Шероховатость и точность поверхностей в зависимости от условий

На поверхности, обработанной токарным резцом, возникают неровности, которые проявляются в виде винтовых выступов и канавок (рис. 67, а), имеющих сходство с резьбой. Эти дефекты становятся заметными при крупной подаче s, однако их можно обнаружить только с помощью специализированных приборов, если подача остается небольшой.

Такие неровности располагаются в направлении подачи, создавая поперечную шероховатость, в отличие от продольной шероховатости (рис. 67, б), формируемой неровностями, идущими в направлении скорости резания v. О факторах, влияющих на возникновение последних, можно сказать чуть позже.

В процессе токарной обработки поперечная шероховатость приобретает особую важность, так как она определяется формой и размахом винтовых выступов, образующих неровности. Высота этих неровностей зависит от множества факторов, которые влияют на процесс резания и могут проявляться по-разному. Поэтому заранее определить её значение математически трудно — высоту неровностей обычно устанавливают эмпирическим путём. Например, при обработке более вязких металлов, таких как низколегированные стали, высота неровностей будет выше по сравнению с обработкой более хрупких материалов, как чугун. Кроме того, при резании хрупких металлов (где возникает стружка с характерным надломом) на обработанной поверхности иногда возникают заметные углубления, что приводит к формированию продольной шероховатости.

Стоит отметить, что шероховатость поверхности уменьшается, если сталь подвергается термической обработке, что в свою очередь повышает однородность структуры, создаваемой при токарной обработке.

Высота неровностей в значительной степени зависит от величины подачи: при высоких подачах эта величина может значительно отличаться от расчетной и превышать ее в несколько раз.

Влияние глубины резания на шероховатость поверхности незначительно и не вызывает практических замечаний.

Скорость резания также играет критическую роль в формировании шероховатости поверхности. Так, при скорости резания в пределах 3—5 м/мин размеры неровностей остаются незначительными; вместе с увеличением скорости резания неровности, напротив, увеличиваются. Интересным является то, что при ускорении резания до 60—70 м/мин высота неровностей свидетельствует о малой шероховатости, достигая своих наименьших значений около 70 м/мин. После превышения данной скорости на шероховатость обработанной поверхности существенно не влияет. Также, обнаружено, что наличие нароста на резце приводит к увеличению шероховатости обработанной поверхности.

Также немалую роль в образовании шероховатостей поверхности играет выбор смазочно-охлаждающей жидкости. Лучше всего показывают себя жидкости, содержащие минеральные масла, мыльные растворы и другие компоненты, усиливающие их смазочные свойства.

Исследования многих ученых продемонстрировали, что незначительные неровности режущей кромки, происходящие от недостаточной доводки инструмента, переносатся на обработанную поверхность в значительно увеличенных размерах.

Степень затупления инструмента также влияет на шероховатость поверхности. При незначительном затуплении чистота обработанной поверхности часто бывает даже лучше, чем при работе с острым резцом, однако с дальнейшим уменьшением остроты резко возрастает шероховатость.

Материал, из которого изготовлен резец, также имеет значение: например, использование твердых сплавов, таких как ВКб, ВК8, может привести к ухудшению качества поверхности при резке вязких материалов из-за слоистости сплава и его выкрашивания. Вместо этого, использование сплавов, таких как Т5К6 или Т15К6, и быстрорежущих резцов может существенно снизить шероховатость.

Вибрации, возникающие во время резания, также оказывают значительное влияние на шероховатость верхнего слоя обработанной детали. В подобной ситуации большую роль играют чрезмерные зазоры в направляющих суппорта и подшипниках, неточности в зубчатых передачах станка, недостаточная жесткость обрабатываемой детали, углы резца, его вылет и множество других факторов, которые будут обсуждены в других разделах данной книги. Все эти нежелательные явления в процессе токарной обработки приводят к образованию продольной шероховатости поверхности.

Классификация и обозначения шероховатости поверхностей

Согласно ГОСТ 2789—59, класс чистоты (шероховатости) поверхности делится на 14 категорий. Эти классы обозначаются на чертежах деталей, как показано в табл. 5.

Для более точной градации степеней шероховатости ГОСТ 2789—59 допускает разделение класс 6—14 на подкатегории. В каждом классе введено по три подкатегории, обозначаемые буквами а, б и в. Соответствующая буква добавляется после цифры, обозначающей класс чистоты данной поверхности. Например, обозначение \/8а указывает на то, что данная поверхность должна характеризоваться шероховатостью, соответствующей категории а 8-го класса чистоты по ГОСТ 2789—59.

Шероховатость поверхностей деталей машин устанавливается путем сопоставления с эталонами шероховатости (рис. 68) или, что более точно, с использованием специализированных приборов. Оценка шероховатости обработанной поверхности может проводиться по эталонам (образцам) на рабочих местах методом визуального сравнения. Эти образцы создаются для различных типов обработки (таких как точение, фрезерование и т. д.) и применяются для разных материалов (например, стали, чугуна и прочих), включая классы чистоты от V4 до V13.

Для точного измерения состояния шероховатости используются различные приборы, включая оптические (профилометры, двойной микроскоп Линника, микроинтерферометры) и щуповые (профилографы, профилометры и другие), которые в основном применяются в измерительных лабораториях. С их помощью измеряются такие параметры, как величина высоты неровностей R_z или среднее арифметическое отклонение профиля R_a.

