Качество обработанной поверхности

Машиностроение - важнейшая отрасль промышленности. Его продукция - машины различного назначения поставлятся всем отраслям народного хозяйства.

Весьма актуальна проблема повышения и технологического обеспечения точности в машиностроении. Точность в машиностроении имеет большое значение для повышения эксплуатационных качеств машины и технологии их производства. Решение вопросов точности должно решаться комплексно. Так повышение точности механической обработки снижает трудоемкость сборки в результате устранения пригоночных работ и обеспечения взаимозаменяемости деталей изделия. Особое значение имеет точность при автоматизации производства. С развитием автоматизации производства проблема получения продукции высокого качества становится все более актуальной. Ее решение должно базироваться на глубоком исследовании технологических факторов.

Из изложенного выше следует, что установление заданной точности - от-ветственная задача конструктора. Точность должна назначаться на основе анализа условий работы машины с учетом экономики ее изготовления и последующей эксплуатации.

2Определения и основные понятия

Эксплуатационные свойства деталей машин и долговечность их работы в значительной степени зависят от состояния их поверхности.

В отличие от теоретической поверхности деталей, изображаемых на чертеже, реальная поверхность всегда имеет неровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки.

Высота, форма, характер расположения и направление неровностей поверхностей обрабатываемых заготовок зависят от ряда причин:

режима обработки, условий охлаждения и смазки режущего инструВнмента, химического состава и микроструктуры обрабатываемого маВнтериала, конструкции, геометрии и режущей способности инструВнмента, типа и состояния оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.

Различают следующие отклонения от теоретической поверхности:

макрогеометрические, волнистость и микрогеометрические.

Макрогеометрические отклонения тАФ единичВнные, не повторяющиеся регулярно отклонения от теоретической формы поверхности, характеризующиеся большим отношением протяженноВнсти поверхности L к величине отклонения h, которое больше 1000.

Макрогеометрические отклонения характеризуют овальность, конусообразность и другие отклонения от правильной геометрической формы.

Волнистость поверхности представляет собой совоВнкупность периодически чередующихся возвышений и впадин с отноВншением шага волны L/h =50тАж1000. Волнистость является следствием вибрации системы СПИД, а также неравномерности процесса резания.

Микрогеометрические отклонения, или микроВннеровности, образуются при обработке заготовок в результате воздейВнствия режущей кромки инструмента на обрабатываемую поверхность, а также вследствие пластической деформации обрабатываемого матеВнриала в процессе резания.

Микронеровности определяют шероховатость (негладкость) обраВнботанной поверхности.

Микрогеометрические отклонения характеризуются небольшим знаВнчением отношения шага микронеровностей S к их высоте h

S/ h < 50. (1)

Характер и расположение микронеровностей зависят от направлеВнния главного движения при резании и направления движения подачи.

Поперечная шероховатость образуется в направлении, перпендикуВнлярном движению режущего инструмента, а продольная тАФ в паралВнлельном направлении. По ГОСТ 2789тАФ59 шероховатость измеряется в направлении, дающем наибольшее значение шероховатости. Как правило, этим условиям соответствует поперечная шероховатость.

Этим же ГОСТом установлены следующие определения, относяВнщиеся к шероховатости поверхностей (рисунок 1):

- реальная поверхность тАФ поверхность, ограничиваюВнщая тело и отделяющая его от окружающей среды;

- неровности тАФ выступы и впадины реальной поверхности;

- геометрическая поверхность 1тАФ поВнверхность заданной геометриВнческой формы, не имеющая неровностей и отклонений формы;

- измеренная поверхность 2 тАФ поверхВнность, воспроизведенная в реВнзультате измерения реальной поверхности;

- реальный проВнфиль тАФ сечение реальной поверхности плоскостью, ориВнентированной в заданном направлении по отношению к геометрической поверхности;

- геометрический профиль 3 тАФ сечение геометричеВнской поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направВнлении по отношению к этой поверхности;

- измеренный профиль 4 тАФ сечение измеренной поверхВнности плоскостью, ориентированной в заданном направлении по отВнношению к геометрической поверхности.

