Шероховатость поверхностей после различных видов обработки. Шероховатость поверхности после механической обработки

На шероховатость поверхности, обработанной резанием, оказывает влияние большое число факторов, связанных с условиями изготовления заготовки. В частности, высота и форма неровностей, а также характер расположения и направление обработочных рисок зависят от принятого вида и режима обработки; условий охлаждения и смазки инструмента; химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала; конструкции, геометрии и стойкости режущего инструмента; типа и состояния используемого оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.

Все многообразные факторы, обусловливающие шероховатость обработанной поверхности, можно объединить в три основные группы: причины, связанные с геометрией процесса резания; пластической и упругой деформациями обрабатываемого материала и возникновением вибраций режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

Процесс возникновения неровностей вследствие геометрических причин принято трактовать как копирование на обрабатываемой поверхности траектории движения и формы режущих лезвий. С геометрической точки зрения величина, форма и взаимное расположение неровностей (направление обработочных рисок) определяются формой и состоянием режущих лезвий и теми элементами режима резания, которые влияют на изменение траектории движения режущих лезвий относительно обрабатываемой поверхности. В различных условиях обработки пластические и упругие деформации обрабатываемого материала и вибрация искажают геометрически правильную форму неровностей, нарушают их закономерное распределение на поверхности и в значительной степени увеличивают их высоту. В ряде случаев пластические деформаций и вибрации вызывают появление продольной шероховатости, достигающей значительных размеров, и увеличение поперечной шероховатости.

Преобладающее влияние на формирование шероховатости поверхности оказывает (как правило) одна из трех указанных групп причин, которая и определяет характер и величину шероховатости. Однако в отдельных случаях шероховатость возникает в результате одновременного и почти равнозначного воздействия всех указанных причин и вследствие этого не имеет четко выраженных закономерностей.

Геометрические причины образования шероховатости

За один оборот заготовки резец перемещается на величину подачи S1 (мм/об) и переходит из положения 2 в положение 1 (рис. 1, а). При этом на обработанной поверхности остается некоторая часть металла, не снятая резцом и образующая остаточный гребешок m. Совершенно очевидно, что величина и форма неровностей поверхности, состоящих из остаточных гребешков, определяются подачей S1 и формой режущего инструмента.

Например, при уменьшении подачи до значения S2 высота Rz неровностей снижается до Rz (рис. 1, б). Изменение углов φ и φ1 в плане оказывает влияние не только на высоту, но и на форму неровностей поверхности (рис. 1, в).

При использовании резцов с закругленной вершиной достаточно большого радиуса r1 форма неровностей становится соответственно также закругленной (рис. 1, г). При этом увеличение радиуса закругления вершины резца до r2 приводит к уменьшению высоты Rz шероховатости (рис. 1, д).

Рис. 1. Геометрическике причины образования шероховатости при точении

Формула расчета подачи учитывающая геометрические причины образования шероховатости:

S o =0,14 x √(Ra x r) ,

Где S o - подача на оборот; Ra - шероховатость, мкм; r - радиус при вершине инструмента, мм.

При изготовлении режущего инструмента и при его затуплении на режущем лезвии инструмента образуются неровности и зазубрины, определенным образом увеличивающие шероховатость обрабатываемой поверхности. Влияние неровностей лезвия инструмента на шероховатость обработанной поверхности особенно существенно при тонком точении с малыми подачами, когда неровности лезвия соизмеримы с величиной Rz. В отдельных случаях полного копирования профиля зазубрин лезвия на обрабатываемую поверхность может и не произойти, так как пластически деформированный металл стружки и обрабатываемой поверхности иногда затекает в зазубрины режущей кромки, частично затормаживаясь в их плоскости, и делает их как бы более мелкими. В результате этого рост высоты шероховатости обработанной поверхности в некоторых случаях отстает от увеличения глубины зазубрин режущего лезвия. Однако и в этих случаях влияние зазубрин лезвия на шероховатость обрабатываемой поверхности может быть значительным.

По имеющимся практическим данным при затуплении режущего инструмента и появлении на нем зазубрин шероховатость обработанной поверхности возрастает при точении - на 50-60%, фрезеровании цилиндрическими фрезами - на 100-115 %, фрезеровании торцовыми фрезами - на 35-45%, сверлении - на 30-40% и развертывании - на 20-30%. Указанное увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности при затуплении режущего инструмента связано не только с геометрическим влиянием зазубрин, возникающих на режущем лезвии, но и с возрастанием радиуса округления лезвия. Увеличение радиуса округления лезвия повышает степень пластической деформации металла поверхностного слоя, что приводит к росту шероховатости поверхности. Для устранения влияния зазубрин и притупления режущего лезвия рекомендуются тщательная (желательно алмазная) доводка инструментов и своевременная их переточка.

