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.
Появляются шероховатости в виде бугров и каналов, хорошо и слабо заметные, которые можно обнаружить лишь при помощи специальных приборов.
Данные неровности располагаются по направлению движения резца и выдают поперечную шероховатость. При обработке резцом важное значение имеет именно такая неровность, обусловленная конфигурацией и параметрами винтовых выступов. Высота ребра шероховатостей зависит от множества моментов и не может быть высчитана, а находится лишь путем проведения опытов.
Причины появления неровностей
- Если металл подвергался термической обработке, то шероховатость его поверхности становится меньше, так как увеличивается однородность его состава.
- Параметры подачи. При крупных – высота неровностей сильно отличается от заложенной и превышает ее.
- При скорости резки 4-6 м/мин параметры неровностей несущественны; с увеличением скорости резки неровности увеличиваются; при повышении скорости резки до 55-75 м/мин высота неровностей уменьшается, и при скорости 70 м/мин шероховатость поверхности получается самой маленькой. Следующее увеличение скорости резки незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности.
- Химический состав жидкости для смазки, используемой при токарной обработке, имеет значение. Лучших показателей можно добиться, если жидкость имеет масла, мыло, способные повысить ее свойства смазки.
- При несильном затуплении резца поверхность часто получается несколько лучше, чем при остром резце. При дальнейшем затуплении шероховатость поверхности увеличивается.
- Резцами из твердых материалов очень трудно получить ровную поверхность при обработке металлов.
- Важное значение имеют серьезные зазоры в подшипниках, неважная балансировка узлов станка, малая жесткость исходной детали, углы резца, его вылет. Эти явления при токарной обработке вызывают шероховатость поверхности продольного характера.
Эталоны чистоты
Если учитывать стоимость работы, то тщательная отделка поверхности всегда дороже грубой обработки. Поэтому для измерения класса чистоты детали применяются специальные приборы.
Данные классы иначе называют эталонами чистоты и определяются в цеховых условиях по уже проверенным образцам различных классов.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЯ
(по ГОСТ 2789 - 73)
Шероховатость поверхности - это совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная с помощью базовой длины.
где,
l
- базовая длина: m - средняя линия профиля; S m - средний шаг неровностей
профиля; S - средний шаг местных выступов профиля; H imax - отклонения пяти наибольших максимумов профиля; H imin - отклонения пяти наибольших
минимумов профиля; h imax - расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль; h imin - расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до этой же линии; R max - наибольшая высота профиля; у - отклонения профиля от линии; tp - относительная опорная длина профиля; р - уровень сечения профиля; b i - длина отрезков, отсекаемых на заданном уровне р.
ГОСТ 2789-73 полностью соответствует международной рекомендации по стандартизации ИСО Р 468. Он устанавливает перечень параметров и типов направлений неровностей, которые должны применяться при установлении требований и контроле шероховатостей поверхности, числовые значения параметров и общие указания.
1. 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.
2. Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться путем указания параметра шероховатости (одного или нескольких) из перечня значений выбранных параметров и базовых длин, на которых происходит определение параметров.
В технической документации, разработанной до 1975 г.. использовали классы шероховатости по ГОСТ 2789-59; для их перевода можно пользоваться данными таблицы.
ТАБЛИЦА СООТВЕТСТВИЯ КЛАССОВ ШЕРОХОВАТОСТИ
При необходимости дополнительно к параметрам шероховатости поверхности устанавливаются требования к направлению неровностей поверхности, к способу или последовательности способов получения (обработки) поверхности.
Для номинальных числовых значений параметров шероховатости должны устанавливаться допустимые предельные отклонения.
Допустимые предельные отклонения средних значений параметров шероховатости в процентах от номинальных следует выбирать из ряда 10; 20; 40. Отклонения могут быть односторонними и симметричными.
3. Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности, поэтому при контроле шероховатости поверхности влияние дефектов поверхности должно быть исключено. При необходимости требования к дефектам поверхности должны быть установлены отдельно.
Допускается устанавливать требования к шероховатости отдельных участков поверхности (например, к участкам поверхности, заключенным между порами крупнопористого материала, к участкам поверхности срезов, имеющим существенно отличающиеся неровности).
