1 Введение
2 Определения и основные понятия.
3 Параметры оценки и измерение шероховатости поверхности.
4 Влияние качества поверхности на эксплуатационные
свойства деталей
машин.
5 Методы и средства оценки шероховатости.
6 Зависимость шероховатости поверхностей и точности от
7 Список литературы.
1 ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение - важнейшая отрасль промышленности. Его продукция - машины различного назначения поставлятся всем отраслям народного хозяйства.
их производства. Решение вопросов точности должно решаться комплексно. Так повышение точности механической обработки снижает трудоемкость сборки в результате устранения пригоночных работ и обеспечения взаимозаменяемости деталей изделия. Особое значение имеет точность при автоматизации производства. С развитием автоматизации производства проблема получения продукции высокого качества становится все более актуальной. Ее решение должно базироваться на глубоком исследовании технологических факторов.
Из изложенного выше следует, что установление заданной точности - от-ветственная задача конструктора. Точность должна назначаться на основе анализа условий работы машины с учетом экономики ее изготовления и последующей эксплуатации.
2
Эксплуатационные свойства деталей машин и долговечность их работы в значительной степени зависят от состояния их поверхности.
В отличие от теоретической поверхности деталей, изображаемых на чертеже, реальная поверхность всегда имеет неровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки.
Высота, форма, характер расположения и направление неровностей поверхностей обрабатываемых заготовок зависят от ряда причин:
режима обработки, условий охлаждения и смазки режущего инструмента, химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала, конструкции, геометрии и режущей способности инструмента, типа и состояния оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.
макрогеометрические, волнистость и микрогеометрические.
Макрогеометрические отклонения
— единичные, не повторяющиеся регулярно отклонения от теоретической формы поверхности, характеризующиеся большим отношением протяженности поверхности L к величине отклонения h,
которое больше 1000.
Макрогеометрические отклонения характеризуют овальность, конусообразность и другие отклонения от правильной геометрической формы.
Волнистость поверхности представляет собой совокупность периодически чередующихся возвышений и впадин с отношением шага волны L/h =50…1000. Волнистость является следствием вибрации системы СПИД, а также неравномерности процесса резания.
Микрогеометрические отклонения
, или микронеровности, образуются при обработке заготовок в результате воздействия режущей кромки инструмента на обрабатываемую поверхность, а также вследствие пластической деформации обрабатываемого материала в процессе резания.
Микронеровности определяют шероховатость (негладкость) обработанной поверхности.
Микрогеометрические отклонения характеризуются небольшим значением отношения шага микронеровностей S к их высоте h
S/ h < 50. (1)
Характер и расположение микронеровностей зависят от направления главного движения при резании и направления движения подачи.
Поперечная шероховатость образуется в направлении, перпендикулярном движению режущего инструмента, а продольная —
в параллельном направлении. По ГОСТ 2789—59 шероховатость измеряется в направлении, дающем наибольшее значение шероховатости. Как правило, этим условиям соответствует поперечная шероховатость.
Этим же ГОСТом установлены следующие определения, относящиеся к шероховатости поверхностей (рисунок 1):
- реальная поверхность
- неровности
— выступы и впадины реальной поверхности;
1
— поверхность заданной геометрической формы, не имеющая неровностей и отклонений формы;
- измеренная поверхность 2
—
поверхность, воспроизведенная в результате измерения реальной поверхности;
- реальный профиль
— сечение реальной поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направлении по отношению к геометрической поверхности;
- геометрический профиль 3
—
- измеренный профиль 4
—
сечение измеренной поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направлении по отношению к геометрической поверхности.
Графическое изображение измеренного профиля называется профилограммой.
3 Параметры оценки и измерение шероховатости поверхности
Для оценки шероховатости поверхности ГОСТ 2789—59 установлены следующие два параметра: среднее арифметическое отклонение профиля -Ra
и высота неровностей -R z
.
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra1
, у2
, ..., уn
) точек измеренного профиля до его средней линии (рисунок 2):
Ra
=( Σ уi
)/n (2)
где уi
- абсолютные (без учета алгебраического знака) расстояния до средней линии;
Средняя линия профиля делит измеряемый профиль таким образом, что в пределах длины участка поверхности, выбираемого для измерения шероховатости, сумма квадратов расстояний (у1
, у2
, ..., уn
) точек профиля для этой линии минимальна.
При определении положения средней линии на профилограмме можно использовать следующее условие: средняя линия должна иметь направление измеренного профиля и делить его таким образом, чтобы в пределах базовой длины l площади F по обеим сторонам от этой ли
F1
+F3
+…+Fn-1
=F2
+F4
+…+Fn
. (3)
Длина участка поверхности, выбираемая для измерения шероховатости, называется базовой длиной и обозначается l.
Высота неровностей R z
характеризует среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии (см. рисунок 2),
R z
=((h1
+h3
+…+h92
+h4
+…+h10
где h1
, h3
, …, h9
h2
,h4
,…,h10
— расстояние от низших точек впадин до линии,параллельной средней линии.
По ГОСТ 2789—59 шероховатость поверхности —
это совокупность неровностей с относительно малыми шагами (расстоянием между вершинами характерных неровностей измеренного профиля), образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине.
Шероховатость поверхности появляется в результате обработки независимо от метода и представляет собой сочетание наложенных друг на друга неровностей с различными шагами.