Приведенные выше сведения о геометрических причинах возникновения неровностей при точении дают основание сделать следующие выводы.
1. Увеличение главного φ и вспомогательного φ 1 углов резца в плане приводит к росту высоты неровностей. При чистовой обточке целесообразно пользоваться проходными резцами с малыми значениями углов φ и φ 1, не следует без особой необходимости применять подрезные резцы.
2. Возрастание радиуса закругления вершины резца снижает высоту шероховатости поверхности.
3. Понижение шероховатости режущих поверхностей инструмента посредством тщательной (желательно алмазной) доводки устраняет влияние неровностей режущего лезвия на обрабатываемую поверхность. Наряду с уменьшением шероховатости обрабатываемой поверхности доводка заметно повышает стойкость режущего инструмента, а следовательно, и экономичность его использования.

Пластические и упругие деформации металла поверхностного слоя

При обработке резанием пластичных материалов металл поверхностного слоя претерпевает пластическую деформацию, в результате которой значительно изменяются размеры и форма неровностей обработанной поверхности (обычно шероховатость при этом увеличивается).

При обработке хрупких металлов наблюдается вырывание отдельных частиц металла, что также ведет к увеличению высоты и изменению формы неровностей.

Скорость резания является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на развитие пластических деформаций при точении.

Шероховатость обработанной поверхности в значительной степени связана с процессами образования стружки и в первую очередь с явлениями нароста . В зоне малых скоростей (v = 2÷5 м/мин), при которых нарост не образуется, размеры неровностей обработанной поверхности незначительны.

С увеличением скорости размеры неровностей поверхности возрастают, достигая при 20-40 м/мин своего наивысшего значения, многократно превосходящего расчетную величину.

Дальнейшее повышение скорости резания уменьшает нарост и понижает высоту шероховатости обработанной поверхности.

В зоне скоростей (v > 70 м/мин), при которых нарост не образуется, шероховатость поверхности оказывается минимальной. В этом случае дальнейшее увеличение скорости резания лишь незначительно снижает высоту шероховатости поверхности.

При высокой скорости резания глубина пластически деформированного поверхностного слоя незначительна и размеры шероховатости приближаются к расчетным.

В случае обработки хрупких материалов (например, чугуна) наряду со срезом отдельных частиц металла происходят их сдвиг и беспорядочное хрупкое откалывание от основной массы металла, увеличивающее шероховатость поверхности. Повышение скорости резания уменьшает откалывание частиц, и обрабатываемая поверхность становится более гладкой.

При чистовой обработке металлов, когда состояние и точность обработанной поверхности имеют решающее значение, совершенно естественно стремление вести обработку в зоне скоростей, при которых нароста на инструменты не образуется, а шероховатость поверхности получается наименьшей.

Подача - второй элемент режима резания, оказывающий большое влияние на шероховатость, что связано не только с указанными выше геометрическими причинами, но и в значительной степени обусловлено пластическими и упругими деформациями в поверхностном слое.

Резание металлов осуществляется инструментом, лезвие которого всегда имеет некоторый радиус округления ρ. При внедрении резца в обрабатываемый материал происходит отделение стружки по плоскости скалывания А-А (рис. 2). При этом часть металла, лежащего ниже точки В, не срезается, а подминается округленной частью резца, подвергаясь упругой и пластической деформации.

Рис. 2. Схема отделения стружки резцом

После прохождения резца несрезанный слой металла частично упруго восстанавливается, вызывая трение по задней поверхности резца. Разница степени упругого восстановления металла выступов и впадин неровностей обычно увеличивает высоту шероховатости.

Наименьшая толщина t min срезаемого слоя (при превышении t min происходит резание, а при снижении - только пластическое и упругое смятие металла округленной поверхностью лезвия инструмента) зависит от радиуса округления режущего лезвия, свойств обрабатываемого материала и скорости резания (при сокращении радиуса округления р и увеличении скорости резания t min уменьшается).

Неровности поверхности в этом случае образуются не столько под влиянием геометрических причин, сколько в результате упругих и пластических деформаций, скорости резания и радиуса округления режущего лезвия резца. В связи с этим для обеспечения наименьшей шероховатости обработанной поверхности и высокой производительности чистовое точение углеродистых конструкционных сталей следует проводить при s = 0,05÷0,12 мм/об.

При точении цветных сплавов хорошо доведенными или алмазными резцами t min уменьшается, поэтому для снижения высоты шероховатости может оказаться полезным уменьшение подачи до 0,01-0,02 мм/об.

Наблюдениями многочисленных исследователей установлено, что при обычном точении влияние глубины резания на шероховатость ничтожно и практически может не приниматься во внимание. При уменьшении глубины резания до 0,02 мм (вследствие наличия на режущей кромке резца округления) нормальное резание прекращается и резец, отжимаясь от изделия, начинает скользить по обрабатываемой поверхности, периодически врезаясь в нее и вырывая отдельные участки. Поэтому глубину резания при работе обычными резцами не следует брать слишком малой.

При глубине резания меньше подачи глубина оказывает геометрическое влияние на высоту шероховатости. В этом случае уменьшение глубины резания снижает высоту шероховатости.

Обрабатываемый материал и его структура оказывает существенное влияние на характер и высоту неровностей обработанной поверхности. Более вязкие и пластичные материалы (например, малоуглеродистая сталь), склонные к пластическим деформациям* дают при их обработке резанием грубые и шероховатые поверхности.

