Факторы, влияющие на качество обработанных поверхностей

Параметр шероховатости поверхности зависит от мно­гих факторов: метода обработки, режимов резания, геометрических параметров и качества поверхностей режущей части инструмента, пластической и упругой деформации обрабатываемого материала, жесткости системы станок—приспособление—инструмент—заго­товка и связанных с ней вынужденных колебаний и вибраций при резании, смазочно-охлаждающей жидкости и др.

Для расчета параметра шероховатости используется следующая формула:

,

где R _p — расчетная высота шероховатости (доля высоты пара­метра шероховатости, вычисленная по продольной подаче); R _пл — доля высоты шероховатости, получающаяся вследствие пластиче­ского деформирования материала перед лезвием инструмента; R _упр — доля высоты шероховатости, получающаяся за счет упру­гого восстановления материала после прохода режущего инстру­мента; R _л — доля высоты шероховатости, создаваемая микроне­ровностью лезвия инструмента; R _ц — доля высоты шерохова­тости, образованная повреждением отходящей стружки, которая не всегда помещается в промежутках между зубьями многолез­вийного инструмента; R _ж — доля высоты шероховатости, образуемая за счет недостаточной жесткости системы станок—при­способление—инструмент—заготовка. Кроме перечисленных факторов, на образование шероховатости могут оказывать влияние и другие. Поэтому необходимо учиты­вать влияние лишь основных факторов, в значительной степени воздействующих на шероховатость поверхности.

На основании анализа выполненных научно-исследовательских работ можно сделать вывод о том, что шероховатость обра­ботанной поверхности представляет, прежде всего, след рабочего движения части режущей кромки инструмента, контактирующей с обрабатываемым материалом. Высоту этой шероховатости опре­деляют расчетным путем в зависимости от геометрических пара­метров режущей части инструмента (углов в плане − главного ) и вспомогательного , радиуса r _в закругления вершины режу­щего инструмента и подачи).

Например, при точении возможны частные случаи (рис. 3.2):

 

а)

б)

Рис 3.2. Схема образования расчетной величины шероховатости

 

а) расчетная высота неровности поверхности R _p образуется целиком закругленным участком режущей кромки (рис. 3.2, а):

,

где S ₀ — подача, мм/об; r _в — радиус закругления резца при вершине, мм;

б)расчетная высота неровности поверхности R _p образуется вершиной резца, у которой отсутствует радиус закругления r _в (рис. 3.2, б):

.

Аналогичные формулы могут быть получены для любых слу­чаев образования расчетной высоты неровности поверхности. При некоторых условиях обработки фактическая шероховатость поверхности определяется ее расчетным значением, а влияние других факторов незначительно.

Наиболее сильное влияние на искажение расчетной высоты неровности поверхности оказывает пластическая деформация. При обработке материалов, которые не дают нароста, влияние пластической деформации на высоту шероховатости объясняется главным образом распространением волны деформации в сторону соседнего следа, а при обработке материалов, дающих нарост, как этой причиной, так и действием вершины нароста, благодаря чему образуются задиры материала на поверхности среза.

Влияние упругих деформаций на параметр шероховатости поверхности является следствием наличия на лезвии любого инст­румента притупления. При взаимном перемещении резца и об­рабатываемой поверхности наличие этого скругления вызывает упругое деформирование материала около режущей кромки. Минуя ее, материал заготовки приподнимается и занимает преж­нее положение. Вследствие того, что конфигурация неровности довольно сложная, упругое восстановление материала может про­исходить в разной степени на различных участках обработанной поверхности. Вершина может упруго восстанавливаться больше или меньше, чем впадина, в результате чего происходят некоторые искажения высоты неровности.

Обрабатываемая поверхность формируется режущим инстру­ментом. Поэтому неровности его лезвия в определенной степени копируются на этой поверхности. При определенных условиях этот фактор будет определяющим при формировании шерохова­тости обработанной поверхности.

При выборе или проектировании режущего инструмента, при установлении режимов резания, выборе состава смазочно-охлаждающей жидкости и техники ее подвода в рабочую зону необхо­димо стремиться к рациональному отводу стружки, так как в про­тивном случае нельзя исключить ее отрицательного воздействия на формирование шероховатости обработанной поверхности.

