Точность изготовления деталей машин и качество обработанной поверхности

Долговечность и надежность работы деталей и узлов машин в значительной степени зависят от точности раз­меров и формы деталей машин, качества обработанных поверхностей.

Под точностью изготовления деталей машин понима­ют степень соответствия действительных размеров дета-

46—481

ли ее конструктивным (номинальным) размерам, задан­ным на чертеже. Точность размеров обработанной дета­ли определяется допусками, т. е. крайними предельно допустимыми размерами. В машиностроении применя­ют десять классов точности: 1, 2, 2а, 3, За, 4, 5, 7, 8, 9. Самым высоким является 1-й класс точности. Каждый класс точности характеризуется определенными допус­ками для вала и отверстия и обеспечивается различны­ми способами обработки:

1 — тонким шлифованием, полированием, притиркой и доводкой;

2 и 2а — чистовым шлифованием, алмазным точением и расточкой, развертыванием;

3 и За — чистовым шлифованием и точением, тонким фрезерованием и строганием;

4 — чистовым точением, строганием, фрезерованием и сверлением;

5 — получистовым точением, строганием, фрезерова­нием, сверлением;

7,8 и 9 — литьем, ковкой и штамповкой, прокаткой, грубой обдиркой на станках; применяют для свободных размеров деталей и заготовок с соответствующими при­пусками на последующую чистовую обработку на стан­ках.

Неточность геометрической формы обработанной по­верхности (конусообразность, овальность, неплоскост­ность и т. д.) должна укладываться в допуск на размер в соответствии с классом точности изготовления деталей, что оговаривают в технических требованиях.

Увеличение требований к точности изготовления де­талей машин должно быть обоснованным, так как при­водит к увеличению затрат в производстве.

Оценка точности формы и размеров обработанной де­тали существенно зависит от степени точности измере­ний. Наибольшая цена деления измерительного инстру­мента должна быть, по крайней мере, в три раза мень­ше допуска на размер. Все измерения следует произво­дить при одинаковой температуре и одинаковом давле­нии измерительного элемента на деталь.

Качество обработанной поверхности оценивается сле­дующими характеристиками: шероховатость (микрогео­метрия), упрочнение (наклеп) поверхностного слоя (глу­бина и степень), остаточные напряжения (глубина их проникновения, знак и величина),

Степень упрочнения и глубина его проникновения, величина и знак остаточных напряжений оговариваются в технических условиях на изготовление ответственных деталей машин.

46*

Чаще всего качество поверхности характеризуется ее шероховатостью, которая сравнительно легко поддается непосредственным измерениям. Шероховатостью поверх­ности называется совокупность неровностей с относи-

тельно малыми шагами, образующих рельеф поверхнос­ти детали на определенной ее длине (базовой длине).

Под волнистостью поверхности понимают совокуп­ность периодически чередующихся неровностей с отно­сительно большим шагом, превышающим принимаемую при измерении шероховатостей базовую длину. Волнис­тость занимает промежуточное положение между шеро­ховатостью и погрешностями формы (макрогеометрией) поверхности.

Критерием для разграничивания шероховатости и волнистости служит отношение шага I к высоте неров­ностей Н.

Для шероховатостей — это //#=50; для волнистос­ти ////=504-1000.

При оценке шероховатостей принимается во внима­ние не только высота и форма неровностей, но и харак­тер их расположения на обработанной поверхности.

По ГОСТ 2789—73 для количественной оценки шеро­ховатости предусмотрено шесть параметров (рис. 366).

1. Среднее арифметическое отклонение профиля R_a определяется из абсолютных значений отклоненийhот

п

средней линии: £ (Ы)](п, где п — число измерен-

/=1

ных неровностей. Средняя линия делит суммарную пло­щадь неровностей так, что сумма площадок выше и ни­же ее равны.

2. Высота неровностей профиляR_zпо десяти точ­кам—это среднее расстояние между пятью высшими и пятью низшими:

J? -.<^/'i + *a+ •■•+h_e)-(h₂ + h₄+ ... +М ^г 5

3. Наибольшая высота неровностей Rmnx.

4. Средний шаг неровностейS_m

i=i

5. Средний шаг неровностей по вершинам S =

п

i=i

6. Относительная длина профиляt_p— отношение опорной длины профиля г] к базовой длине I:

/_р = (4/0 10096, где

i=i

величина b измеряется на расстоянии р от наибольшего выступа.

По ГОСТ 2789—73 установлены 14 классов шерохова­тости, из которых 1-му классу соответствует самая шеро­ховатая (грубая) поверхность.

Классы шероховатостей можно условно разделить на четыре группы.

Первая группа (1—3-й классы)—грубые поверхнос­ти получающиеся при черновом точении, сверлении, фре­зеровании, строгании.

Вторая группа (4—6-й классы) — поверхности, полу­чаемые при получистовой обработке.

Третья группа (7—9-й классы) — чистовые поверх­ности, получаемые после отделочных операций (тонко­го точения и растачивания, развертывания, протягива­ния, шлифования, пластического деформирования).

Четвертая группа (10-14-й классы) —поверхности, обработанные доводочными инструментами (притирка,

хонингование, суперфиниширование, алмазное выгла- живание и др.).

Повышение качества обработанной поверхности. Причиной образования шероховатостей на обработанной поверхности является прежде всего сложное относитель­ное движение инструмента и заготовки, а также наличие углов в плане у режущего инструмента. В результате на обработанной поверхности остаются шероховатости, ве­личина и форма которых зависят от условий резания.

Для того чтобы с ростом подачи высота шерохова­тостей не увеличивалась, необходимо либо увеличивать радиус закругления вершины резца, либо уменьшить уг­лы резца в плане.

В практике применяют резцы с большими радиусами закругления или углами в плане, равными нулю.

При сравнительно жесткой системе станок — инстру­мент — приспособление — деталь использование таких резцов позволяет увеличивать подачу в несколько раз без существенного увеличения высоты шерохова­тостей.

Применение широких резцов с ср=0° при окончатель­ной обработке прокатных валков на Уралмашзаводе по­зволило увеличить подачу в 10—20 раз.

Обработка резанием нержавеющих, жаропрочных, износостойких сталей и сплавов вызывает большие за­труднения.

Для облегчения процесса резания в этих случаях, кроме традиционных средств улучшения обрабатывае­мости— выбора оптимального материала и геометрии режущей части инструмента, параметров режима реза­ния, применения СОЖ, используются дополнительные средства улучшения обрабатываемости.

Термическая обработка — отжиг или отпуск, снижая твердость и прочность, улучшают обрабатываемость ма­териалов.

Для улучшения обрабатываемости некоторых нержа­веющих сталей используют микролегирование сталей и сплавов редкоземельными элементами, такими как се­лен, теллур или свинец.

Обрабатываемость прочных сталей можно улучшить дополнительным подогревом зоны резания. При этом облегчается процесс пластической деформации, улучша­ются условия трения на режущих поверхностях инстру­мента.

Чаще всего используют электрические методы подо­грева: индукционный — токами высокой или промышлен­ной частоты и электроконтактный.

При электроконтактном подогреве к заготовке и ин­струменту подводят переменный ток низкого напряжения и большой силы (до 50—100 А на 1 мм длины режуще­го лезвия). Локальный подогрев металла перед режу­щим лезвием инструмента на небольшую глубину осо­бенно удобен при чистовой обработке, так как он не из­меняет свойств металла.

При предварительной черновой обработке применя­ют подогрев газовой горелкой, плазменной струей. В пос­леднем случае металл не только подогревается, но и час­тично выплавляется и выдувается из зоны резания,

Глава 2

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