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей, предотвращающих схватывание, уменьшающих трение и облегчающих процесс стружкообразования, способствует снижению высоты неровностей поверхности.

Вибрации режущего инструмента, станка и заготовки

В процессе резания возникают вынужденные колебания системы станок-заготовка-инструмент, вызываемые действием внешних сил, и автоколебания системы, появление которых связано с периодическим упрочнением (наклепом) срезаемого слоя металла и изменением условий трения или резания. Вынужденные колебания системы обусловливаются дефектами отдельных механизмов станка (неточностью зубчатых передач, плохой балансировкой вращающихся частей, неудовлетворительной сшивкой ремня, чрезмерными зазорами в подшипниках и др.), являющимися причиной неравномерности его движения.

Вибрация лезвия режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности являются дополнительным источником увеличения шероховатости обработанной поверхности. Очевидно, что высота шероховатости поверхности будет тем значительнее, чем больше удвоенная амплитуда колебания лезвия инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

Большое влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывает состояние станка. Новые и хорошо отрегулированные станки, установленные на массивных фундаментах или на виброопорах, хорошо изолированные от вибраций другого оборудования, обеспечивает минимальную шероховатость.

Очень важным является создание достаточно высокой жесткости приспособлений для крепления заготовок и вспомогательных инструментов для установки режущего инструмента. Например, в случае обработки заготовок на револьверном станке из прутка с закреплением последнего в трехкулачковом самоцентрирующем патроне высота шероховатости обработанной поверхности на 30-40 % выше, чем при зажатии прутка в нормальном цанговом патроне, имеющем большую поверхность соприкосновения с заготовкой и создающем поэтому большую ее устойчивость.

Особенно сказываются вибрации технологической системы на шероховатость обработанной поверхности при тонком растачивании на алмазно-расточных станках. Неравномерность припуска, снимаемого при тонком растачивании, обусловливающая колебание сил резания, также может являться причиной вибрации технологической системы, увеличивающих шероховатость обработанной поверхности.

Формирование шероховатости поверхности при различных видах механической обработки (фрезеровании, сверлении, шлифовании, доводке и др.) подчиняется в общем тем же закономерностям, что и при точении. Характер этих закономерностей видоизменяется в зависимости от изменения соотношения влияния геометрических причин, пластических деформаций и вибраций, связанных с особенностями отдельных видов механической обработки.

Наше предприятие вот уже почти четверть века предоставляет в Санкт-Петербурге разнообразные услуги по , в том числе шлифовку валов и других деталей, изготавливая их по чертежам Заказчика или образцам. С нашими возможностями в шлифовании валов и иных деталей Вы можете ознакомиться . Просто, по электронной почте или факсу!

Основные параметры шероховатости

Под шероховатостью поверхности детали понимают числовое отображение величины микронеровностей поверхности в микронах, показывающее отклонение от идеальной поверхности.

В основном используются 2 параметра шероховатости поверхности:

• R a . Среднеарифметическое отклонение профиля.
• R z . Высота неровностей профиля по 10 экстремальным точкам.

Приблизительное соотношение этих параметров Вы можете увидеть в этой таблице:

В этой же таблице Вы можете увидеть приблизительное соотношение используемых сейчас параметров шероховатости с использовавшимися ранее показателями класса шероховатости и группы чистоты («треугольники»).

На практике, как правило, грубую обработку обозначают параметром R z 320-20, более тонкую – R a 2,5-0,025 (еще более тонкую тоже принято обозначать параметром R z 0,1-0,025).

Значения шероховатостей для обозначения на чертежах выбирают из стандартизованного ряда:

Выбор значения шероховатости довольно тесно связан с точностью изготавливаемого изделия — его , а так же с особенностями с сопряженной деталью.

Обозначение шероховатости при шлифовке валов etc

Обозначение шероховатости при шлифовании валов и иных деталей многократно изменялось:

С 2012 года указание «R a » под знаком шероховатости обязательно. Ранее, если, например, при шлифовке вала , мы видели над знаком шероховатости только число 0,32, по умолчанию предполагалось, что это обозначение разумеет под собой R a 0,32.

Знаком а обозначают шероховатость, метод получения которой конструктор не определяет. Знаком б обозначают поверхности, которые необходимо обработать со снятием слоя металла (фрезерованием, шлифовкой и т.п.). Поверхности, обозначаемые знаком в, получаются без снятия слоя металла (ковкой, литьем и т.д.).

Таким знаком обозначают шероховатость одинаково обрабатываемых поверхностей, составляющих замкнутый контур (например, все грани параллелепипеда).

Поверхности с необозначенной шероховатостью должны быть выполнены с шероховатостью, обозначаемой в правом верхнем углу чертежа.

Достижимые параметры шероховатости при шлифовании валов

При предварительной шлифовке валов и иных деталей, обычно, достигают параметров шероховатости R a 2,5-1,25.

При чистовом шлифовании валов достигаются параметры R a 0,63-0,16.

