Влияние условий обработки на шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности должна измеряться в том направлении, где она максимальна. Шероховатость поверхности, измеренную в направлении подачи, называют поперечной шероховатостью. Шероховатость, измеренную в направлении главного движения, называют продольной шероховатостью. Обычно продольная шероховатость бывает значительно меньше поперечной. Шероховатость поверхности зависит от метода и режимов обработки, геометрии и качества режущей кромки инструмента, свойств обрабатываемого материала, а также от условий обработки СОЖ, вибрации и т.п. Рассмотрим влияние основных условий обработки.

1 - Влияние скорости резания Зависимость шероховатости от скорости резания имеет вид:

Шероховатость поверхности достигает максимума при обработке со скоростями V=15-25 м/мин.

Обычно это явление объясняют наличием наростообразования на режущей кромке инструмента. При скоростях V>100 м/мин шероховатость стабилизируется и, очевидно, определяется другими причинами (при больших стружках, вследствие высокой температуры, отделяется плавно и кристаллы не вырываются). R_{z max} получается при :

сверлении V=15-25 м/мин

зенкеровании V=20-30 м/мин развертывании V=2 - 3 м/мин

2 - Влияние подачи - оказывает значительное влияние на чистоту обрабатываемой поверхности

Увеличение высоты микронеровностей с увеличением подачи (при точении) можно объяснить чисто геометрической картиной.

Однако следует учитывать, что с увеличением подачи увеличивается отрыв слоев металла, что приводит к дополнительному ухудшению чистоты поверхности.

3 - Влияние глубины резания – глубина резания не оказывает заметного влияния на шероховатость поверхности, если жесткость системы достаточно велика.

4 - Влияние свойств обрабатываемого материала. На шероховатость поверхности оказывают влияние механические свойства, химический состав и структура материала

При обработке мягкой стали значительна, при обработке твердых заготовок уменьшается.

Заготовки из стали с повышенным содержанием серы (автомат. Стали) и из сталей с присадками свинца имеют более чистую поверхность, чем детали из обычных сталей. Заготовки со структурой пластинчатого перлита обрабатываются хуже, чем заготовки из сталей с глобулярным перлитом.

5 - Влияние СОЖ - соответствующим выбором СОЖ можно повысить чистоту поверхности в пределах одного класса. Одновременно с этим повышается и стойкость инструмента.

6 - Влияние геометрии инструмента и его шероховатости – особенно заметно при чистовой обработке; затупление режущей кромки неблагоприятно сказывается на шероховатости поверхности.

7 - Влияние жесткости технологической системы  существенно на величину шероховатости.

Как правило, худшая чистота наблюдается в тех сечениях, где жесткость минимальна.

Зная влияние технологических факторов на величину, можно назначить условия обработки, обеспечивающие достижения заданной шероховатости поверхности.

Взаимосвязь между шероховатостью поверхности и точностью обработки -

можно сформулировать следующим образом: чем точнее обработанная поверхность, тем меньше должна быть величина шероховатости.

При назначении класса чистоты следует учитывать не только эксплуатационные свойства детали, но и возможность устойчивых и надежных измерений её размеров. Дело в том, что мы в одном случае мерим по выступу микронеровностей, а в другом - по впадинам. Если высота микронеровности соизмерима с величиной допуска на обработку, то в результате измерения может получиться неопределенность. Высота неровностей находится в пределах

Ra=(0.02-0.12)_p-p

• для посадок с зазором - Rа=(0.02-0.07)_p-p

• для посадок переходных - Rа=(0.08-0.1)_p-p

- для посадок с натягом - Rа=(0.1-0.12)_p-p

Связь между квалитетами точности и величиной Rа

Метод обработки	IT	Ra (мкм)
Точение: предварительное чистовое тонкое Фрезерование: предварительное чистовое тонкое Сверление: Зенкерование (чистовое) Развертывание: предварительное окончательное тонкое Протягивание: Шлифование: чистовое тонкое Притирка	12 9 6-7 12 9 7 11-12 11 9 8 6-7 7-8 7-8 6 5-6	12,5 2,5-1,25 0,63-0,32 12,5 2,5-1,25 0,63-0,32 2,5-6,3 6,3-2,5 2,5 1,25-0,63 0,32 1,25-0,63 0,63-0,32 0,32-0,08 0,16-0,04

Параметры шероховатости различных поверхностей (Rа)

1. Свободные поверхности … 25-3,2

2. Не являющиеся посадочными опорные поверхности корпусов, штивов, крышек и др. … 6,3 -2,5

