Погрешность закрепления детали

Погрешность закрепления – это погрешность, определяемая разностью предельных расстояний от измерительной базы до настроенного на размер инструмента, измеренная в направлении действия усилия закрепления Q.

Разность предельных расстояний возникает за счёт контактных деформаций поверхности заготовки в зоне контакта её с установочным элементом. То есть, на данном рисунке погрешность закрепления будет иметь место при выполнении размеров С и Е, и равна нулю при обеспечении размера В. Изменение поверхности возникает при контакте, меняются предельные размеры.

В частном случае величина деформации определяется как

y=C×Qⁿ, где

С – коэффициент, зависящий от вида контакта, материала заготовки, шероховатости и структуры его поверхностного слоя

Q – действующая сила

n – коэффициент, причём 0,3<n<0,5.

В общем случае, величина деформации рассчитывается так:

y=

где y₁=C_min(Q_maxⁿ-Q_minⁿ)

y₂=Qⁿ_max(С_maxⁿ-С_minⁿ)

Эти выражения показывают, что при обработке партии заготовок величина С может изменяться, кроме того, может изменяться и Q. Поэтому для снижения погрешности закрепления применяются быстродействующие электромеханические устройства закрепления, исключающие участие рабочего при установке.

Зная погрешность базирования, погрешность закрепления и погрешность, определяемую положением детали в приспособлении, можно определить погрешность установки

Как уже говорилось выше, погрешность базирования П_б при правильно выбранной базе (при соблюдении принципа совмещения баз) равна нулю.

П_з – погрешность закрепления

П_пр – погрешность приспособления

П_уст – погрешность установки (точность сборки, установки элементов)

П_и – погрешность, обусловленная износом (уменьшается за счет упрочнения, менее 0,015)

П_с – погрешность расположения приспособления на станке

Качество поверхности

Влияние качества поверхности
на эксплуатационные свойства изделия

Качество поверхности, прежде всего, определяется шероховатостью, геометрией и свойствами поверхностного слоя.

Геометрия:

1) волнистость – ее влияние связано с тем, что площадь контакта меньше рассчитанной, то есть удельное давление больше, больше износ; если высота неровности

2,5÷8мкм (развертывание, шлифование) – площадь контакта составляет 10%

0,8÷2,5 мкм – 40%

при притирке – 60%

при тонком шлифовании и суперфинишировании - 80÷90%

2) отклонение формы

3) шероховатость 50÷1000 (определяется методом обработки, свойствами материала заготовки, состоянием инструмента, режимами резания, применением СОЖ и др.)

4) микрошероховатость <50

5) субмикрорельеф (наличие окислов и соединений с жидкими фазами, например, СОЖ, которая распространяется в тонкой прослойке видоизмененной структуры)

Структура материала изменяется в процессе эксплуатации от долей микрометра до нескольких мкм.

1- зона резко-выраженных дефектов, с большими структурными искажениями, наблюдается раздробление зерен (зона наклепа)

2- зона пластической деформации, происходит вытягивание зерен в направлении силового воздействия

3- переходная зона

Все, что касается упрочнения или наклепа, связано с изменением характера 1-й и частично 2-й зон. Глубина и физико-механические свойства зависят от способа обработки. Например, при шлифовании возникает искажающая геометрию структурная неоднородность глубиной порядка 0,05÷0,15мм.

При лезвийной обработке на характер изменений оказывает влияние силовое и тепловое воздействия. Напряжения при этом могут быть как сжимающие, так и растягивающие. В поверхностном слое может происходить также как упрочнение, так и разупрочнение материала. Это связано с наличием деформации материала в процессе обработки. Конечное соотношение определяется соотношением тепловых и силовых явлений в зоне резания.

Качество поверхности во многом определяет надёжность и долговечность изделия. Если построить график зависимости износа от времени, то различимы следующие стадии:

1. Приработка, характеризующаяся наибольшим износом, на величину которого существенное влияние оказывает «направление» шероховатости относительно поверхности скольжения

1- направление шероховатости перпендикулярно направлению скольжения

2- у одной детали совпадает

3- у обеих деталей совпадает

Для конкретных условий работы существует оптимальная шероховатость, обеспечивающая минимальный износ.

2. Нормальная эксплуатация, где износ или не происходит, или очень мал (при длительной работе на этом участке смазка не так равномерно распределяется по поверхности материала, возникает сухое трение и соответственно выход из строя сопрягаемых деталей, ввиду этого применяют специальные меры удержания смазки – пористый хром, применение маслоудерживающих каналов)

3. Интенсивный износ, приводящий к разрушению (катастрофичный, аварийный)

На качество поверхности оказывает влияние вид материала заготовки. Так, например, введение некоторых элементов в состав материала позволяет уменьшить или увеличить шероховатость. Для её уменьшения, в сталь вводят серу или углерод. Кроме этого, на качество поверхности влияет метод её получения, режимы обработки, жёсткость технологической системы и условия обработки.