Деформации и колебательные движения в системе станок—приспособление—инструмент—заготовка изменяют расчетную вы­соту неровности, меняя, таким образом, расчетный параметр шероховатости.

Отмеченные выше факторы, влияющие на параметр шерохова­тости поверхности, зависят от режимов резания, геометрических параметров режущего инструмента, жесткости системы станок—приспособление—инструмент—заготовка, механических свойств обрабатываемого материала и др.

 

Шероховатость поверхностей

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности деталей и оказывает влияние на эксплуатационные показатели.

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться с учетом функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий.

Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности (раковины и пр.), поэтому при контроле шероховатости поверхности влияние дефектов поверхности должно быть исключено.

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (чаще всего в нормальном сечении). Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами ее рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной.

Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхности предусмотрено шесть параметров шероховатости поверхности (рис 3.3):

 

Рис.3.3. Параметры шероховатости поверхности

,

где l – базовая длина;

,

где n – число выбранных точек профиля по базовой длине.

,

,

,

,

,

где k – количество нулей профиля; длина отрезка средней линии в пределах базовой длины, ограниченная первым и последним нечетным пересечением профиля со средней линией;

;

,

где N – число максимумов профиля.

Таким образом, можно выделить:

− три высотных (R_a – среднее арифметическое отклонение профиля; R_z – высота неровностей профиля по десяти точкам; R _max – наибольшая высота профиля);

− два шаговых (S – средний шаг неровностей профиля по вершинам; S_m – средний шаг неровностей профиля по средней линии);

− один параметр опорной линии длины профиля (t _ср).

Основными параметрами шероховатости с учетом эксплуатационных свойств поверхности являются высотные параметры R_z и R_a. При нормировании высотных параметров в первую очередь следует применять предпочтительные значения, указанные в табл. 3.2 для R_a и в табл. 3.3 для R_z и R _max. Эти значения получили наибольшее применение в международной практике. Им соответствуют номинальные значения шероховатости образцов сравнения.

 

Таблица 3.2

Среднее арифметическое отклонение профиля R_a по ГОСТ 2789-73*, мкм

-	100	10,0	1,00	0,100	250	25,0	2,50	0,250	0,025
-	80	8,0	0,80	0,080	200	20,0	2,00	0,200	0,020
-	63	6,3	0,63	0,063	160	16,0	1,60	0,160	0,016
-	50	5,0	0,50	0,050	125	12,5	1,25	0,125	0,012
400	40	4,0	0,40	0,040	-	-	-	-	0,010
320	32	3,2	0,32	0,032	-	-	-	-	0,008

 

*Примечание:             - предпочтительное значение

 

Таблица 3.3

Высота неровности профиля по десяти точкам R_z   и наибольшая высота неровностей профиля R _max – по ГОСТ 2789-73*, мкм

-	1000	100	10,0	1,00	0,100	-	320	32,0	3,20	0,320	0,032
-	800	80	8,0	0,80	0,080	-	250	25,0	2,50	0,250	0,025
-	630	63	6,3	0,63	0,063	-	200	20,0	2,00	0,200
-	500	50	5,0	0,50	0,050	1600	160	16,0	1,60	0,160
-	400	40	4,0	0,40	0,040	1250	125	12,5	1,25	0,125

 

*Примечание:             - предпочтительное значение

 

Все параметры шероховатости могут быть во всем числовом диапазоне не измерены приборами, выпускаемыми отечественной промышленностью.

Оптический прибор светового сечения МИС-11 позволяет измерить параметры R_z и R _max от 0.8 до 80 мкм.

При измерении параметров шероховатости в поле изображения прибора одна из нитей перекрестия должна быть установлена параллельно общему направлению профиля, другая – параллельно направлению неровностей. Параметры шероховатости определяют в пределах базовой длины.

Для нахождения значения параметра R_z измеряют ординаты пяти точек наибольших максимумов профиля h_{i max} и пяти наибольших минимумов профиля h_{i min} в делениях барабана микрометра.