пескоструйная обработка * - обработка (преимущественно очистка) фасадов зданий, металлических поверхностей перед окрашиванием и т.д. Для пескоструйной обработки применяются пескоструйные аппараты, действие которых основано на подаче струи сжатого воздуха со взвещанными в нём частицами песка на обрабатываемую поверхность. В литейном производстве пескоструйная обработка запрещена (может вызвать силикоз) и заменена дробемётной или дробеструйной обработкой

ковка * - один из способов обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает многократное прерывистое ударное воздействие на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры.

Различают ковку в штампах (массовое и крупносерийное производство) и свободную ковку.

При ковке используют кузнечный инструмент.

Основные операции ковки: осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка.

ковка **

Горячая ковка - ковка с нагревом заготовки для увеличения пластичности.

Машинная ковка - ковка с использованием энергии подвижных частей молота или жидкости высокого давления гидравлического пресса.

Ручная ковка - ковка с использованием энергии мышц человека.

* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.

**Захаров Б.В., Киреев В.С., Юдин Д.Л. Толковый словарь по машиностроению. Основные термины. - Под ред. А.М. Дальского. - М.: Рус.яз., 1987. - 304с

пиление (распиливание, отпиливание) - разрезка различных материалов с помощью пил.

пила * - ручной или станочный многолезвийный режущий инструмент для деления (распиливания) древесины, металла и других материалов.

В деревообработке используют пилы: ручные (двуручные) со свободным полотном для распиливания бревен, брусьев и толстых досок; лучковые с натянутым полотном для продольного поперечного и криволинейного (фигурного) распиливания пиломатериалов; ножовки со свободным полотном для разнообразных работ (при небольших размерах обработки); механизированные (дисковые и цепные электропилы, бензомоторные цепные); станочные (полосовые, ленточные, дисковые, цилиндрические, и др.)

Для резки металлических труб, сортового проката, отрезки прибылей вырезки заготовок из листа служат пилы: дисковые, в том числе пилы трения и абразивные - резание вращающимся диском, ножовочные - резание ножовочным полотном, ленточные - резание бесконечной (замкнутой) гибкой стальной лентой с зубьями. Применяются ручные пилы и с приводом от отрезных, ножовочных и др. станков.

* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.

сверление * образование снятием стружки сквозного или глухого цилиндрического отверстия в сплошном материале с помощью сверла, совершающего обычно вращательное и поступательное движение относительно сваей оси.

Из-за сравнительно невысокой точности сверление часто бывает подготовительной операцией для последующего растачивания, зенкерования, развертывания, протягивания. Сверление также подготовительная операция для нарезания внутренних резьбы.

Сверление осуществляется на сверлильных, расточных, токарных и др. станках, а также ручными сверлильными машинами.

* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил

зенкерование * - обработка предварительно полученных отверстий с целью повышения их точности. Зенкерование обычно обеспечивает точность в пределах 10-12 квалитетов и шероховатость поверхности R a =1,23...6,3 мкм. Осуществляется зенкером на сверлильных, вертикально-фрезерных и револьверных станках

* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.

Развертывание * - чистовая обработка цилиндрических и конических отверстий диаметром до 100 мм при помощи металлорежущего инструмента - развертка. Развертывание обычно обеспечивает точность отверстия по квалитетам 7-9 с шероховатостью поверхности R z =0,63...0,32 мкм. Развертывание характеризуется съемом малых припусков (несколько десятков мкм) и упрочнением тонкого поверхностного слоя.

Развертывание **, одна из разновидностей обработки отверстий резанием (после сверления и зенкерования) многолезвийным режущим инструментом - развёрткой. В результате чернового Р. снимается припуск на обработку не более 0,5 мм на диаметр, обеспечиваются шероховатость поверхности 7-го класса, точность 3-го класса. При чистовом Р. снимается припуск не более 0,2 мм ; шероховатость - до 9-го класса, точность - до 2-го.

* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.

протягивание * - способ обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием внутренних и наружных поверхностей заготовок на протяжных станках. При протяжке применяют многолезвийный режущий инструмент - протяжку. Протяжкой получают шпоночные канавки в сквозных отверстиях различного сечения, прорези и т.п. Производительность протяжки в несколько раз больше строгания, долбления и фрезерования.

протягивание **, процесс обработки металлов резанием на протяжных станках многолезвийным режущим инструментом - протяжкой. Применение П. целесообразно при обработке больших партий деталей, т. е. в крупносерийном и массовом производстве (ввиду сложности изготовления и высокой стоимости протяжек).

В зависимости от порядка срезания припуска при П. различают следующие виды резания: а) профильное, при котором все режущие зубья протяжки снимают припуск, но не участвуют в окончательном формировании поверхности, последний же зуб придаёт ей окончательную форму; б) генераторное, при котором каждый режущий зуб протяжки, срезая припуск, одновременно участвует в построении поверхности; в) прогрессивно-групповое, применяемое при снятии относительно больших припусков, когда все зубья, распределённые по группам (2-3 зуба), снимают слой металла не сразу по всей ширине, а частями.

Существуют свободный и координатный методы П. При свободном методе протяжка обеспечивает получение только размеров и формы поверхности; при координатном, - кроме того, точное расположение обработанной поверхности относительно базовой.