════════════════════════════════════

Сформулируем некоторые принципы при выборе параметра шероховатости:

1) Высокое качество поверхности должно быть оправдано необходимостью и условиями функционирования, то есть технически обосновано

2) прочность соединений с натягом выше у деталей, образованных шлифованием и развертыванием, чем при точении и растачивании

3) коррозия возникает и распространяется быстрее на грубо-обработанных поверхностях

4) к коррозии приводит возникновение микротрещин при наклепе, в напряженных поверхностях

Влияние режимов резания
на шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности зависит от метода обработки, режима обработки, геометрических параметров, качества поверхности, режущего инструмента, жесткости системы, применения СОЖ и т.д.

R_z – шероховатость поверхности

R_p – расчетная высота шероховатости – доля высоты параметра шероховатости, вычисленная по поперечной подаче

R_пл – доля высоты параметра шероховатости, полученная вследствие пластической деформации

R_y – доля высоты параметра шероховатости, связанная с упругим восстановлением после прохождения инструмента

R_л – доля высоты параметра шероховатости, обусловленная качеством лезвия инструмента

R_cm – доля высоты параметра шероховатости, получаемая вследствие повреждения поверхности при отхождении стружки

R_ж – доля высоты параметра шероховатости, имеющаяся вследствии недостаточной жесткости системы

Скорость резания, за исключением процесса наростообразования, на шероховатость поверхности влияния не оказывает. Таким образом, для обеспечения заданного качества поверхности при обработке вязких материалов нужно работать в скоростях, исключающих диапазон наростообразования.

Глубина резания практически не влияет на шероховатость обработанной поверхности. Исключения составляют случаи малых глубин и образования корки на поверхности металла.

Следует отметить, что при обработке заготовок с литейной коркой увеличение глубины резания приводит к повышению качества обрабатываемой поверхности, так как глубина превышает толщину корки.

Подача. В основном, именно она определяет шероховатость поверхности. При этом наиболее ярко зависимость проявляется при обработке однолезвийным инструментом (1). При обработке многолезвийным инструментом зависимость неярко выражена (2).

Влияние технологических факторов
на шероховатость поверхности

В общем случае, шероховатость поверхности определяется как след режущего инструмента

Поэтому шероховатость, а, следовательно, качество обработанной поверхности определяется геометрией режущего инструмента и качеством его режущих кромок. При этом наибольшее значение имеют углы в плане и радиус при вершине.

При обработке имеет место 2 вида шероховатости: поперечная, как след инструмента – в направлении движения подачи и продольная, как результат вибрации системы в процессе обработки – в направлении движения резания. Как правило, продольная шероховатость в 2-3 раза меньше, чем поперечная.

На шероховатость также влияет жёсткость технологической системы: чем больше податливость детали, тем больше шероховатость. Шероховатость во многом определяет эксплуатационные свойства изделия. Особенно проявляется её влияние при обеспечении жёсткости стыков, работе в условиях смазки и т.д.

Непараметрический подход к оценке и контролю микрогеометрической поверхности детали:

1) в качестве критериев используются графические изображения, функции, плотности распределений, углы наклона профилей либо сами профили или микротопографии поверхностей

2) нормированию подлежат конкретные функциональные связи, их представляют как значения шероховатости в виде стандартных номеров

3) при экспериментальном определении наилучшего микрорельефа для конкретного функционального свойства фиксируют технологию их получения

4) контроль микрогеометрии серийной продукции проводится наложением графического изображения функции контролиоруемой поверхности на эталонное изображение этой функции, профиля или микротопографии

Величина поля допуска меняется в зависимости от требований.

Если графическое изображение функции контролируемой поверхности не выходит за пределы поля допуска, значит его микрорельеф близок к оптимальному (эталонному). Современные программные средства позволяют в автоматическом режиме сравнивать и устанавливать степень различия не только сравниваемых графических изображений функций, но и самих профилей и даже микротопографий поверхностей. Непараметрический метод оценки и контроля микрогеометрии не только позволяет сравнительно просто решать задачи ее оптимизации для любого конкретного функционального свойства, но и более достоверно исследовать и устанавливать закономерности влияния микрогеометрии на эти свойства, и, что не менее важно, закономерности влияния различных факторов на формирование и изменение самой микрогеометрии. Достаточно сказать, что благодаря использованию непараметрических критериев оценки микрогеометрии поверхностей трения, удалось установить непрерывный, циклический характер ее изменения, вопреки укоренившемуся мнению о так называемой «равновесной», стабильной и независимой от исходного состояния микрогеометрии в парах трения-скольжения. Уже несколько десятилетий практически во всех странах мира стандартизованы методы оценки микрогеометрии поверхности по ее профилю. Профили поверхностей получают с помощью приборов так называемого «ощупывающего» типа, схема работы которых представлена на рисунке. Как видно из рисунка, тонко заостренная алмазная игла датчика «протаскивается» по поверхности, повторяя ее выступы и впадины.

Таким образом, мы получаем профиль поверхности, по которому судим о ее микрогеометрии. Из-за метрологических проблем отклонения реальной поверхности от идеальной приходиться искусственно делить на три категории: отклонения формы, волнистость и шероховатость. При измерении и контроле шероховатости длина ощупывания (профиля), в основном существенно меньше размеров всей поверхности, поэтому отклонения формы на коротких участках компенсируются установкой контролируемого участка поверхности в «горизонт» и фактически фиксируются шероховатостью на фоне волнистости.