3. Базовые поверхности корпусных и других деталей, мест посадок подшипников, шпонок и т.п. … 2,5-1,25

4. Посадочные поверхности (7-8)IТ, места посадки подшипников качения и скольжения небыстроходных валов, центровые поверхности … 1,25-0,63

5. Ответственные поверхности деталей, работающие при знакопеременных нагрузках, посадочные поверхности (7-8)IТ, посадочные места на валах п/ш качения, вкладыши п/ш быстроходных машин, герметичные соединения и т.п. … 0,63-0,32

6. Ответственные поверхности обеспечивающие требования прочности, при обеспечении характера посадки, плунжеры, а так же для подшипников класса А,В,С. … 0,32-0,16

7. Поверхности шариков п/ш, плунжерных пар топливных насосов, детали прецизионных станков и приборов ... 0,08-0,04μ

Состояние поверхностного слоя

Физико-механические свойства поверхностного слоя характеризуются его твердостью, структурным превращениями, величиной и знаком остаточных напряжений, глубиной распространения деформации кристаллической решетки. Физико-механические свойства сильно меняются под комплексным воздействием силовых и температурных факторов в процессе обработки. Результатом силового воздействия является разрушение структуры, смещение кристаллов, и наклеп поверхностного слоя, характеризуемый повышением микротвердости и снижением вязкости.

В поверхностном слое возникают остаточные напряжения /положительные или отрицательные/.

В поверхностном слое стальных заготовок при лезвийной обработке могут выделиться три зоны.

1. зона равновыраженной деформации, характеризуется значительными искажениями кристаллической решетки, измельченными зернами, завихренным строением структур, повышением микротвердости.

2. зона деформации, характеризуется вытянутыми зернами, наволакиванием одних зерен на другие, несколько меньшей микротвердостью по сравнению с п.1.

3. переходная зона, представляющая собой зону влияния деформации и постепенного перехода к нормальному строению основного металла. При чистовой и черновой обработке стали эта зона - от 50 до 300 мкм; при обдирке - до 500-1000мкм.

При обработке чугуна (СЧ) слабая деформация на глубину до 15 мкм. В случае обработки абразивным инструментом преобладающим является воздействие температурным фактором.

П
од действием t-р в поверхностном слое происходят структурные изменения, на границах зерен появляются карбиды, образуются зоны закалки и отпуска, возникают остаточные напряжения.

выглаживанием

-σ_сж

Глубина поверхностного слоя с резко выраженными изменениями в поверхностном слое составляет 10-30мкм /черновое шлифовании и 5мкм-при чистовом шлифовании. Остаточные напряжения распространяются на глубину 50-150мкм.

Высокая температура при шлифовании распространяется в поверхностном слое заготовки, приводящие к возникновению остаточных напряжений в поверхностном слое.

Схема распределения (кривая(1) показывает, что в момент контакта шлифовального круга с поверхностью последний сильно нагревается и стремиться расширится. Этому препятствуют соседние холодные слои - поверхностный слой оказывается пластически сжатым После охлаждения детали из-за стремления поверхностного слоя сжаться в нем возникают напряжения растяжения. Основной фактор, влияющий на величину “”-глубина шлифования. Уменьшение “” в поверхностном слое может быть достигнуто снижением интенсивности теплообразования - увеличением числа оборотов детали, применением охлаждения (СОЖ). Применяя шлифование с выглаживанием (кривая(2)), можно уменьшиться растяжения и увеличить  сжатия.

Методы исследования поверхностного слоя.

1. Метод микрошлифов (метод "косого среза") - для определения глубины микротвердости пов-го слоя: путем вдавливания пирамиды Р=50 или 100 [грамм-силы]. При этом необходимо соблюдать условия, исключающие возможность возникновения новых изменений в слое. Поэтому изготовление шлифов - притиркой с помощью пасты ГОИ на чугунных или стеклянных плитах. Прибор для измерения ПМТ-3.

Деталь

2. Рентгеноструктуоный анализ - для исследования остаточных напряжений в поверхностном слое стравливают 5-10мкм, снимают рентгенограмму и т.д. длительность съема одной рентгенограммы - 10ч.

3

Удалённыый слой (стравлением)

. Электронография - для исследования  при необходимости установления изменений в поверхностном слое меньшем Змкм. Метод основан на дифракции электронов.

4. Метод Давиденко-Закса - для исследования величины и знака _ост и НВ (микротвердость) Последовательно стравливают слои 5-10мкм и по величине прогиба (улавливают тензодатчиком ) судят о величине и направлении _ост.