Припуск под П. составляет для отверстий в поковках и отливках 2-6 мм ; для отверстий, полученных сверлением, зенкерованием или растачиванием, 0,2-0,5 мм. Скорость резания при П. сравнительно низка (2-15 м/мин ), однако производительность П. высока, т.к. велика суммарная длина одновременно работающих режущих кромок. Точность обработки при П. - 3-2-й класс; шероховатость обработанной поверхности - 7-9-й класс. Особенность процесса резания при П. - постоянное накопление стружки во впадинах перед каждым зубом. Для лучшего размещения стружки и предотвращения заклинивания протяжки зубья часто снабжаются стружколомающими канавками.

Лит.: Вульф А. М., Резание металлов, 2 изд., Л., 1973.

Н. А. Щемелев.

* Политехнический словарь /Редкол.: А.Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с. с ил.

точение *, токарная обработка - обработка резанием при помощи резцов наружных (обтачивание) и внутренних (растачивание) поверхностей тел вращения (цилиндрических, конических и фасонных), а также спиральных и винтовых поверхностей. Характеризуется вращательным движением заготовки (главное движение) и поступательным движением режущего инструмента (движение подачи).

Шерохотоватость поверхности – это показатели, которые обозначают определенное количество данных характеризующих состояние неровностей поверхности измеряемых сверхмалыми отрезками при базовой величине длины. Совокупность показателей, обозначающих возможную ориентацию направлений неровностей поверхностей с определенными значениями и их характеристикой, задается в нормативных документах ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82, ГОСТ 2.309-73. Совокупность требований указанных в нормативных документах распространяется на изделия, изготовленные с использованием различных материалов, технологий и методов обработки, за исключением имеющихся дефектов.

Высокое качество обработки деталей позволяет значительно снизить износ поверхностей, возникновение очагов коррозии, тем самым повышая точность сборки механизмов их надежность при длительной эксплуатации.

Основные обозначения

Шероховатость исследуемой поверхности измеряются на допустимо небольших площадях, в связи с чем базовые линии выбирают, учитывая параметр снижения влияния волнообразного состояния поверхности на изменение высотных параметров.

Неровности на большинстве поверхностей возникают по причине образующихся деформаций верхнего слоя материала при осуществляемой обработке с использованием различных технологий. Очертания профиля получают при проведении обследования с помощью алмазной иглы, а отпечаток фиксируется на профилограмме. Основные параметры, характеризующие шероховатость поверхности имеют определенное буквенное обозначение, используемое в документации, чертежах и получаемые при проведении измерений деталей(Rz, Ra, Rmax, Sm, Si, Tp).

Для измерения неровности поверхности используют несколько определяющих параметров:

Также используются шаговые параметры Sm и Si и опорная длина исследуемого профиля tp. Данные параметры указываются при необходимости учитывать условия эксплуатации деталей. В большинстве случаев для измерений используется универсальный показатель Ra, который дает наиболее полную характеристику с учетом всех точек профиля. Значение средней высоты Rz применяется при возникновении затруднений связанных с определением Ra с использованием приборов. Подобные характеристики оказывают влияние на сопротивление и виброустойчивость, а также электропроводимость материалов.

Значения определений Ra и Rz указаны в специальных таблицах и при необходимости могут использоваться при проведении необходимых расчетов. Обычно определитель Ra обозначается без числового символа, другие показатели имеют необходимый символ. Согласно действующим нормативным актам (ГОСТ) существует шкала, в которой даны значения шероховатостей поверхности различных деталей, имеющих подробную разбивку на 14 специальных классов.

Существует прямая зависимость, определяющая характеристики обрабатываемой поверхности, чем выше показатель класса, тем меньшее значение имеет высота измеряемой поверхности и лучше качество обработки.

Методы осуществления контроля

Для осуществления контроля шероховатости поверхности используются два метода:

• качественный;
• количественный.

При проведении качественного контроля проводится сравнительный анализ поверхности рабочего исследуемого и стандартного образцов путем визуального осмотра и на ощупь. Для проведения исследования выпускаются специальные наборы образцов поверхностей имеющих регламентную обработку согласно ГОСТ 9378-75. Каждый образец имеет маркировку с указанием показателя Ra и метода воздействия на поверхностный слой материала (шлифовка, точение, фрезерование т.д.). Используя визуальный осмотр можно достаточно точно дать характеристику поверхностного слоя при характеристиках Ra=0.6-0.8 мкм и выше.

Количественный контроль поверхности проводится с использованием приборов работающих с применением разных технологий:

• профилометра;
• профилографа;
• двойного микроскопа.

Классификация поверхностей

При определении характеристики поверхностного слоя материала необходимо провести классификацию:

Нормативные данные также содержатся в ГОСТ 2.309-73 согласно, которому наносятся обозначения на чертежи и содержат характеристики поверхностей по установленным правилам и обязательны для всех промышленных предприятий. Необходимо также учитывать, что знаки и их форма, наносимые на чертежи должны иметь установленный размер с указанием числового значения неровности поверхности. Регламентируется высота знаков, указывается вид обработки.

