1.2.6 Отклонения формы и расположения поверхностей

Отклонения геометрических параметров деталей машин можно клас­сифицировать следующим образом :

1. отклонения линейных размеров;

2. отклонения расположения поверхностей;

3. отклонения формы по­верхности, волнистость и шероховатость поверхности.

Отклонения формы поверх­ности относят к макрогеометрии, шероховатость - к микрогеометрии.

Номинальные - это идеальные поверхности, не имеющие отклонений формы и других неровностей, расположение которых определяется номинальными линейными и угловыми размерами между ними и базами.

База - поверхность, линия, точка детали, опреде­ляющие одну из плоскостей или осей системы координат, по отношению к которой задан допуск расположения или определяется отклонение распо­ложения.

Поверхность, ограничивающая деталь и отделяющая её от окру­жающей среды, называется реальной поверхностью. Эта поверхность получается в процессе изготовления детали или ее видоизменения при эксплуатации изделия.

Основные термины и определения, относящиеся к отклонениям и до­пускам формы и расположения поверхностей деталей, устанавливает ГОСТ 24642-81.

В этом стандарте для обозначения действительных откло­нений принята буква Л, для обозначения соответствующих допусков - Т , длина нормируемого участка обозначается L.

Отклонение формы - отклонение формы реального профиля или реальной поверхности от формы номинального профиля или номинальной поверхности.

Вид поверхности	Отклонения и допуски формы
	поверхности		профиля
Плоская	Комплексные показатели	Плоскостность	Прямо­линейность (в плоскости или простран­стве)	Частные виды показателя	Выпук­лость
					Вогнутость
Цилиндричес­кая		Цилиндричность	Круглость (в поперечном сечении цилиндра)		Овальность
					Огранка
			Отклонение профиля продольного сечения (в продольном сечении цилиндра)		Конусообразность
					Бочкообразность
					Седлообразность

Стандартные обозначения предельных отклонений формы на черте­жах и в технологической документации приведены в табл. 2.

1.2.7 Качество поверхностей деталей машин.

Эксплуатационные свойства деталей машин и их долговечность в значительной степени зависит от состояния их поверхностей. В от­личие от теоретических поверхностей деталей на реальных поверхно­стях в процессе обработки всегда имеются неровности различной фор­мы и высоты.

Высота, форма, характер расположения и направление неровностей зависит от ряда причин:

1. режима обработки;

2. условий охлаждения;

3. смазки режущего инструмента;

4. химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала;

5. конструкции, геометрии режущего инструмента;

6. типа и состояния оборудования и т.д.

Различают 3 вида отклонений от теоретической поверхности:

1 Макрогеометрические отклонения - единичные, не повторяю­щиеся регулярно отклонения от теоретической формы поверхности, характеризующиеся большим отношением протяженности поверхности к высоте отклонений (L/h > 1000) (характеризуют овальность, конус­ность и другие отклонения от правильной геометрической формы).

2 Волнистость поверхности - совокупность периодически чере­дующихся возвышений и впадин с соотношением L/h = 50...1000.

Волнистость является следствием вибрации технологической системы, а также неравномерности процесса резания.

3 Микрогеометрические отклонения - микронеровности образу­ются в результате воздействия режущей кромки инструмента на обра­батываемую поверхность. Микронеровности определяют шероховатость обрабатываемой поверхности.

Шаг микронеровностей L/h < 5О.

Характер и расположение микронеровностей зависит от направле­ния главного движения резания и направления движения подачи.

Разновидности направлений неровностей

Направление неровностей	Схема направления	Направление неровностей	Схема направления
Параллельное		Произвольное
Перпендикулярное		Кругообразное
Перекрещивающееся		Радиальное

Шероховатость поверхности - совокупность неровностей обрабо­танной поверхности с относительно малыми шагами.

Шероховатость поверхности принято определять по ее профилю, который образуется в сечении этой поверхности плоскостью, перпен­дикулярной к номинальной поверхности.

ГОСТ 2789 – 80 устанавливает следующие параметры шероховатости.

1) Ra - среднее арифметическое отклонение профиля в преде­лах базовой длины

где y_i - абсолютные расстояния до средней линии; n - число измеренных отклонений.

Средняя линия “m” профиля (рисунок 3.1) делит измеряемый профиль таким образом, что в пределах длины участка поверхности выбираемого для измерения шероховатости сумма квадратов расстояний точек профиля до этой линии минимальна.

Рисунок 3.1 – Профиль шероховатости и его характеристика

Длина участка поверхности, выбираемая для измерения шерохо­ватости называется базовой длиной 1.

Числовые значения базовой длины выбираются из ряда 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8,25 мм.

2) Высота неровностей Rz характеризует среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии парал­лельной средней линии

где h₁, h₃,…, h₉ - расстояние от высших точек выступов до линии // средней линии;

h₂, h₄, …, h₁₀ – расстояние от низших точек впадин до // средней линии.

3) Средний шаг неровностей профиля Sm

где Sm_i - среднее значение шага неровностей профиля по средней линии в пределах базовой длины.

4) Средний шаг Si местных выступов профиля - среднее значение шага местных выступов в пределах базовой длины.

5) Наибольшая высота неровностей профиля Rmax.

6) Относительная опорная длина профиля t_P % - отношение опор­ной длины профиля n_P к базовой длине.

где р - числовое значение уровня профиля.

Изложенные понятия и терминология шероховатости и поверхности соответствуют ГОСТ 2789 – 80.

Для указания шероховатости на чертежах используются условные обозначения в соответствии с ГОСТ 2.309 – 78. (Изменения, внесенные в ГОСТ 2.309 – 78, ИУС № 3.2003 вводятся с 1.01.2005 г.)

