книги / Основы технологии машиностроения

При рассеивании по закону нормального распределения разме­ ров по размаху распределения R для каждой группы может быть найдено значение о для всей партии обработанных заготовок по формуле

где Rep — среднее значение размаха распределения для всех групп; dm — коэффициент, связывающий значения Rcp и о . Среднее

значение размаха распределения

где п — число групп.

Ri, R 2 , м R n — размах распределения для групп 1,2, 3, . .., п. Коэффициент dm принимают в зависимости от количества загото­

вок в группе:

Метод точечных диаграмм нашел применение при разнообразных статистических исследованиях, особенно при статистическом контроле размеров, получаемых при обработке на металлорежущих станках,

ивообще при статистическом контроле качества продукции. Статистические методы могут быть использованы при решении

ряда технологических задач, связанных с определенными и неизмен­ ными условиями обработки. Вместе с тем статистическими методами исследования пользуются в тех случаях, когда механизм явлений еще недостаточно изучен или когда исследуемые величины не могут быть определены техническим расчетом. Другой метод определения ожидаемой точности — расчетно-аналитический — позволяет вскры­ вать механизм явлений, происходящих в процессе обработки и ука­ зывает способы сознательного воздействия на технологический про­ цесс в целях повышения точности обработки.

§ 6. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Общая характеристика явлений, вызывающих поверхностные погрешности в процессе обработки резанием. Понятия о микрогеометрии поверхности и состоя нии поверхностного слоя как элементах качества поверхности. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей и узлов машин.

Государственный,стандарт на чистоту поверхности и приборы для ее измерения. Методы исследования поверхностного слоя.

Общая характеристика качества поверхностей заготовок на различных стадиях производства. Влияние технологических методов обработки на качество поверхности.

Указания к назначению чистоты поверхностей в зависимости от условий эксплуа­ тации.

При обработке металлов снятием стружки режущий инструмент оставляет на обработанной поверхности следы в виде поверхностных неровностей как в направлении главного рабочего движения, при котором осуществляется резание, так и в направлении подачи. В результате создается определенная микрогеометрия поверхности (фиг. 70), характеристика которой зависит от свойств обрабатывае­ мого металла, процесса образования стружки, режимных условий обработки, вибраций, возникающих при резании и ряда других технологических факторов.

На микрогеометрию поверхно­ сти влияют пластические явления захвата и отрыва слоев металла, находящегося под режущей кром­ кой при обработке стали и явления хрупкого выламывания частиц ме­ талла при обработке серого чугуна и твердых цветных сплавов. Тре­ ние задней поверхности инстру­ мента по обработанной поверхно­ сти заготовки, которое увеличи­ вается по мере износа режущего инструмента, сопровождается об­ разованием микронеровностей. Штрихи и царапины на задней поверхности инструмента также оставляют следы на обработан­

ной поверхности. Существенное влияние на микрогеометрию по­ верхности оказывают скорость резания и подача.

Нарост на режущем лезвии инструмента, периодически обра­ зующийся в определенном диапазоне скоростей резания при обработке стали, способствует увеличению шероховатости обработанной поверх-- ности; при высоких скоростях резания шероховатость уменьшается, так как наростообразованне прекращается, стружка вследствие повышения температуры резания отделяется резцом более плавно и кристаллы металла не вырываются. С увеличением подачи явления захвата и отрыва слоев металла увеличиваются, ухудшая чистоту поверхности.

Вибрации в упругой системе станок — заготовка — инструмент, вызывая колебательные движения по нормали к обрабатываемой поверхности, периодически изменяют положение режущего лезвия относительно этой поверхности, создавая на ней впадины и выступы.

При высоких частотах и малых амплитудах колебаний изменяются форма и размеры микронеровностей; при относительно невысокой частоте и большой амплитуде колебаний на обработанной поверх­ ности образуется волнистость (фиг. 71). Такое предположение о воз­ никновении волнистости основывается на постоянстве периода или длины волн, имеющих вид синусоиды и представляющих собой

134 Тонкость в машиностроении

как бы след периодических колебаний, возникающих в процессе обработки резанием.

Колебательные движения в направлении, параллельном обрабаты­ ваемой поверхности, также оказывают некоторое влияние на шеро­ ховатость поверхности, создавая, в частности, периодические отрывы пластических слоев металла при отделении стружки от обрабаты­ ваемой поверхности.

Чистота обработанной поверхности зависит также от твердости обрабатываемого металла и геометрических параметров режущего инструмента.

Одновременно с образованием микрогеометрии обработанной

структурные изменения.

Таким образом, качество поверхности определяется совокуп­ ностью характеристик микрогеометрии поверхности и состояния поверхностного слоя.

Эксплуатационные свойства деталей, машин, в частности их изно­ соустойчивость, прочность и антикоррозийная стойкость, в значи­ тельной степени зависят от качества поверхностей деталей.