Знак имеет специальный код, который расшифровывается следующим образом:

• первый знак – характеризует тип обработки исследуемого материала (точение, сверление, фрезерование и т.д.);
• второй знак — обозначает, что поверхностный слой материала не подвергался обработке, а образован путем ковки, литья, прокатки;
• третий знак – показывает, что вид возможной обработки не регламентируется, но должен соответствовать Ra или Rz.

В случае отсутствия знака на чертеже, поверхностный слой не подвергается специальной обработке.

На производстве используют два вида воздействия на верхний слой:

• с помощью частичного удаления верхнего слоя обрабатываемой детали;
• без удаления верхнего слоя детали.

При удалении верхнего слоя материала в основном используется специальный инструмент, предназначенный для выполнения определенных действий – сверления, фрезерования, шлифования, точения, и т.д. В ходе обработки происходит нарушение верхнего слоя материала с образованием остаточных следов от используемого инструмента.

Когда применяется обработка без удаления верхнего слоя материала – штамповка, прокат, литье, происходит смещение структурных слоев их деформация с принудительным созданием «гладко-волокнистой» структуры.

При конструировании и изготовлении деталей параметры неровностей задает конструктор, основываясь на техническом задании определяющим характеристики изделия в зависимости от требований, предъявляемых к изготовляемому механизму, технологии используемой при производстве и степени обработки.

Маркировка структуры поверхности

При нанесении обозначений в рабочей документации, чертежах применяются специальные знаки для характеристики материала, которые регламентируются стандартом ГОСТ 2.309-73.

Основные правила, используемые для обозначения неровности поверхности на чертежах

Основные правила, которые необходимо использовать при выполнении чертежа:

Учитывая структуру материала, конструктор имеет возможность указать необходимые параметры, предъявляемые к качеству поверхностей. Причем характеристики могут указываться по нескольким параметрам с установкой максимально и минимального значения с возможными допусками.

Особые условия

При массовом производстве определенных деталей иногда нарушается заданная форма или их сопряженность. Подобные нарушения увеличивают допустимый износ деталей, и ограничиваются специальными допусками, которые указаны в ГОСТ 2.308. Каждый вид используемого допуска имеет 16 определяющих степеней точности, которые оговариваются для деталей разной конфигурации с учетом используемого материала. Необходимо также учитывать, что используемые допуски размера и конфигурации для деталей имеющих цилиндрическую форму берутся с учетом диаметра деталей, а плоские детали с учетом толщины, а максимальная погрешность не должна превышать показатель допуска.

Правильное использование методики определения показателей шероховатости поверхностей позволяет достичь более высокой точности обработки и размера деталей при соблюдении параметров указанных в нормативных документах, которые дают возможность значительно повысить качество готового продукта.

Поверхность детали из древесины всегда имеет неровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки.

На полученной в результате обработки поверхности древесины различают следующие неровности различного происхождения (рис. 7): риски, неровности разрушения, неровности упругого восстановления по годовым слоям древесины, структурные неровности, ворсистость и мшистость.

Риски представляют собой следы, оставленные на обработанной поверхности рабочими органами режущих инструментов (зубьями пил, ножами фрез и пр.). Риски имеют форму гребешков и канавок (рис. 7,а), обусловленных геометрической формой зубьев пил, или периодически повторяющихся возвышений и впадин (рис. 7, б), являющихся следствием кинематического процесса резания при цилиндрическом фрезеровании (кинематическая волнистость).

Неровности разрушения (рис. 7, в) - это выколы и вырывы целых участков поверхности древесины и образовавшиеся в результате этого углубления с неровным дном. Выколы и вырывы всегда ориентированы вдоль волокон и сопутствуют сучкам, наклону волокон, свилеватости и завиткам.

Неровности упругого восстановления (рис. 7, г) образуются в результате неодинаковой величины упругого смятия режущим инструментом поверхностного слоя древесины на участках различной плотности и твердости. Различные по плотности и твердости годичные слои древесины восстанавливаются после прохода резца неодинаково, в результате чего поверхность обработки получается неровной.

Структурные неровности (рис. 7, д) представляют собой различные по форме, размерам и расположению впадины, полученные на поверхностях изделий, спрессованных из древесных частиц, и обусловленные способом изготовления этих изделий и расположением частиц.

Ворсистость - это присутствие на поверхности обработки часто расположенных не полностью отделенных волокон (ворсинок) древесины, мшистость - не полностью отделенных пучков волокон и мелких частиц древесины.

Шероховатость поверхности обработки характеризуется размерными показателями неровностей и наличием или отсутствием ворсистости или мшистости. Требования к шероховатости поверхности установлены (ГОСТ 7016-75) без учета неровностей, обусловленных анатомическим строением древесины (впадины, образованные полостями перерезанных сосудов), а также без учета случайных дефектов поверхности (скол, вырыв, выщербина).

Шероховатость поверхности определяется среднеарифметической величиной Rz max максимальных высот неровностей и рассчитывается по формуле: (2)

где H max 1 H max 2 ,.., H max n - расстояния от вершины гребня до дна впадины; n - количество замеров (для изделий мебели устанавливается пять на деталях площадью до 0,5 м 2 и десять на деталях площадью более 0,5 м 2).