Значение R_z (в мкм) находят по формуле:

.

Обозначения шероховатости на чертежах регламентирует ГОСТ 2.309-73.

В обозначении шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается – применяется знак

.

Если поверхность должна быть образована удалением слоя материала, например, фрезерованием, точением и т.д., применяют знак

.

Для поверхностей, полученных без удаления слоя материала, например, литьем, ковкой, объемной штамповкой и т.п., применяют знак

.

Значение параметра шероховатости проставляют в обозначении шероховатости параметра R_a без символа, а для остальных параметров – после соответствующего символа.

Структура обозначения шероховатости поверхности приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Структура обозначения шероховатости поверхности: 1 – поверхность, 2 – место указания параметров шероховатости, 3 – знак, 4 – место указания вида обработки, 5 – полка знака, 6 – место указания базовой длины, 7 – место условного обозначения направления неровностей

 

Порядок выполнения работы

Исходные данные:

Ширина резания В, мм;

Глубина резания t, мм;

Вид и марка обрабатываемого материала.

1. Прослушать вводный инструктаж по технике безопасности при работе в механической мастерской и внимательно изучить правила безопасности работы на токарном станке.

2. Изучить процесс токарной обработки, плакаты, поясняющие процесс, а также конструктивные особенности.

3. Изучить устройство и работу токарного станка, используя при этом методическое руководство, кинематическую схему станка и непосредственно сам станок.

4. Получить исходные данные от преподавателя.

5. Рассчитать режимы точения. Учитывая цели данной работы, расчет необходимо проводить в следующей последовательности, используя справочник по определению режимов резания:

− определить стойкость резца Т _m в минутах машинной работы;

− определить скорость резания v и поправочные коэффициенты: k ₁, зависящий от размеров обработки, k ₂, зависящий от обрабатываемого материала, k ₃, зависящий от стойкости и материала инструмента;

− рассчитать число оборотов шпинделя в минуту:

− ;

− уточнить число оборотов по паспорту станка, выбрав ближайшее меньшее − n _ф;

− рассчитать фактическую скорость резания, используя данные табл. 3.4.

Таблица 3.4.

Определяемая величина	Математическая модель	Область применения модели	Величина коэффициентов
Скорость резания для продольного точения и растачивания, подрезания торцов		Стали конструкционные, инструментальные и подшипниковые

− определить поправочные коэффициенты на скорость резания, используя данные табл. 3.5.

Таблица 3.5.

Определяемая величина	Математическая модель	Область применения модели	Величина коэффициентов
Поправочные коэффициенты на скорость резания		Инструментальный материал:     твердый сплав, механическое крепление
			3.645	-0.398

 

− определить рекомендуемую подачу:

· Для D < 500мм:

Для конструкционных сталей:

С _м = 0.008

y = 1.4

x = 0.3

z = 0.35

u = 0.7

Подача для черновой стадии обработки

Подача для получистовой стадии обработки

Подача для чистовой стадии обработки

Подача для отделочной стадии обработки

6. Произвести торцевое точение образца при каждой из заданных подач, считая скорость вращения шпинделя постоянной.

Работа выполняется лаборантом в присутствии студентов в следующем порядке:

·  установить и надежно закрепить резец;

· установить и надежно закрепить заготовку;

·  установить соответствующими ручками требуемые обороты шпинделя и подач;

·  включить вращение шпинделя и осторожно подвести резец к заготовке.

 

7. Оценить шероховатость обработанных поверхностей на микроскопе МИС-11. Для этого необходимо:

− включить микроскоп;

− установить образец на рабочем столике микроскопа таким образом, чтобы исследуемая поверхность находилась в поле зрения;

− произвести настройку микроскопа, добиваясь четкого изображения световой полоски на исследуемой поверхности;

− измерить величину микронеровностей и произвести соответствующие расчеты.

8. Построить экспериментальный график зависимости шероховатости от подачи.

9. Оформить отчет по выполненной работе (см. Приложение 3.1).

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.1

Лаборатория № 2