Среднее значение высоты неровностей для отдельных классов чистоты, которые обеспечиваются в процессе токарной обработки, представлено в микрометрах:

• Δ7..................... 3,2—6,3
• Δ6..................... 6,3—10
• Δ5..................... 10—20
• Δ4.......................... 20—40
• Δ3.......................... 40—80

Шероховатости, которые находятся выше 1-го класса, обозначаются на чертежах символом \J, над которым указывается высота неровностей R_z в микрометрах, например, Я^z500У. Поверхности, которые не подвергаются обработке, обозначаются на чертежах символом ∞.

С 1 января 1975 года ГОСТ 2789—59 переходит к новому ГОСТ 2789—73, который вводит дополнительные параметры шероховатости поверхности (вместо двух уже при наличии шести), а также новые обозначения классов шероховатости и другие изменения.

Условия, от которых зависит точность обработки деталей на токарных станках

Несмотря на высокие эксплуатационные характеристики современных токарных станков, совершенствование методов обработки, высокая точность используемых измерительных инструментов, а также рад прочих свидетельствующих о благоприятных условиях, обнаружить совершенство точных размеров и правильной формы остается трудной задачей.

Основные причины образования погрешностей, возникающих при токарной обработке

Погрешности, вызванные неточностью станка и зажимного приспособления

Допустимые отклонения от заданной точности в процессе сборки станка, а также износ его элементов ожидаемо отражаются на форме обрабатываемых деталей. К примеру, при обработке детали на токарном станке с овальной шеей шпинделя, форма детали также получается овальной (эллиптичной), а не цилиндрической. Это приводит к тому, что при измерении двух взаимно перпендикулярных диаметров в одном и том же поперечном сечении получаются разные значения.

Другой вид отклонений, возникающих на цилиндрических деталях, — это конусность, которая появляется в результате неправильной установки передней (если деталь фиксируется в патроне) или задней бабки (при установке детали в центрах).

Недостаточная точность или неисправность зажимных приспособлений также влияют на возникновение погрешностей при обработке детали. Очевидно, что, если наружная поверхность втулки обрабатывается с помощью оправки, имеющей сильно изношенные центровые отверстия, обеспечить необходимую концентричность данной поверхности с внутренним отверстием не удастся. Это, в свою очередь, приводит к неточности формы детали и, следовательно, ее размеров.

Погрешности, вызванные неточностью формы, размеров и установки режущего инструмента, а также в результате его износа

Точность размеров и формы отдельных участков детали в большинстве случаев зависит от точности размеров и формы применяемого режущего инструмента. Например, ширина канавки, обрабатываемой мерным резцом, будет совпадать с заданным размером лишь при условии, что длина режущей кромки резца действительно соответствует ширине канавки. Также точность формы сложной поверхности будет напрямую зависеть от точности формы использованного фасонного резца.

Если точный по ширине прорезной резец установлен, так что главная режущая кромка не параллельна оси детали, ширина канавки окажется больше ширины резца, и ее форма будет неправильной.

Многое зависит и от точности установки резца в нужное рабочее положение, например, на заданный диаметр детали по лимбу.

Износ резца, который проявляется в процессе работы, также имеет важное значение: порой он может достигать значительных значений, из-за чего диаметр детали на конце, находящемся у передней бабки, оказывается больше, чем у конца, с которого начинался процесс обработки (у задней бабки).

Погрешности, вызванные неточностью измерительного инструмента и неправильным пользованием им

Погрешности подобного рода могут быть следствием некачественного изготовления измерительного инструмента или его неудовлетворительного состояния, например, в результате естественного износа, а также небрежного обращения. Погрешности, вызванные первой причиной, встречаются редко при условиях надлежащей организации производства, так как все измерительные инструменты тщательно проверяются перед выпуском и отправкой на рабочие места. Более точные измерительные инструменты (штангенциркули, микрометры и пр.) обычно снабжаются специальными паспортами с указанием их рабочей погрешности.

Естественный износ измерительных инструментов не должен быть причиной неточности измерений, при условии, что в мастерской реализована хорошая организация работы и осуществляется периодический контроль за состоянием инструментов, который выполняется специально назначенными людьми.

Стоит также сделать акцент на том, что величина погрешностей может быть довольно значительной при использовании неподходящих инструментов для измерений. Например, минимальная точность, которую можно обеспечить с помощью кронциркуля и линейки с делениями, составляет около 0,3 мм. Использование таких инструментов для более точных размеров неизбежно повлечет за собой ошибки. Неправильная установка инструмента относительно измеряемой поверхности может также вызвать ощибки в измерениях. Например, при измерении диаметра отверстия, если измерение производится не в плоскости, перпендикулярной оси детали, а в наклонной плоскости относительно данной оси, погрешность неизбежна. При сильном нажатии необученный работник может допустить ошибку в несколько сотых долей миллиметра, что также может повлиять на результаты. Кроме того, погрешность в измерениях обусловливается тем, что не учитывается температура детали во время измерения. Например, если производить измерение детали, которая еще не остыла после резания, её размер может оказаться больше, чем у соответствующей охлажденной детали.