Графическое изображение измеренного профиля называется профилограммой.

3 Параметры оценки и измерение шероховатости поверхности

Для оценки шероховатости поверхности ГОСТ 2789тАФ59 установВнлены следующие два параметра: среднее арифметическое отклонение профиля -R_a и высота неровностей -R _z.

Среднее арифметическое отклонение проВнфиля R_a есть среднее значение расстояний (у₁, у₂, .., у_n ) точек измеВнренного профиля до его средней линии (рисунок 2):

R_a =( Σ у_i)/n (2)

где у_i- абсолютные (без учета алгебраического знака) расстояния до средней линии;

n тАФ число измеренных отклонений.

Средняя линия профиля делит измеряемый профиль таким обВнразом, что в пределах длины участка поверхности, выбираемого для измерения шероховатости, сумма квадратов расстояний (у₁, у₂, .., у_n ) точек профиля для этой линии минимальна.

При определении положения средней линии на профилограмме можно использовать следующее условие: средняя линия должна иметь направление измеренного профиля и делить его таким образом, чтобы в пределах базовой длины l площади F по обеим сторонам от этой лиВн

нии до линии профиля были равны между собой

F₁+F₃+тАж+F_n-1 =F₂+F₄+тАж+F_n. (3)

Длина участка поверхности, выбираемая для измерения шерохоВнватости, называется базовой длиной и обозначается l.

Высота неровностей R _z характеризует среднее расстояВнние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии (см. рисунок 2),

R _z =((h₁+h₃+тАж+h₉) - (h₂+h₄+тАж+h₁₀))/5 (4)

где h₁, h₃, тАж, h₉тАФрасстояние от высших точек выступов до линии, параллельной средней линии;

h₂,h₄,тАж,h₁₀тАФ расстояние от низших точек впадин до линии,параллельной средней линии.

По ГОСТ 2789тАФ59 шероховатость поверхности тАФ это совокупность неровностей с относительно малыми шагами (расстоянием между вершинами характерных неровностей измеренного профиля), образуюВнщих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине.

Шероховатость поверхности появляется в результате обработки независимо от метода и представляет собой сочетание наложенных друг на друга неровностей с различными шагами.

ГОСТ 2789тАФ59 установлены следующие значения базовых длин:0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8 и 25 мм, а также 14 классов чистоты поверхности.

Шероховатость поверхности следует измерять в направлении, которое дает наибольшее значение R_a или R _z ,если заранее не указано какое-либо другое определенное направление измерения шероховаВнтости.

Различные дефекты поверхности (царапины, раковины и т. п.) при измерении шероховатости не учитывают.

4 Влияние качества поверхности на

эксплуатационные свойства

деталей машин

Как указывалось выше, на эксплуатационные свойства деталей машин существенно влияет шероховатость обработанной поверхности, но не во всех случаях чисто обработанная поверхность является наиВнболее износоустойчивой, так как удержание смазки на поверхности деталей при различных условиях трения (в зависимости от нагрузки, скорости, материала сопрягаемых деталей и др.) зависит от микроВннеровностей поверхностей. Поэтому в зависимости от конкретных услоВнвий трения устанавливают оптимальную шероховатость поверхности.

На износоустойчивость поверхности влияют сопротивляемость поверхностного слоя разрушению и макрогеометрические отклонения, т. е. отклонения от геометрической формы, которые приводят к неравВнномерному износу отдельных участков.

Волнистость приводит к увеличению удельного давления, так как трущиеся поверхности соприкасаются с выступами волн; то же происВнходит и при микронеровностях поверхностей, причем выступы микроВннеровностей могут деформироваться тАФ сминаться или даже срезаться при движении одной трущейся поверхности относительно другой.Вершины микронеровностей могут вызывать разрывы масляной пленки, вследствие чего в местах разрывов создается сухое трение.

Во многих случаях прочность деталей машин зависит также от чистоты обработки. Установлено, что наличие рисок, глубоких и остВнрых царапин создает очаги концентрации внутренних напряжений, которые в дальнейшем приводят к разрушению детали. Такими очаВнгами могут являться также впадины между гребешками микронеровВнностей. Это не относится к деталям, изготовляемым из чугунов и цветВнных сплавов, в которых концентрация напряжений возможна в меньВншей степени.

