины может существенно влиять на высоту неровностей Н, что связано с изменением отношения ширины срезаемого слоя к его толщине. Как правило, глубина резания, оптимальная по шероховатости, оптимальна и по интенсивности износа инструмента. Таким образом, для снижения шероховатости необходимо снизить подачу и пропорционально увеличить глубину резания для сохранения производительности – четвертый закон резания.

66

Влияние свойств обрабатываемого и инструментального материалов на шероховатость. Обрабатываемый материал, его физико-механические свойства и структура оказывают существенное влияние на характер и высоту неровностей обработанной поверхности. Влияние это осуществляется через следующие факторы процесса резания: интенсивность деформаций, трение на поверхностях контакта, наростообразование, вибрации, износ и т.д.

Более вязкие и пластичные металлы (материалы), склонные к пластическим деформациям, дают при их обработке грубые и шероховатые поверхности. С увеличением твердости обрабатываемого материала, егоударной вязкости высоташероховатости снижается (рис. 9).

Рис. 9. Влияние твердости обрабатываемого материала на шероховатость Rz

Следует отметить, что для каждой твердости и структуры существует своя критическая скорость резания, при которой получается хорошая чистота обработанной поверхности.

Различные инструментальные материалы при одной и той же геометрии инструмента и тех же режимах резания могут дать обработанные поверхности с различной шероховатостью. Это объясняется различием в силах адгезионного взаимодействия и условиях трения на поверхностях контакта и разной способностью различных инструментальных материалов сохранять режущую кромку.

Исследования показывают, что инструментальные материалы, имеющие меньшую величину относительного износа, дают и меньшую высоту неровностей обработанной поверхности (рис. 10).

67

Контактные методы измерения шероховатости поверхности основаны на ощупывании исследуемой поверхности алмазной иглой с радиусом закругления 10 мкм, который совершает поступательное перемещение по определённой трассе относительно поверхности. Во время перемещения игла совершает колебания, повторяющие по величине профиль поверхности. Механически колебания иглы преобразуются в электрические при помощи электромеханического преобразователя. Снятый с преобразователя сигнал усиливают, а затем измеряют его параметры, подобные параметрам неровностей испытываемой поверхности (профилометрирование), или записывают профиль поверхности в выбранных вертикальном и горизонтальном масштабах (профилографирование). Контактный метод является основным вариантом профильного метода измерения неровностей поверхности. Реализуется этот метод с помощью профилометров и профилографов. Профилометры предназначены для непосредственного анализа среднего арифметического отклонения профиля поверхности Ra, а профилографы – для записи профиля в виде профилограммы. В промышленности применяют профилографы-профилометры мод. 201, 202, 252 и профилометры цехового типа мод. 253, 283. С помощью этих приборов можно осуществлять контроль шероховатости прямолинейных (мод. 252, 283) и криволинейных (в том числе шариков и роликов) поверхностей (мод. 202) с погрешностью 10 %, а при использовании дополнительных устройств – 16 %.

Внастоящей лабораторной работе для контактного измерения используется переносной цеховой профилограф-профилометр модели MarSurf PS1. Согласно прилагаемой инструкции с помощью прибора MarSurf PS1 можно не только оценить высоту микронеров-

ностей по шкале Ra, Rz и Rмах, но и записать профилограммы поверхностей.

Характеристики типовых приборов, выпускаемых отечественной промышленностью, представлены в табл. 1.

Вданной работе для измерения шероховатости поверхности детали бесконтактным методом используется бесконтактный микроскоп МИС-11 со сменными объективами, образцы сравнения и контактный профилограф МР-1.

69

Таблица 1

Типовые бесконтактные и контактные приборы, применяемые отечественной промышленностью

Двойной микроскоп МИС-11 выпускался нашей промышленностью в течение многих лет, и хотя выпуск их давно прекращен, в эксплуатации находится значительное количество таких приборов, так как ресурс работы оптикомеханических приборов весьма велик.

70