В зависимости от числового значения Rz max установлены классы шероховатости:

Классы........1-й 2-й 3-й 4-й 5-й 6-й 7-й 8-й 9-й 10-й 11-й 12-й Rz max , мкм не более...1600 1200 800 500 320 200 100 60 32 16 8 4

Значение Rz max характеризует только высоту неровностей и не отражает наличие или отсутствие ворсистости и мшистости на обработанной поверхности. Ворсистость и мшистость нормируются указанием на допустимость или недопустимость их на обработанных поверхностях. Ворсистость на поверхности древесины и древесных материалов не допускается, если параметр шероховатости Rz max: имеет значение менее 8 мкм. Мшистость на поверхности древесины и древесных материалов не допускается, если параметр шероховатости Rz max имеет значение менее 100 мкм. Наличие ворсистости и мшистости определяется визуально.

Для контроля шероховатости поверхности в лабораторных условиях применяют микроскопы МИС-11 и ТСП-4 и индикаторный глубиномер. Метод определения шероховатости поверхности устанавливает ГОСТ 15612-70.

В цеховых условиях для сравнительной визуальной оценки шероховатости поверхности пользуются специально изготовленными эталонами. Каждый эталон делают из той же породы древесины и обрабатывают тем же видом резания, что и контролируемые детали. Эталоны должны арестовываться заводской лабораторией и заменяться новыми при их старении.

Влияние различных факторов на шероховатость поверхности обработки . Высота и форма, а также характер расположения неровностей на поверхностях обработанных заготовок зависят от ряда причин: состояния станков и инструмента, остроты и геометрии резца, направления резания относительно направлений волокон древесины, угла установки резца, толщины стружки, скорости резания. Кроме того, шероховатость поверхности зависит от анатомического строения древесины.

На шероховатость поверхности оказывает влияние вибрация в системе станок - инструмент - деталь, возникающая из-за недостаточной жесткости станка. По мере износа станка и особенно вследствие неравномерности его износа вибрация возрастает, увеличивая размеры неровностей.

Влияние вибрации может быть частично снижено профилактическим ремонтом станка с целью увеличения его жесткости, если она ниже установленной нормы.

При строгании ручным инструментом может вибрировать нож рубанка, если он закреплен ненадежно. В этом случае нож будет оставлять неровности на поверхности обработки. Вибрацию ножа в рубанке устраняют ремонтом рубанка, а также надежным закреплением ножа.

Большое влияние на качество резания оказывает острота резца, т. е. его способность образовывать в древесине при резании новые поверхности с заданной шероховатостью.

Чем острее лезвие, тем выше качество резания, т. е. тем меньше шероховатость обрабатываемой поверхности.

Реальный резец не может быть абсолютно острым (рис. 8, а). При заточке резца по мере приближения абразива к лезвию кончик лезвия выкрашивается. Причем чем меньше угол заострения резца, тем на большей длине происходит выкрашивание. Выкрашивание лезвия уменьшают правкой режущих граней оселком. После правки лезвие имеет скругленную форму (рис. 8, б).

Полученные при заточке лезвие и геометрическая форма резца в процессе работы изменяются. Происходит затупление резца (рис. 8, в), в результате чего уменьшается его режущая способность.

Различают две стадии затупления. Первая стадия - разрушение и закругление кончика лезвия, так как прочность резца в области, соприкасающейся с древесиной, небольшая.

Радиус закругления кончика лезвия в процессе работы резца возрастает. Причем у резцов с одним и тем же углом резания, но с разными углами заострения рβ за одно и то же время работы радиус затупления будет больше у резца с большим углом заострения (рис. 9).

Следующая стадия затупления - износ поверхностей резца в результате трения этих поверхностей о древесину. Изнашиваются больше всего передняя и задняя грани резца.

Режущую способность резцов увеличивают, используя для их изготовления высокопрочные и износостойкие материалы и выбирая оптимальные углы заострения.

Направление резания относительно направлений волокон древесины, угол установки резца и толщина стружки - взаимосвязанные факторы, определяющие качество поверхности обработки. При резании древесины вдоль волокон возможны два случая стружкообразования: с опережающей трещиной и без нее.

Опережающая трещина (рис. 10) образуется уже в начальный период работы резца. При внедрении резца в древесину после некоторого уплотнения стружки передней гранью резца начинается оттягивание стружки резцом от остальной массы древесины. Одновременно стружка изгибается. Когда связь между волокнами древесины достигнет предела прочности древесины на разрыв поперек волокон, начинается отслоение стружки и образование опережающей трещины. Длина опережающей трещины возрастает с увеличением толщины стружки.

Скорость распространения опережающей трещины всегда выше скорости резания. Поэтому после образования опережающей трещины режущая кромка не работает. В этот период поверхность резания образуется передней гранью резца путем отрыва стружки от обрабатываемой детали; режущая кромка только сглаживает образованную гранью поверхность. Поскольку стружка образуется отрывом, а не срезается непосредственно лезвием, качество поверхности обработки получается невысоким. Кроме того, при резании против волокон опережающая трещина, расположенная в плоскости волокон, может стать причиной вырыва волокон древесины, приводящего к браку.

