Факторы, влияющие на качество поверхности обработанных деталей

 

 

 

 

                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         Исследовательская работа

                                        на тему:

«Факторы, влияющие на качество поверхности   обработанных   деталей».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             

Введение

Современное развитие промышленного производства требует создания новых материалов, механизмов, станков и оборудования, обладающих повышенными эксплуатационными свойствами.

Качество обработанной поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей машин и приборов и обусловливается свойствами металла и методами обработки: механической, электрофизической, электрохимической, термической и т. д.Высота, форма, характер расположения и направление неровностей поверхностей обрабатываемых заготовок зависят от ряда причин: режима обработки, условий охлаждения и смазки режущего инструмента, химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала, конструкции, геометрии и режущей способности инструмента, типа и состояния оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.

Начало научного исследования качества обработанной поверхности положено профессором В. Л. Чернышевым, при содействии которого в 1893 г. на Тульском оружейном заводе проводились измерения размеров и шероховатости обработанных поверхностей. В то же время профессор К. А. Зворыкин изложил оригинальную теорию процесса резания, впервые применил гидравлический динамометр для определения сил резания. В 1912 г. Я- Г. Усачев более подробно исследовал явления, происходящие при резании металлов. Его особой заслугой является применение металлографии для исследования процессов резания и разработка метода определения температуры рабочей части резца с помощью термопары.

В настоящее время  советские ученые и инженеры разработали и внедрили в производство процессы резания с большими скоростями и подачами, усовершенствованные конструкции режущего инструмента, обеспечивающие производительность и точность обработки деталей с высокой эффективностью.

Важную роль в развитии теории резания металлов играет тесная связь с производством. Часто открытие или изобретение, сделанное рабочим, получает теоретическое обоснование, дальнейшее развитие и широкое распространение в промышленности.

 

 

 

1.Краткий  литературный обзор.

  1.1. Шероховатость обработанных поверхностей.

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности деталей и оказывает влияние на эксплуатационные показатели. В условиях эксплуатации машины или прибора, внешним воздействиям, в первую очередь, подвергаются поверхности их деталей. Износ трущихся поверхностей, зарождение трещин усталости, смятие, коррозионное и эрозионное разрушения, разрушение в результате кавитации и др. -- это процессы, протекающие на поверхности деталей и в некотором прилегающем к поверхности слое. Естественно, что придание поверхностям деталей специальных свойств, способствует существенному повышению показателей качества машин в целом и в первую очередь показателей надежности. Качество поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей машин и приборов и обусловливается свойствами металла и методами обработки: механической, электрофизической, электрохимической, термической и т. д. В процессе механической обработки (резание лезвийным инструментом, шлифование, полирование и др.) поверхностный слой деформируется под действием нагрузок и температуры, а также загрязняется примесями (частицы абразива, кислород) и другими инородными включениями. Геометрические характеристики качества поверхности показаны в порядке уменьшения их абсолютных величин: отклонения формы (макрогеометрия); волнистость; шероховатость (микрогеометрия); субмикрошероховатость. В отдельных случаях волнистость может быть больше погрешности формы, а шероховатость больше волнистости. Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и погрешностями формы поверхности. Критерием для их разграничения служит отношение шага S к высоте неровностей R.

Волнистость поверхности – это такая совокупность периодически чередующихся возвышенностей и впадин, у которых расстояние между смежными возвышенностями или впадинами превышает базовую длину. Взаимосвязь параметров качества поверхности деталей и их эксплуатационных свойств является одним из основных направлений исследований в области машино- и приборостроения.

В настоящее время  достаточно изучены вопросы связей качества обработанной поверхности с эксплуатационными показателями деталей и узлов машин и приборов (трение и износ при скольжении и качении, жидкостное трение контактная жесткость, прочность прессовых соединений, отражательная способность, износостойкость при переменных нагрузках, коррозионная стойкость и качество лакокрасочных покрытий, точность измерений, соотношение между допусками размера и шероховатостью поверхности и т. д.)

Трение и износ деталей  в значительной степени связаны  с макронеровностями, волнистостью, микронеровностями, а также с направлением штрихов (следов) обработки. При взаимном перемещении контактирующих плоских  или цилиндрических поверхностей, имеющих микронеровности (шероховатость), в первоначальный момент происходит срез, отламывание и пластический сдвиг вершин неровностей, так как их контакт происходит по вершинам неровностей. Сначала сравнительно быстро за период времени происходит начальное изнашивание (приработка). При правильном режиме смазывания изнашивание протекает медленно , что обусловлено образованием равновесной шероховатости. Этот период времени определяет срок службы детали. .

1.2. Шероховатость поверхности и её влияние на износостойкость.

        Шероховатость и волнистость поверхности взаимосвязаны между собой. Волнистость является элементарным отклонением поверхности любой формы. Высота неровностей волнистости и высота шероховатости примерно одинаковы, отношение же шагов к высоте различны. Волнистость -- совокупность периодически повторяющихся неровностей на поверхности, которые образуются прежде всего в связи с колебаниями или относительными колебательными движениями в системе станок--инструмент--изделие.                                                                                Волнистость определяется на нормальном сечении поверхности, причем шероховатость и другие отклонения формы исключаются. К волнистости, как правило. относятся периодические неровности, у которых отношение шага к высоте больше 40. У изделий с круглым сечением к волнистости относятся отклонения в радиальном сечении, у которых шаг меньше 1/15 окружности.

1.3. Шероховатость, как геометрическое состояние поверхности.

Прочность деталей также  зависит от шероховатости поверхности. Разрушение детали, особенно при переменных нагрузках, в большей степени объясняется концентрацией напряжений, вследствие наличия неровностей. Чем меньше шероховатость, тем меньше возможность возникновения поверхностных трещин от усталости металла. Отделочная обработка деталей (доводка, полирование и т. п.) обеспечивает значительное повышение предела их усталостной прочности.

Уменьшение  шероховатости поверхности значительно  улучшает антикоррозионную стойкость  деталей. Это имеет особенно важное значение в том случае, когда для  поверхностей не могут быть использованы защитные покрытия (поверхности цилиндров двигателей и др.).

Надлежащее  качество поверхности играет немаловажную роль и в сопряжениях, отвечающих условиям плотности, герметичности, теплопроводности. С понижением шероховатости поверхностей улучшайся их способность к отражению электромагнитных, ультразвуковых и световых волн; уменьшаются потери электромагнитной энергии в волноводных трактах, резонирующих системах, уменьшается емкость электродов; в электровакуумных приборах уменьшается газопоглощеиие и газовыделение, облегчается очистка деталей от адсорбированных газов, паров и пыли.

Важной  геометрической характеристикой качества поверхности является направленность штрихов -- следов механической и других видов обработки . Она влияет на износостойкость поверхности, определенность посадок, прочность прессовых соединений. В ответственных случаях конструктор должен оговаривать направленность следов обработки на поверхности детали. Это может оказаться необходимым, например, в связи с направлением относительного скольжения сопряженных деталей или с направлением движения по детали струи жидкости или газа. Изнашивание уменьшается и достигает минимума при совпадении направления скольжения с направлением неровностей обеих деталей .

Высокой точности всегда отвечают малые шероховатости и волнистость поверхности. Это определяется не только условиями работы сопряженных деталей, но и необходимостью получения надежных результатов измерения в производстве. Уменьшение шероховатости поверхности вносит большую определенность в характер сопряжения, так как размер зазора (или натяга), полученный в результате контроля деталей, отличается от размера эффективного зазора или натяга, имеющего место в эксплуатации или при сборке. Эффективный натяг при сборке уменьшается, а зазор в процессе работы механизма увеличивается, причем тем больше и быстрее, чем более грубо обработаны сопрягаемые поверхности.

Малую шероховатость поверхности бывает необходимо использовать и для придания красивого внешнего вида детали или  удобства содержания поверхностей в чистоте и т. п.

Требования  к шероховатости поверхности  должны устанавливаться исходя из функционального  назначения поверхности для обеспечения  заданного качества изделий. Если в  этом нет необходимости, то требования к шероховатости поверхности  не устанавливаются и шероховатость этой поверхности контролироваться не должна. Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности (раковины и пр.), поэтому при контроле шероховатости поверхности влияние дефектов поверхности должно быть исключено. В некоторых случаях допускается устанавливать требования к шероховатости отдельных участков одной поверхности, которые могут быть различными.

ГОСТ 2789--73* устанавливает требования к  шероховатости поверхности независимо от способа ее получения или обработки. Это дает возможность применять требования стандарта к поверхностям, обработанным резанием и другими методами, например литьем, прессованием, электрофизическими и электрохимическими методами и т. д.