При подвижных посадках чистота поверхности оказывает влия­ ние на характер протекания первичного износа, т. е. процесса при­ работки трущихся поверхностей.

В процессе приработки поверхностные неровности сопряженных поверхностей вызывают местное выжимание масла и разрыв масля­ ной пленки, в результате чего даже при сравнительно небольших давлениях возникает сухое трение и происходит срезание выступаю­ щих неровностей, сопровождающееся в дальнейшем повышением работы трения. Срезанные частицы металла, оказывая абразивное действие, еще в большей степени увеличивают износ сопряженных поверхностей в начальный период работы. В результате первичного износа зазор между сопряженными поверхностями увеличивается и посадка отклоняется от запроектированной. На фиг. 72 даны кри­ вые износа поверхностей при подвижной посадке. По оси абсцисс отложено время работы српряжения, по оси ординат — величина износа с указанием границы допустимого износа. Первичный износ

для трех поверхностей, обработанных с различной чистотой, харак­ теризуется участками кривых с углами наклона a lf <х2 и ав и продол­ жительностью протекания явления износа /3, t2 и tv Эксплуатацион­ ный износ для всех случаев характеризуется одинаковым углом наклона кривых износа, свойственным данным материалам и условиям работы.

Таким образом, продолжительность работы трущихся пар Tlt Т2 и 73 до границы допустимого износа будет различной в зависимости от чистоты поверхностей.

Различные методы тонкой обработки и отделки трущихся поверх­ ностей — тонкое точение, притирочное шлифование, отделочное шлифование, притирка и др. — применяются с целью возможного

Ф иг. 72. К ривы е износа поверхн остей при подви ж н ой п осад ке.

уменьшения первичного износа и увеличения срока службы деталей при сохранении запроектированной посадки.

Кроме микрогеометрии поверхности, на износ деталей машин влияют волнистость поверхности и макрогеометрические отклоне­ ния формы. При этом влияние макрогеометрических отклонений более значительно, чем влияние шероховатости поверхности.

Изменения, происшедшие в поверхностном слое детали в резуль­ тате ее обработки, могут также оказывать влияние на протекание износа трущихся поверхностей.

Вряде случаев изменения, происходящие в поверхностном слое

врезультате механической обработки, оказывают благоприятное влияние на износоустойчивость и прочность деталей машин. Так, например, применяя методы упрочняющей технологии (обкатыва­ ние роликами и шариками, обдувка дробью) в поверхностных слоях материала деталей создают напряжения .способствующие увеличению срока их службы в условиях знакопеременной нагрузки.

Качество поверхности оказывает значительное влияние на проч­

ность соединений с натягом, особенно при прессовых посадках, в процессе осуществления которых происходят те или иные разруше­ ния на сопрягаемых поверхностях, в зависимости от их состояния.

Прочность детали, при прочих равных условиях, также зависит от микрогеометрии поверхности и физического состояния поверхно­ стного слоя.

136 Точность в машиностроении

Микронеровности поверхности в значительной степени влияют на концентрацию напряжений и образование усталостных трещин, особенно в условиях работы со знакопеременной нагрузкой, а обезуглероженность и другие дефекты поверхностного слоя снижают предел выносливости металла.

Наблюдения за противокоррозионной стойкостью металличе­ ских поверхностей показали, что коррозия возникает легче и распро­ страняется быстрее на грубо обработанных, со значительной шеро­ ховатостью поверхностях, а именно, в местах концентрации напря­ жений. Повышением чистоты поверхностей достигается повышение противокоррозийной стойкости деталей.

Фиг. 73. Профиль поверхности.

Стандартом на классификацию и обозначения чистоты поверх­ ностей (ГОСТ 2789-51) установлено 14 классов чистоты, 1-му классу соответствует самая грубая, а 14-му классу — самая чистая поверх­ ность 1

Чистота поверхности по ГОСТу 2789-51 определяется одним из следующих параметров: а) средним квадратическим отклонением микронеровностей Нск и б) средней высотой микронеровиостей Нср.

Среднее квадратическое отклонение микронеровностей опреде­ ляется как квадратный корень из среднего квадрата расстояний

Средняя высота микронеровностей определяется как среднее арифметическое высот микронеровностей Н от гребня до дна впадины

1 ГОСТ 2789-51 и аппаратура для определения качества поверхности рассма триваются % курсе «Допуски и технические измерения». Поэтому здесь приводятся для напоминания лишь краткие сведения. В настоящее время взамен ГОСТ 2789-51 утвержден ГОСТ 2789-59 со сроком введения с 1/1 1962 г., кроме обозначений классов чистоты, которые вводятся с 1/XI 1959 г. (см. приложение 4 на стр. 487. 488)

(фиг. 73); при определении Нср отдельные, явно выпадающие из ряда, значения Н не учитываются:

Наиболее распространенными и имеющими практическое зна­ чение методами оценки чистоты, т. е. микрогеометрии поверхности являются: а) оптические методы измерения профиля поверхности на двойном микроскопе, микроинтерферометре и микропрофилометре акад. В. П. Линника; б) методы ощупывания профиля поверхности иглой с записью профилограммы на профилографах Б. М. Левина, К. Л. Аммона и др.:, в) метод ощупывания профиля поверхности иглой с непосредственным получением числовой величины, харак­ теризующей микропрофиль в Нск, на профилометрах В. М. Киселева и др.; г) метод сравнения поверхности контролируемой детал и с образ­ цами чистоты поверхности; д) метод исследования естественных про­ филограмм; е) метод слепков.

Двойной микроскоп акад. Линника предназначен для кон­ троля поверхностей преимущественно 2—9-го класса чистоты по ГОСТу 2789-51. Класс чистоты определяется на этом приборе изме­ рением наибольшей высоты микронеровностей. Нср определяется обычно по пяти замерам.

Микроинтерферометр акад. Линника предназначен для контроля чисто обработанных поверхностей 9—14-го класса по ГОСТу 2789-51. Класс чистоты на этом приборе определяется измерением наибольшей высоты микронеровностей.

Микроинтерферометр крайне затруднительно применять для исследования поверхностей с нерегулярными неровностями или беспорядочными следами обработки, так как беспорядочное искрив­ ление интерференционных полос настолько искажает интерферен­ ционную картину, что становится невозможным измерение профиля.

Микропрофилометр акад. Линника предназначается для изме­ рения поверхностей высоких классов чистоты, с микронеровностями произвольной формы, без предпочтительного направления штри­ хов, т. е. с беспорядочными следами обработки. Класс чистоты на этом приборе также определяется измерением наибольшей высоты микро­ неровностей.

П р о ф и л о г р а ф ы предназначаются для измерения микро­

Класс чистоты определяется на этих приборах измерением наи­ большей высоты микронеровностей, которая определяется высотой Hmsa от самого высокого гребня до самой глубокой впадины. Прак­ тически Hmax и НСр весьма близки по своим значениям. Графиче­

ским интегрированием профилограмм можно получить также сред­ нее квадратическое отклонение микронеровностей Нск.

На фиг. 74 показана принципиальная схема профилографа |30]. По измеряемой

поверхности детали Д , установленной на медленно перемещающемся столике C m прибора, скользит ощупывающая игла И, закрепленная в державке, несущей иглу и зеркальце 3 . Державка соединена шарниром Ш или другим гибким сочле­ нением с неподвижно закрепленным кронштейном К . Такое соединение обеспечивает угловые перемещения иглы в вертикальной плоскости, соответствующие неров­ ностям измеряемой поверхности. Зеркальце 3, жестко скрепленное с державкой иглы И , совершает колебательные движения, также соответствующие поверхностным неровностям. Луч от источника света Св , пройдя через узкую щель Щ и собира-

Фиг. 74. Принципиальная схема профилографа.

тельную линзу Л падает на зеркальце 3 и отражается на вращающийся барабан Б со светочувствительной бумагой, на которой получается световая запись кривой, соответствующей профилю измеряемой поверхности и называемой профилограммой.

Чтобы получить отчетливую запись неровностей поверхности, ординаты кривой увеличиваются сравнительно с действительной высотой неровностей в 400—5000 раз и более, в зависимости от конструкции и настройки прибора. Вертикальное увели­ чение осуществляется оптической системой прибора. Горизонтальное увеличение значительно меньше вертикального; действительная длина трассы увеличивается по оси абсцисс в 10—50 раз. Такая резкая разница вертикального и горизонтального увеличений делается из соображений удобства чтения профилпграммы. В самом деле, если бы было принято одинаковое увеличение, например в 5000 раз. то для длины трассы всего лишь в 3 м м потребовалась бы профилограмма длиной 15 м. Горизонтальное увеличение осуществляется передаточным числом механизма, связывающего движения столика C m и барабана Б .

Таким образом, профилограмма дает искаженное изображение профиля, что не мешает, однако, произвести с необходимой точностью определение высоты микро­ неровностей.

щается измерительная головка прибора, несущая алмазную 'иглу, которая и ощу­ пывает микронеровности. Получающееся в результате перемещений иглы движение светящейся точки вдоль шкалы прибора позволяет определять визуально, по ампли­ туде колебаний, значения высот неровностей. Вместе с тем движение светящейся точки можно фиксировать на фотопленке перемещающейся с постоянной скоростью в фотокамере прибора, и получить таким путем профилограмму. Прибор имеет вер­ тикальные увеличения от 400 до 2500 раз и горизонтальные увеличения в 10, 30 и 50 раз, в зависимости от скорости перемещения головки прибора, несущей иглу.