Прочность прессовых соединений также зависит от шероховатости и особенно от высоты микронеровностей; при запрессовке одной детали в другую фактическая величина натяга зависит от шероховатости поверхности и отличается от величины натяга при запрессовке деталей с гладкими поверхностями для тех же диаметров.

От шероховатости поверхности зависит также устойчивость поверхВнности против коррозии. Чем выше класс чистоты поверхности, тем меньше площадь соприкосновения с коррелирующей средой, тем меньше влияние среды. Чем глубже впадины микронеровностей и чем резче они очерчены, тем больше разрушающее действие коррозии, направленное в глубь металла.

5 Методы и средства оценки шероховатости

поверхности

Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами: качественным и количественным.

Качественный метод оценки основан на сравнении обработанной поверхности с эталоном (образцом) поверхности посредВнством визуального сопоставления, сопоставления ощущений при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем) и сопоставления результаВнтов наблюдений под микроскопом.

Визуальным способом можно достаточно точно определять класс чистоты поверхности, за исключением весьма тонко обработанных поверхностей.

Эталоны, применяемые для оценки визуальным способом шерохоВнватости поверхности, должны быть изготовлены из тех же материаВнлов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь.

Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа; можно пользоваться лупой с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценки заключается в изВнмерении микронеровностей поверхности с помощью приборов: профилографа К. М. Аммона, профилографа Б. М. Левина (модели ИЗП-17 и ИЗП-5), двойного микроскопа и микроинтерфероВнметра В. П. Лннника, профилометра В. М. Киселева и др.

Схема профилографа Б-M. ЛеВнвина (модель ИЗП-17) приведеВнна на рисунке 3.

Луч света от лампы 1 падает на зеркало 8 и 7, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5.

Зеркало 8 связано с ощупыВнвающей иглой. Луч света, отраВнженный от зеркала 7 и затем

от зеркала 8, проходит оптическую систему 6, попадая на зеркало 4и далее на цилиндрическую линзу 14, проектирует изображение щели 3 на светочувтвительную пленку 13, расположенную на барабане 12. Изображение щели проектируется в виде световой точки.

Деталь 10, поверхность которой подвергается измерению, распоВнлагается на верхнем диске стола 11, которому придается поступательВнное движение относительно иглы 9 с одновременным вращением барабана 12.

Скорость снятия профилограммы может меняться изменением скоВнрости вращения барабана. Скорость перемещения стола 11 не зависит от скорости вращения барабана 12, что обеспечивает получение трех горизонтальных масштабов с увеличением 25 и 50.

Размеров вертикального увеличения в пределах 250 тАФ 5000 достиВнгают сменой объектива 6 и установкой иглы 9 в различные отверстия рычага.

От вертикального увеличения зависит максимальная высота микВнронеровностей, записываемая на барабане 12 от горизонтального увеВнличения зависит длина профилируемого участка (1,75 тАФ 7 мм) исслеВндуемой поверхности.

Для измерения микронеровностей в пределах от 4-го до14-го класВнсов чистоты поверхности применяют профилометр конструкции В. М. Киселева, принцип действия которого заключается в возбуждеВннии электродвижущей силы в результате колеВнбательных движений ощупывающей иглы.

На рисунке 4 приведена схема этого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным накоВннечником, радиус закругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижний конец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан с индукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полюВнсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемые этим перемеВнщением малые токи усиливаются и отмечаются гальванометром.

Датчик перемещается по проверяемой поВнверхности со скоростью 10тАФ20 мм/сек. ДавлеВнние иглы на поверхность проверяемой детали в пределах 0,5тАФ2,5 гс/мм².

При подключении к профилометру осцилВнлографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.

Для измерения шероховатости поверхности от 3-го до 9-го классов чистоты применяют двойной микроскоп В. П. Линника (рисунок 5).

Прибор состоит из двух частей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б для наблюдения и измерения профиля поверхности Оси обеих частей микроскопа наклонены под углом 45В° к исследуемой поверхности с совпадением точек пересечения осей с предметными точВнками объективов.