Чтобы уменьшить вредное влияние опережающей трещины на качество поверхности обработки, необходимо создать подпор волокон древесины вблизи лезвия (рис. 11). В результате подпора волокон древесины стружка надламывается по мере продвижения резца. Надлом стружки происходит вблизи ребра подпорного элемента, поэтому чем меньше щель между ребром и лезвием резца, тем меньше граница развития опережающей трещины. Такой способ применяют, например, при строгании ручными рубанками.

Наиболее высокое качество поверхности обработки получается при тонкой стружке, когда длина элемента стружки l э мала. Чтобы получить стружку с небольшой длиной элемента, применяют ручные рубанки с двойным ножом, имеющие специальные стружколомы.

При резании древесины вдоль волокон без образования опережающей трещины качество поверхности обработки получается высоким, так как поверхность резания образуется режущей кромкой. Если режут по волокнам и параллельно им (угол встречи равен нулю), то при срезании тонкой стружки и малом угле резания опережающая трещина не появляется, так как резцу легче отогнуть стружку, чем разорвать древесину. В этом случае качество поверхности обработки повышается с уменьшением угла резания.

Однако обрабатываемые заготовки имеют неоднородное строение текстуры древесины, поэтому при больших значениях угла встречи, особенно на участках, имеющих пороки строения древесины, будут появляться вырывы волокон, приводящие к браку. Кроме того, уменьшение угла резания связано с уменьшением угла заточки, что снижает прочность резца.

Резание без образования опережающей трещины возможно также смещением слоев стружки относительно слоев древесины под поверхностью резания, т. е. при продольной усадке стружки.

Продольная усадка стружки возникает, когда передняя грань резца, двигая перед собой стружку, сжимает ее вдоль волокон и превращает в изолированный от обрабатываемой заготовки уплотненный слой. Режущая способность резца используется в полной мере, когда угол резания составляет 70°, а толщина стружки невелика. В этих условиях обеспечивается высокое качество поверхности резания при различных значениях угла встречи резца с волокнами. Резание с продольной усадкой стружки применяют, например, при строгании ручным рубанком-шлифтиком.

При резании древесины в торец качество поверхности обработки получается невысоким. Под поверхностью обработки волокна древесины изогнуты и растянуты, в направлении волокон образуются трещины (рис. 12). Качество обработки при прочих равных условиях выше, когда толщина стружки и угол резания малы.

При резании древесины поперек волокон по мере продвижения резца образуются стружка скалывания (рис. 13, а) или стружка отрыва (рис. 13, б) с короткой опережающей трещиной. Качество поверхности обработки при образовании стружки скалывания достаточно высокое. При стружке отрыва поверхность получается очень шероховатой, с образованием неровностей разрушения.

Качество обработки на больших скоростях резания всегда выше, чем обработка тем же видом резания, но с малыми скоростями. Поэтому для повышения класса шероховатости обрабатываемой поверхности следует повышать в пределах технической возможности станка скорость резания, что одновременно ведет к увеличению производительности станка.

Классы шероховатости поверхности при различных видах обработки и нормы шероховатости. При обработке древесины резанием на станках и ручным инструментом можно получить поверхности различных классов шероховатости в зависимости от режимов обработки, состояния инструмента и обрабатываемой древесины.

Классы шероховатости поверхности при различных видах обработки:

Продольное черновое пиление: на ленточнопильных станках........................5-2 на круглопильных станках..........................4-2 ручными пилами....................................3-2 Продольное чистовое пиление: на круглопильных станках..........................8-4 ручными пилами....................................6-4 Поперечное черновое пиление: на круглопильных станках..........................4-3 ручными пилами....................................3-2 Поперечное чистовое пиление: на круглопильных станках..........................7-4 ручными пилами....................................5-3 Фрезерование черновое.............................7-5 Фрезерование чистовое.............................9-6 Сверление отверстий, долбление гнезд на станках...8-6 Сверление отверстий вручную.......................7-5 Долбление гнезд вручную долотами..................4-2 Точение: черновое..........................................7-4 чистовое..........................................10-7 Строгание вручную шерхебелем......................6-5 Строгание вручную рубанками, фуганком.............8-5 Циклевание ручными циклями: черновое..........................................9-8 чистовое..........................................11-10 Шлифование на станках: черновое..........................................8-6 чистовое..........................................10-9 Шлифование вручную................................12-8

Приведенные классы шероховатости можно получить при средних режимах работы на станках, нормальном состоянии инструмента и древесины. Класс шероховатости при обработке шерхебелем приведен без учета волнистости, обусловленной формой ножа шерхебеля.

Требования к шероховатости поверхностей при изготовлении мебели диктуются назначением деталей, характером последующей обработки.

Шероховатость не отделываемых поверхностей мебели, видимых при эксплуатации и невидимых, но соприкасающихся с предметами в процессе эксплуатации, должна быть не ниже 8-го класса, остальных невидимых - не ниже 6-го.