1) Параметр шероховатости. Предпочтительным является среднее арифметическое отклонение профиля Ra. 2) Способ обработки поверхности. Указывают в том случае, когда шероховатость поверхности следует получить единственным способом, применимым для обеспечения требуемого качества поверхности.

3) Базовая длина. Не указывают, если требования к шероховатости нормируют параметрами Ra или Rz и определение параметров производится в пределах базовой длины по ГОСТ 2789 – 73.

4) Направление неровностей. Указывают только в ответственных случаях, когда это необходимо по условиям работы детали или сопряжения.

ГОСТ 2789-80 определяет соотношение Ra и Rz.

Rz  4Ra – для предварительной и чистовой обработки.

Для отделочной обработки - Rz  5Ra.

На шероховатость поверхности при обработке резанием оказывает большое число факторов, связанных с условиями изготовления заго­товок.

Факторы, влияющие на шероховатость:

1. вид и режим обработки;

2. условия охлаждения и смазки инструмента;

3. химический состав и структуры обрабатываемого материала;

4. конструкции и геометрии, стойкости режущего инструмента;

5. тип и состояние используемого оборудования;

6. вспомогательный инструмент и приспособления.

Все эти факторы можно объединить в три основные группы причин:

1) связанных с геометрией процесса резания.

2) пластической и упругой деформацией обрабатываемого мате­риала.

3) возникновения вибраций режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

Процесс возникновения неровностей принято трактовать как ко­пирование на обрабатываемой поверхности траектории движения и формы режущих лезвий. Пластические и упругие деформации искажают геометрически правильную форму неровностей, увеличивают их высоту.

Иногда вибрации вызывают появление продольной шероховатости, достигающей значительных размеров и увеличение поперечной шерохо­ватости.

Геометрические причины образования шероховатости

За один оборот заготовки резец перемещается на величину подачи (мм/об) и переходит из положения 1 в положение 2 (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Геометрические причины образования шероховатости при точении

На обработанной поверхности остается некоторая часть металла, не снятая резцом и образующая гребешок "m".

Величина и форма неровностей определяются подачей S и фор­мой режущего инструмента

Профессор Чебышев В.Л. предложил определять величину Rz по формуле:

(3.5)

Создание упрочненного наклепанного поверхностного слоя пре­пятствует росту и новому возникновению усталостных трещин. Шеро­ховатость обработанной поверхности связана с процессами образова­ния стружки и с явлениями нароста.

В зоне малых скоростей нарост не образуется. С увеличением скорости размеры шероховатости возрастают, достигая при U = 20-40 м/мин своего наивысшего значения.

Дальнейшее повышение скорости уменьшает нарост и понижает высоту шероховатости.

В зоне скоростей U > 70 м/мин, при которых нарост не обра­зуется, шероховатость поверхности оказывается min.

Нельзя уменьшать глубину снимаемого слоя до бесконечности (t_min).

При t > t_min происходит процесс резания, а при …. …. только пластическая и упругая деформация.

Вязкие материалы склонны к пластическим деформациям, в ре­зультате резания получаются грубые, шероховатые поверхности.

Чем выше твердость, тем меньше шероховатость обработанной поверхности.

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

Шероховатость поверхности обуславливается эксплуатационными свойствами деталей.

Гладко обработанная поверхность не всегда является наиболее износоустойчивой, т.к. для удержания смазки на поверхностях тру­щихся деталей должны быть микронеровности.

На износоустойчивость поверхности влияют сопротивляемость и макрогеометрические отклонения, вызывающие неравномерный износ отдельных участков. Волнистость приводит к увеличению идеального давления, т.к. трущиеся поверхности соприкасаются по выступам волн, то же происходит и при микронеровностях поверхностей, причем выступы микронеровностей могут деформироваться - сминаться или даже срезаться.

Вершины микронеровностей могут вызывать разрывы масляной пленки, и в местах разрывов создается сухое трение.

Наличие рисок и острых царапин создает очаги концентрации напряжений, которые приводят к разрушению детали.

Прочность соединений с натягом определяется высотой микро­неровностей. От шероховатости поверхности зависит устойчивость ее против коррозии.

У более гладкой поверхности меньше площадь соприкосновения с коррозирующей средой и меньше влияние среды, а чем глубже впадины микронеровностей, тем больше проявляется разрушающее действие кор­розии, направленное вглубь металла.

Методы и средства оценки шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами: качественным и количественным.

Качественный метод оценки основан на визуальном сопоставлении обработанной поверхности с эталоном (образцом) по­верхности невооруженным глазом или под микроскопом, а также по ощущениям при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем). Визуальным способом можно достаточно точно определять шерохо­ватость поверхности, за исключением весьма тонко обработанных по­верхностей. Эталоны, применяемые для оценки шероховатости поверх­ности визуальным способом, дол­жны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь. Качественную оцен­ку весьма тонко обработанных поверхностей следует произво­дить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценки заключается в измерении микронеров­ностей поверхности с помощью приборов: профилографа К. М. Аммона, профилографа Б. М. Левина (модели ИЗП-17 и ИЗП-5), двой­ного микроскопа и микроинтерферометра В. П. Линника, профилометра В. М. Киселева и др.

1.3 БАЗИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ЗАГОТОВОК ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ.

План:

1.3.1 Основы базирования деталей. Базы и опорные точки.

1.3.2 Классификация баз

1.3.3 Виды технологических баз

1.3.4 Принцип базирования. Рекомендации по выбору баз.

1.3.5 Типовые схемы базирования и схемы установки заготовок.

1.3.6 Производственная погрешность при механической обработки.