В плоскости изображения объекВнтива 3 микроскопа А расположена перпендикулярно плоскости оси миВнкроскопа щель 2 с освещением от источника света 1. Объектив 3, уменьВншая, дает изображение а₁ щели 2на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутВнствии на участке поверхности Рмикронеровностей объектив 4 микроВнскопа Б в плоскости сетки окуляВнра 5 даст изображение а₂ той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.

При том же расположении микроскопов А и Б при наличии микВнронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверхВнности Р₁, при наблюдении будет казаться выходящей из точки а₁или из точки а'₁ поверхности Р'₁, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки а'₂ на сетке окуляра 5будет на расстоянии h' от оси микроскопа Б, равном

h'=2*x*h*sm45В°, (5)

где х тАФ увеличение объектива 4.

Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр.

Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотограВнфировать исследуемую поверхность с высоты неровностей от 0,9 до 60 мкм.

Для измерения микронеровностей от 0,1 до 6 мкм с увеличением от 400 до 500 применяют микроинтерферометры В. П. Линника с интерВнференционными полосами, соответствующими профилю исследуемой поверхности в данном сечении (рис. 6). С помощью окуляра произВнводят отсчеты величины а, выражающей величину высоты микронеровВнностей, и отсчет величины b, соответствуюВнщей расстоянию между двумя соседними интерференционными полосами, тогда выВнсота микронеровности

h=0.25*(a/b),мкм. (6)

Для определения шероховатости поВнверхности в труднодоступных местах приВнменяют метод снятия с исследуемой поверхности слепков, шерохоВнватость поверхности которых служит в дальнейшем критерием оценки с помощью указанных выше приборов. Искажение профиля исслеВндуемой поверхности при снятии слепка практически не превышает 2 - 3%.

В качестве материалов для слепков обычно применяют целлулоид, растворяемый в ацетоне. Для получения слепка целлулоид опускают на непродолжительное время (2 тАФ 3 мин} в ацетон, затем прикладыВнвают к исследуемой поверхности и сушат в течение 10 тАФ 50 мин (в заВнвисимости от шероховатости обработанной поверхности).

При технологической целесообразности для оценки микрогеометВнрии поверхности применяют также метод среза.

Исследуемую поверхность покрывают слоем хрома толщиной 5тАФ10 мкм, а затем производят срез под углом 1 тАФ 2В°; срезанную плоскость травят, после чего фотографируют.

Фотоснимок представляет собой профилограмму, у которой гориВнзонтальным увеличением является увеличение, полученное при фотоВнграфировании, а вертикальным является горизонтальное увеличение, умноженное на увеличение, полученное от косого среза.

Увеличение от косого среза при угле среза 1В° составляет 60, а при угле среза 2В° тАФ 30 раз. С помощью косого среза можно получить проВнфилограмму с вертикальным увеличением до 8000.

6 Зависимость шероховатости поверхностей и

точности от видов

обработки

Практикой и исследованиями определены взаимосвязи между видами обработки и шероховатостью (классами чистоты) поверхности. Так, например, установлено, что средняя высота неровностей не должна превышать 10 тАФ 25% от допуска на обработку. Это позволило установить достижимую чистоту поверхности для различных видов обработки, а с учетом затрат, необходимых для достижения заданной чистоты, не превышающих затрат при любом другом способе обраВнботки, и экономически достижимую чистоту поверхности.

7 Список использованной литературы.

1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов /В.М. Кован,

В.С. Корсаков и др.; Под ред. Корсакова. -изд. 3-е, доп. И перераб. -М.:

"Машиностроение", 1977; 336 с.с ил.

2. Технология машиностроения: В 2 т. Т. 1. Основы технологии

машиностроения: Учебник для вузов /В.М. Бурцев, А.С. Васильев,

А.М. Дальский и др.; Под редакцией А.М. Дальского. - 2-е изд., стереотип.

-М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001; 564 с., ил.

Вместе с этим смотрят:

11-этажный жилой дом с мансардой

14-этажный 84-квартирный жилой дом

16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре

180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке

2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном