Машин и шероховатости их поверхностей

Точность размеров и шероховатость поверхностей конструктивно и технологически тесно связаны между собой. Обычно высота неровностей составляет 0,05...0,2 допуска на размер. При более точных размерах и для обеспечения посадок движения выбираются меньшие соотношения, при более грубых и при неподвижных (прессовых) посадках - большие.

Эта связь подтверждается данными таблицы 1.2, характеризующими обработку заготовок из углеродистой конструкционной стали и серого чугуна различными методами.

На шероховатость поверхности заготовок и деталей оказывают влияние технологические факторы процессов материалообработки. Высота микронеровностей поковок, отливок и проката зависит от методов их получения. Так, у проката горячекатанного она не более 150 мкм, у холоднотянутого - не более 50 мкм, у горячештампованных заготовок - 150...500 мкм, у отливок в песчаные формы при ручной формовке мелких заготовок - до 500 мкм, крупных - до 1500 мкм, при машинной формовке - до 300 мкм, при кокильном и центробежном литье - до 200 мкм, при литье в корковые формы и по выплавляемым моделям - 10...40 мкм, под давлением - 10 мкм.

При обработке резанием величина, форма и направление неровностей зависят от методов, режимов и схемы обработки. Каждому методу соответствует определенный диапазон изменения параметров шероховатости. Эти параметры приводятся в справочниках.

Влияние скорости резания на шероховатость зависит от наростообразования в зоне резания, а также от адгезионного и диффузионного взаимодействия поверхностей режущего инструмента, обрабатываемого материала и стружки. Типичная зависимость величины шероховатости от скорости резания при точении представлена на рис.1.7.а. При шлифовании шероховатость снижается с увеличением скорости круга и уменьшением подачи во всех трех направлениях.

Влияние подачи на шероховатость при точении наглядно представлено на графике (рис.1.7.б). При малых подачах это влияние менее заметно, а больших - проявляется сильнее. Наиболее целесообразны подачи при чистовом точении в диапазоне S= 0,05...0,12 мм/об.

Влияние радиуса закругления резца представлено на рис.1.7.в. При точении и строгании резцами с широкой режущей кромкой, при сверлении, зенкеровании, развертывании величина подачи оказывает мало заметное влияние на шероховатость.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости снижает шероховатость обрабатываемой поверхности. На рис.1.7.г представлены зависимости, полученные при точении стали Х4Н быстрорежущими резцами при подаче S = 0,67 мм/об [24].

Глубина резания при достаточной жесткости технологической системы не оказывает существенного влияния на шероховатость. При удалении корки у отливки и наклепанного слоя стальных заготовок глубину резания принимают такой, чтобы обеспечить снятие дефектного поверхностного слоя.

Величина шероховатости также в значительной мере зависит от жесткости, уравновешенности технологической системы, материала и степени притупления инструмента, материала заготовки. Знание влияния технологических факторов на шероховатость поверхности позволяет правильно назначить условия обработки заготовок.

Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и макрогеометрией (погрешностями формы) поверхности. Если для шероховатости отношение высоты к шагу микронеровностей l/H< 50, то для волнистости L/Hв=50...1000.

Волнистость измеряют профилографами завода "Калибр", применяя иглу большего радиуса, чем при измерении шероховатости, и увеличивая

трассу измерения, а также приборами для измерения некруглости, индикаторами, специальными приборами.

Волнистость, как и шероховатость, в большинстве случаев отрицательно влияет на эксплуатационные свойства машин, снижает долговечность трущихся поверхностей, контактную жесткость и герметичность соединения, ослабляет натяг при неподвижных посадках, увеличивает силу трения, снижает КПД передачи.

Волнистость появляется при материалообработке в технологической системе из-за вибраций с низкой частотой и большой амплитудой колебаний, из-за неточности станка и его деталей, неточности и неправильной установки режущего инструмента, при обработке на станках с системами автоматической настройки инструмента. Естественно, что уменьшение волнистости связано с устранением причин, ее вызывающих.

Физико-механические свойства поверхностного слоя характеризуются его твердостью, структурой, величиной, глубиной его деформации. Они изменяются под воздействием силовых и тепловых факторов при изготовлении и обработке заготовок [18].

Состояние поверхностного слоя существенно влияет на работоспособность поверхности. Упрочнение (наклеп) поверхностного слоя повышает износостойкость, усталостную прочность деталей.

Физико-механические свойства поверхностного слоя определяются применяемыми методами и режимами изготовления и обработки заготовок. При обработке лезвийным инструментом имеет место взаимодействие силовых, а также тепловых факторов. При шлифовании большее влияние оказывают тепловые факторы, а меньшее - силовые.

Целенаправленное формирование поверхностного слоя заданного качества с учетом требований длительной и надежной эксплуатации деталей обеспечивается путем применения обычных методов, т.е. рационального выбора режимов и условий обработки; упрочнения поверхностей закалкой, химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование и др.); наплавкой; гальваническими покрытиями (хромирование, никелирование, осталивание, цинкование и др.), а также применением специальных методов.

Качество поверхности в большей мере обеспечивается на финишных операциях, однако почти всегда следует учитывать то, что отдельные свойства и характеристики переходят от операции к операции, т.е. их формирование на финише зависит от предыдущих операций, от проявления так называемой технологической наследственности [7].

К специальным методам повышения качества поверхностей могут быть отнесены упрочняющие методы пластического деформирования (без снятия стружки), создающие наклеп, что обеспечивает увеличение сроков службы деталей, их износостойкость.

Изготовление деталей с необходимыми показателями качества поверхностей повышает долговечность машин, сокращает потребности в материалах и запасных частях, снижает расходы на изготовление и эксплуатацию машин.