3704 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ

1. Цель работы

Целью настоящей работы являются изучение параметров шероховатости поверхности в соответствии с ГОСТ 2789 – 73, правилами нанесения их на чертежах изделий, устанавливаемыми ГОСТ 2.309 – 73*, ознакомление с методами и приборами для измерения высоты неровностей, а также экспериментальное исследование влияния режимов обработки токарными станками на высоту неровностей поверхности деталей.

2. Общие сведения

Шероховатость поверхности – один из важнейших показателей качества поверхностного слоя материала деталей, от которого в значительной степени зависят такие эксплуатационные характеристики, как износостойкость, коррозионная стойкость, циклическая прочность деталей приборов и устройств. Для количественного определения этого показателя необходимо пользоваться положениями ГОСТ 2789 – 73.

Рассмотрим номинальную поверхность детали, т.е. поверхность, заданную в технической документации без учета допускаемых отклонений. Выполним сечение поверхности плоскостью, перпендикулярной к номинальной поверхности. Тогда получим номинальный профиль поверхности, изображенный на рис.1.

 

 

 

Рис. 1.  Номинальный профиль поверхности

 

Номинальный профиль поверхности характеризуется неровностями, т.е. чередованием выступов и впадин профиля, которые могут оцениваться количественными параметрами. Для количественной оценки параметров неровностей выделим базовую длину l профиля и проведем линию mm так, чтобы в пределах базовой длины среднеквадратическое отклонение точек профиля от этой длины было минимальным. Линия mm называется средней линией профиля. Базовую длину l выбирают из ряда 0,01;  0,03;  0,08;  0,25;  0,8;  2,5;  8;  25 мм.

Если отрезок средней линии профиля, ограничивающий неровность профиля между соседними выступами (впадинами), обозначить через Si (Si называют шагом неровностей, рис.1), то понятие шероховатости поверхности можно сформулировать как совокупность неровностей с относительно малыми шагами в пределах базовой длины l.

Параметры шероховатости поверхности деталей устанавливаются независимо от материала деталей и способа обработки поверхности. Шероховатость поверхности не оценивается для ворсистых и других поверхностей, характеристики которых делают невозможным нормирование и контроль шероховатости имеющимися методами, а также для дефектов поверхности, являющихся следствием дефектов материала (раковины, поры, трещины) или случайных повреждений (царапины, вмятины и т.д.).

Требования к шероховатости поверхности деталей устанавливаются путем указания параметров шероховатости, определенных ГОСТ 2789 – 73:

1) Sm – средний шаг неровностей профиля – среднее арифметическое значение шага неровностей профиля Smi в пределах базовой длины l (Sm = 12,5…0,002 мкм, рис.1):

 

где n – число измеренных отклонений профиля;

2) S – средний шаг неровностей профиля по вершинам (или средний шаг местных выступов профиля) – среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины:

 

3)Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам – сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов и пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины (Rz =1600 … 0,25 мкм):

 

где Himax – высота i-го наибольшего выступа профиля;

Himin – глубина i-й наибольшей впадины профиля;

4) Ra – среднее арифметическое отклонение профиля – среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины (Ra = 100…0,008 мкм):

 

или

 

5) Rmax – наибольшая высота профиля – расстояние между линией выступов и линией впадин (Rmax = 1600…0,25 мкм);

6) р – уровень сечения профиля – расстояние между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидестантно (в нашем случае – параллельно) линии выступов;

7) hр – опорная длина профиля – сумма длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне р в материале выступов профиля линией, эквидестантной средней линии:

 

8) tp – относительная опорная длина профиля – отношение опорной длины профиля к базовой длине (tp = 10…90 %):

 

Для удобства оценки шероховатости поверхности введены понятия классов шероховатости. Классы шероховатости устанавливаются в зависимости от высоты неровностей профиля и приведены в табл.1.

 

Таблица 1. Классы шероховатости поверхности

Классы шероховатости

Высота неровностей, мкм

Базовая длина

14 – 13 классы

Rz = 0,025…0,1

ℓ = 0,08 мм

12 – 9 классы

Ra = 0,02…0,32

ℓ = 0,25 мм

8 – 6 классы

Ra = 0,32…2,5

ℓ = 0,8 мм

5 – 3 классы

Rz = 10…40

ℓ = 2,5 мм

3 – 1 классы

Rz = 40…320

ℓ = 8 мм

 

Требования к шероховатости поверхности деталей и выбор параметров для ее оценки определяются функциональным назначением поверхностей деталей и их конструктивными особенностями. Для трущихся поверхностей ответственных деталей устанавливают допустимые значения параметров Ra (или Rz), Rmax, tp, а также направление неровностей (табл.2). Для поверхностей циклически нагруженных ответственных деталей устанавливают параметры Rmax, Sm, S.

Форма неровностей поверхности влияет на параметр Ra, однако влияние формы неровностей на эксплуатационные характеристики деталей величиной Ra оценить практически невозможно, так как при различных формах неровностей значения Ra могут быть одинаковыми. Косвенную оценку формы неровностей производят по параметрам Sm, S и tp .

Между точностью обработки и шероховатостью обработанных поверхностей существует взаимосвязь. Высокой точности обработки всегда отвечает малая шероховатость поверхности. Это соответствие обусловлено не только условиями работы детали, но также и необходимостью получения результатов измерения показателей ее точности. Высота неровности Ra не должна превышать 0,02-0,05 допуска на размер. Точность и шероховатость, получаемые на различных операциях, приведены в табл.3.

 

Таблица 2. Условное изображение направления неровностей на чертежах

Направление неровностей

Схематическое изображение

Пояснение обозначения

Параллельное

 

Параллельно линии, изображающей на чертеже поверхность

 

Перпендикулярное

 

Перпендикулярно к линии, изображающей на чертеже поверхность

 

Перекрещивающееся

 

Перекрещивание в двух направлениях наклонно к линии, изображающей на чертеже поверхность

 

Произвольное

 

Различные направления по отношению к линии, изображающей на чертеже поверхность

 

Кругообразное

 

Приблизительно кругообразно по отношению к центру поверхности

 

Радиальное

 

Приблизительно радиально по отношению к центру поверхности

 

 

Таблица 3.Средняя экономическая точность и шероховатость, получаемые на различных операциях (материал – сталь, серый чугун)

Операция

Квалитет точности

Шероховатость Ra , мкм

1

2

3

Точение наружное и растачивание:

предварительное

чистовое

тонкое

12 и грубее

10 и грубее

5…6

12,5

3,2…1,6

0,8…0,4

Фрезерование:

предварительное

чистовое

тонкое

12 и грубее

8

6

6,3

3,2…1,6

0,8…0,4



 
мм вращения шпинделя. оборудования для производства окон