Требования к шероховатости поверхности отдельных участков одной поверхности могут быть различными.
4. Параметры шероховатости (один или несколько) выбирают из приведенной номенклатуры:
R a
- среднеарифметическое отклонение профиля;
R z
- высота неровностей профиля по десяти точкам;
R max
- наибольшая высота профиля;
S m
- средний шаг неровностей;
S
- средний шаг местных выступов профиля;
t p
- относительная опорная длина профиля, где р - значение уровня сечений профиля.
Параметр R a является предпочтительным.
5. Числовые значения параметров шероховатости (наибольшие, номинальные или диапазоны значений) выбирают из таблицы
СРЕДНЕАРИФМЕТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ ПРОФИЛЯ R a , мкм
6. Относительная опорная длина профиля t p:
10; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 %.
7.Числовые значения уровня сечения профиля р выбирают из ряда:
5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 % от R max .
8. Числовые значения базовой длины l выбирают из ряда:
0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.
ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ
И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАБОТУ ДЕТАЛЕЙ
В процессе формообразования деталей на их поверхности появляется шероховатость – ряд чередующихся выступов и впадин сравнительно малых размеров. Шероховатость может быть следом от резца или другого режущего инструмента, копией неровностей форм или штампов, может возникать вследствие вибраций, возникающих при резании, а также в результате действия других факторов.
Влияние шероховатости на работу деталей машин многообразно:
- шероховатость поверхности может нарушать характер сопряжения деталей за счет смятия или интенсивного износа выступов профиля;
- в стыковых соединениях из-за значительной шероховатости снижается жесткость стыков;
- шероховатость поверхности валов разрушает контактирующие с ними различного рода уплотнения;
- неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей;
- шероховатость влияет на герметичность соединений, на качество гальванических и лакокрасочных покрытий;
- шероховатость влияет на точность измерения деталей;
- коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубо обработанных поверхностях;
и т.п.
В техпpоцессе пpи ноpмиpовании шеpоховатости pекомендуется пpименять высотные паpаметpы Ra и Rz
Параметр R z нормируется в тех случаях, когда прямой контроль R a с помощью профилометров невозможен.
Hа pисунке пpиведены значения этих паpаметpов для наиболее часто встpечающихся видов обработки, которых возможно достичь резанием:
- фрезерование:
R a 12,5 - 0,4 (3 - 8 классы обработки);
- сверление:
R a 12,5 - 0,2 (3 - 9 классы обработки);
- прорезание:
R a 50 - 3,2 (1 - 5 классы обработки);
- протягивание:
R a 6,3 - 0,2 (4 - 9 классы обработки);
- резьбонарезание:
R a 6,3 - 1,6 (4 - 6 классы обработки);
- развертывание:
R a 2,5 - 0,4 (5 - 8 классы обработки);
- растачивание:
R a 3,2 - 0,1 (5 - 10 классы обработки);
- шлифование:
R a 3,2 - 0,1 (5 - 10 классы обработки).
В таблице приведены значения паpаметpов шероховатости для некотоpых наиболее часто встpечающихся элементов деталей и соединений.
| Элементы деталей | R a | |
| Pезьбы наpужные | pядовые повышенной точности |
6,3...1,6 1,6...0,8 |
| Pезьбы внутpенние | pядовые повышенной точности |
6,3...3,2 3,2...1,6 |
| Pезьбы ходовые | винт гайка |
0,8 1,6...0,8 |
| Уплотняющие повеpхности ниппелей, штуцеpов | - | 0,8...0,2 |
| Пpямозубые колеса | pабочие повеpхности зубьев | 1,6...0,8 |
| Стыки под пpокладки | из мягких матеpиалов из неметаллов |
0,2...0,1|
| Пpивалочные плоскости | - | 3,2...0,8 |
| Отвеpстия под кpепежные детали | - | 6,3...3,2 |
| Опоpные повеpхности под головки болтов, винтов, под гайки | - | 6,3...1,6 |
| Центpиpующие буpтики (фланцев, кpышек) | отвеpстия буpтик |
3,2...1,6 1,6...0,8 |
| Тоpцы пpужин сжатия | - | 3,2...1,6 |
| Поpшни (pабочие повеpхности) | из чугуна и стали из сплавов |
0,2...0,1 0,1...0,05 |
| Поpшневые пальцы | - | 0,2...0,05 |
| Клапаны с коническими повеpхностями | pабочая повеpхность клапана pабочая повеpхность седла |
0,1...0,025 0,2...0,05 |
Конические пpобковые кpаны (pабочая повеpхность) |
пpобка отвеpстие |
0,8...0,05 0,8...0,05 |
| Свободные повеpхности | тоpцы, фаски, нетpущиеся повеpхности валов, пpоточки, неpабочие повеpхности зубчатых колес и дp. | 6,3...3,2 |
| Шестигpанники | и дpугие элементы с плоскими гpанями | 12,5...3,2 |
| Шпоночно-пазовые соединения (pабочие гpани) | пазы шпонки |
3,2...0,8 1,6...0,4 |
| Шлицевые соединения, центpиpование | по наpужному диаметpу: отвеpстие вал по внутpеннему диаметpу: отвеpстие вал по гpаням шлицев: охватывающие поверхности охватываемые повеpхности |
0,8...0,2 0,4...0,1 0,2...0,1 0,8...0,2 0,8...0,2 0,4...0,1 |
| Hапpавляющие пpизматические повеpхности | охватывающие охватываемые |
0,4...0,1 0,2...0,05 |
| Стыки геpметичные | металл по металлу с пpитиpкой | 0,1...0,05 |
ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ
ПРИ МЕХАНИЧЕСКИХ МЕТОДАХ ОБРАБОТКИ
ОБОЗНАЧЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ
Обозначения шероховатости поверхностей и правила нанесении их на чертежах изделий устанавливает ГОСТ 2.309-73. который полностью соответствует ИСО 1302-78. Обозначения шероховатости проставляют на всех поверхностях изделия, выполняемых по чертежу, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.
При наличии в обозначении шероховатости только значения параметра (параметров) применяют знак без полки.
В обозначении шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается, применяют знак по рис. а).
В обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована удалением слоя материала, например, точением, фрезерованием, травлением и т.п. применяют знак по рис. б).
В обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована без удаления слоя материала, например, литьем, ковкой, штамповкой, прокатом, волочением и т.п.. а также поверхности, не обрабатываемой по данному чертежу, применяют знак по рис. в).
Значение параметра шероховатости указывают в обозначении шероховатости:
например: R a 0,4; R max 6,3; S m 0,63; t 50 70; S 0,032; R z 32.
В примере t 50 70 указана относит. опорная длина профиля t p = 70% при уровне сечения профиля р = 50%.
Базовую длину в обозначении шероховатости поверхности не указывают, если требования к шероховатости нормируют указанием параметров R a , R z , и определение параметров должно производиться в пределах базовой длины, соответствующей значению параметров.
Вид обработки поверхности указывают в обозначении шероховатости только в случаях, когда он является единственным, применимым для получения требуемого качества поверхности.
Допускается применять упрощенное обозначение шероховатости поверхностей с разъяснением его в технических требованиях чертежа.
В упрощенном обозначении используют знак √ и строчные буквы русского алфавита в алфавитном порядке, без повторений и. как правило, без пропусков.
При указании номинального значения параметра шероховатости значения параметров записывают сверху вниз в следующем порядке:
Параметр высоты неровностей профиля;
- параметр шага неровностей профиля;
- относительная опорная длина профиля.
Если шероховатость одной и той же поверхности различна на отдельных участках, то эти участки разграничивают сплошной тонкой линией с нанесением соответствующих размеров и обозначений шероховатости. Через заштрихованную зону линию границы между участками не проводят.
Обозначение одинаковой шероховатости поверхности сложной конфигурации допускается приводить в технических требованиях чертежа со ссылкой на буквенное обозначение поверхности, например:
Шероховатость поверхности A - R z 10
При этом буквенное обозначение поверхности наносят на полке линии-выноски, проведенной от утолщенной штрихпунктирной линии, которой обводят поверхность на расстоянии 0,8 ... 1 мм от линии контура.
КОНТРОЛЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
Контроль шероховатости поверхности может проводиться:
1. Сравнением поверхности изделия с образцами шероховатости поверхности по ГОСТ 9378-93 для конкретных способов обработки. Вместо образцов шероховатости могут применяться аттестованные образцовые детали.
2. Измерением параметров шероховатости непосредственно по шкале приборов (профилометров). либо по увеличенному изображению профиля, или записанной профилограмме сечения, полученным на профилографах.
Если не задано направление измерения шероховатости, то измерения проводят в направлении наиболее грубой шероховатости. При механической обработке - это направление, перпендикулярное к главному движению резания (поперечная шероховатость).
Образцы шероховатости поверхностей (сравнения) по ГОСТ 9378 - 93 (ИСО 2632 - 1. ИСО 2632 - 2) предназначены для сравнения визуально и на ощупь с поверхностями изделий, полученными обработкой резанием, полированием, электроэрозионной. дробеструйной и пескоструйной обработкой.
Похожие документы:
ГОСТ 2.309-73 - Единая система конструкторской документации. Обозначения шероховатости поверхностей
ГОСТ 4.449-86 - Система показателей качества продукции. Приборы контрольно-измерительные оптико-механические для контроля шероховатости и качества поверхности. Номенклатура показателей
ГОСТ 8.296-78 - Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений параметров шероховатости Rmax и Rz в диапазоне от 0,025 до 1600 мкм
ГОСТ 7016-82 - Изделия из древесины и древесных материалов. Параметры шероховатости поверхности
ГОСТ 9378-93 - Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия
ГОСТ 9847-79 - Приборы оптические для измерения параметров шероховатости поверхности. Типы и основные параметры
ГОСТ 15612-85 - Изделия из древесины и древесных материалов. Методы определения параметров шероховатости поверхности
ГОСТ 19300-86 - Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры
ГОСТ 25142-82 - Шероховатость поверхности. Термины и определения
ГОСТ 27964-88 - Измерение параметров шероховатости. Термины и определения
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.
На поверхности, обработанной токарным резцом, образуются неровности в виде винтовых выступов и винтовых канавок (рис. 1, а), отчетливо заметные при крупной подаче s и обнаруживаемые лишь при помощи специальных приборов, если подача невелика.
Такие неровности расположены в направлении подачи и образуют поперечную шероховатость в отличие от продольной шероховатости (рис. 1, б), образуемой неровностями в направлении скорости резания v.
Рис. 1. Поперечная (а) и продольная (б) шероховатости, получающиеся при токарной обработке.
При токарной обработке наибольшее значение имеет поперечная шероховатость, характеризуемая формой и размерами винтовых выступов, образующих неровности. Высота таких неровностей зависит от очень многих факторов, участвующих в процессе резания и действующих в разных случаях по-разному, и поэтому не может, быть определена с помощью расчетов, а находится лишь опытным путем.
Причины образования шероховатостей
1. Термическая обработка материала. Если материал подвергнут термической обработке, то шероховатость его поверхности уменьшается, т.к. повышается однородность его структуры.
2. Величина подачи. При крупных подачах высота неровностей значительно отличается от расчетной и превышает ее в несколько раз.
3. Скорость резания. При скорости резания до 3-5 м/мин размеры неровностей незначительны; с увеличением скорости резания неровности возрастают; при повышении скорости резания до 60-70 м/мин высота неровностей уменьшается, и при скорости около 70 м/мин шероховатость поверхности получается наименьшей. Дальнейшее повышение скорости резания незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности.
4. Состав смазочно-охлаждающей жидкости, применяемой при токарной обработке. Наилучшие результаты получаются, если жидкость содержит минеральные масла, мыльные растворы и другие вещества, повышающие ее смазочные свойства.
5. Степень затупления резца. При небольшом затуплении резца обработанная поверхность часто получается даже несколько чище, чем при остром резце. При дальнейшем затуплении резца шероховатость поверхности увеличивается.
6. Материал режущего инструмента. Например, резцами из твердых сплавов очень трудно получить хорошую поверхность при обработке вязких материалов.
7. Вибрации, возникающие в процессе резания. Особое значение в этом случае приобретают чрезмерные зазоры в направляющих суппорта и в подшипниках, неточности зубчатых передач станка, плохая балансировка вращающихся частей станка, недостаточная жесткость обрабатываемой детали, углы резца, его вылет и т.д. Все эти вредные явления при токарной обработке вызывают продольную шероховатость поверхности.