1.4..Параметры для нормирования шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям  профиля (чаще поперечного), получаемого  путем сечения реальной поверхности  плоскостью (чаще всего в нормальном сечении). Для отделения шероховатости  поверхности от других неровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волнистости) ее рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной l . Базой для отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля т.

Параметры Ra, Rz представляют собой среднюю высоту неровностей профиля (Ra -- всех неровностей; Rz -- наибольших неровностей), параметр Rmax -- полную высоту профиля

Параметры S и Sm характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей (максимумов) профиля и точек пересечения профиля со средней линией (нулей профиля).

Параметр tр содержит наибольшую информацию о высотных свойствах профиля (он комплексно характеризует высоту и  форму неровностей профиля), так  как она аналогична функции распределения. В продольном направлении tp позволяет судить о фактической площади контакта при контактировании шероховатых поверхностей на заданном уровне сечения р.

При необходимости конструктором устанавливается  также способ или последовательность способов получения (обработки) поверхности, если они являются единственными для обеспечения ее заданного качества.

При назначении параметров шероховатости  поверхностей следует проверить  возможность их достижения в связи  с рациональными методами обработки  детали. Как правило, следует применять наибольшую шероховатость, допускаемую конструктивными требованиями. В противном случае может значительно увеличиться стоимость обработки, что может быть компенсировано лишь повышением качества изделия. В некоторых же случаях повышение требований к шероховатости может оказаться не только не рентабельным, но и недопустимым. Например, при слишком гладких сопрягаемых поверхностях может возникнуть явление "схватывания", При котором частицы металла отрываются от поверхностного слоя трущихся поверхностей. Для таких поверхностей следует нормировать оптимальную исходную шероховатость, которая должна быть близкой к получающейся в процессе приработки

Требования  к шероховатости поверхности  должны устанавливаться путем указания: 1) параметра шероховатости (одного или нескольких); 2) числовых значений выбранных параметров; 3) базовых длин, на которых происходит определение указанных параметров.

На  практике применяются три варианта указания числовых значений параметра (параметров) шероховатости: 1) наибольшим значением; 2) диапазоном значений; 3) номинальным значением.

Наиболее  распространенным применительно к  деталям машин является вариант, когда указано числовое значение параметра, соответствующее наиболее грубой допускаемой шероховатости, т. е. наибольшему предельному значению для параметров R_a, R_z, R_max, S_m, S и наименьшему предельному значению параметра tp.

В отдельных случаях, когда для  правильного функционирования недопустима  и слишком гладкая поверхность, применяется второй вариант, при  котором указан Диапазон значений параметра; наибольший и наименьший предельные значения.

Третий  вариант применяется реже, в основном для образцов сравнения шероховатости  поверхности или для образцовых деталей, служащих для этих же целей. При этом варианте указывается номинальное значение параметра с допустимыми предельными отклонениями от него (%). Установление требований к шероховатости поверхности указанием номинальных значений параметра обеспечивает наиболее строгий метрологический контроль.

 

2.Эксперементальная  часть.

 

2.1. Цели  и задачи  исследовательской работы:

 

Цель:

Выявить  факторы, которые  оказывают влияние  на качество обработки  поверхности при  обработке металлов резанием.

 

 

Задачи  :

       1).Изучить показатели качества обработанной поверхности.

  2).Определить направления работы по выявлению факторов, влияющих на качество обработанных деталей.

  3).Исследовать зависимость качества поверхности от условий обработки, от материала заготовок и вида получения заготовки.

 

2.1. Методы достижения заданного качества  обработанной поверхности на металлорежущих станках:

 

 

 

 

а) обработка по разметке или с использованием пробных  проходов путем последовательного  приближения к заданной форме и размерам; после каждого прохода инструмента производится контроль полученных размеров, после чего решают какой припуск необходимо снять; точность в этом случае зависит от квалификации рабочего, например токаря или фрезеровщика; 
б) обработка методом автоматического получения размеров, когда инструмент предварительно настраивается на нужный размер, а затем обрабатывает заготовки в неизменном положении; в этом случае точность зависит от квалификации наладчика и способа настройки; 
в) автоматическая обработка на копировальных станках и станках с программным управлением, в которых точность зависит от точности действия системы управления.