ГОСТ 2789—59 установлены следующие значения базовых длин:0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8 и 25 мм,
а также 14 классов чистоты поверхности.
a
илиR z
,если заранее не указано какое-либо другое определенное направление измерения шероховатости.
Различные дефекты поверхности (царапины, раковины и т. п.) при измерении шероховатости не учитывают.
эксплуатационные свойства
деталей машин
так как удержание смазки на поверхности деталей при различных условиях трения (в зависимости от нагрузки, скорости, материала сопрягаемых деталей и др.) зависит от микронеровностей поверхностей. Поэтому в зависимости от конкретных условий трения устанавливают оптимальную шероховатость поверхности.
отдельных участков.
Волнистость приводит к увеличению удельного давления, так как трущиеся поверхности соприкасаются с выступами волн; то же происходит и при микронеровностях поверхностей, причем выступы микронеровностей могут деформироваться — сминаться или даже срезаться при движении одной трущейся поверхности относительно другой. Вершины микронеровностей могут вызывать разрывы масляной пленки, вследствие чего в местах разрывов создается сухое трение.
приводят к разрушению детали. Такими очагами могут являться также впадины между гребешками микронеровностей. Это не относится к деталям, изготовляемым из чугунов и цветных сплавов, в которых концентрация напряжений возможна в меньшей степени.
Прочность прессовых соединений также зависит от шероховатости и особенно от высоты микронеровностей; при запрессовке одной детали в другую фактическая величина натяга зависит от шероховатости поверхности и отличается от величины натяга при запрессовке деталей с гладкими поверхностями для тех же диаметров.
От шероховатости поверхности зависит также устойчивость поверхности против коррозии. Чем выше класс чистоты поверхности, тем меньше площадь соприкосновения с коррелирующей средой, тем меньше влияние среды. Чем глубже впадины микронеровностей и чем резче они очерчены, тем больше разрушающее действие коррозии, направленное в глубь металла.
5 Методы и средства оценки шероховатости
поверхности
Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами: качественным и количественным.
ногтем) и сопоставления результатов наблюдений под микроскопом.
Эталоны, применяемые для оценки визуальным способом шероховатости поверхности, 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; можно пользоваться лупой 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. Лннника, профилометра В. М. Киселева и др.
Схема профилографа Б-M. Левина (модель ИЗП-17) приведена на рисунке 3.
,
щель 3 и оптическую систему 5.
Зеркало 8 связано с ощупывающей иглой. Луч света, отраженный от зеркала 7 и затем
от зеркала 8,,
попадая на зеркало 4и далее на цилиндрическую линзу 14,.
Изображение щели проектируется в виде световой точки.
Деталь 10, поверхность которой подвергается измерению, располагается на верхнем диске стола 11, которому придается поступательное движение относительно иглы 9 с одновременным вращением барабана 12.
Скорость снятия профилограммы может меняться изменением скорости вращения барабана. Скорость перемещения стола 11 не зависит от скорости вращения барабана 12, что обеспечивает получение трех горизонтальных масштабов с увеличением 25 и 50.
Размеров вертикального увеличения в пределах 250 — 5000 достигают сменой объектива 6 и установкой иглы 9 в
различные отверстия рычага.
От вертикального увеличения зависит максимальная высота микронеровностей, записываемая на барабане 12;мм)
исследуемой поверхности.
силы в результате колебательных движений ощупывающей иглы.
мкм,
подвешена на пружинах 2.,
которая перемещается в магнитном поле полюсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемые этим перемещением малые токи усиливаются и отмечаются гальванометром.
Датчик перемещается по проверяемой поверхности со скоростью 10—20 мм/сек.
Давление иглы на поверхность проверяемой детали в пределах 0,5—2,5 гс/мм2
.
При подключении к профилометру осциллографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.
Для измерения шероховатости поверхности от 3-го до 9-го классов чистоты применяют двойной микроскоп В. П. Линника (рисунок 5).
Прибор состоит из двух частей: микроскопа А
для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б
для наблюдения и измерения профиля поверхности Оси обеих частей микроскопа наклонены под углом 45° к исследуемой поверхности с совпадением точек пересечения осей с предметными точками объективов.
А
расположена перпендикулярно плоскости оси микроскопа щель 2 с освещением от источника света 1. Объектив 3,
уменьшая, дает изображение а1
щели 2на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутствии на участке поверхности Рмикронеровностей объектив 4 микроскопа Б
в плоскости сетки окуляра 5 даст изображение а2
той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.
При том же расположении микроскопов А
и Бh
часть пучка света, отраженная от участка поверхности Р11
или из точки а'1
поверхности Р'1
, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки а'2
на сетке окуляра 5будет на расстоянииh'Б
, равном
h'
=2*x*h*sm45°, (5)
где х — увеличение объектива 4.
Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б
Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотографировать исследуемую поверхность с высоты неровностей от 0,9 до 60 мкм.
Для измерения микронеровностей от 0,1 до 6 мкм с
увеличением от 400 до 500 применяют микроинтерферометры В. П. Линника с интерференционными полосами, соответствующими профилю исследуемой поверхности в данном сечении (рис. 6). С помощью окуляра производят отсчеты величины а, выражающей величину высоты микронеровностей, и отсчет величины b, соответствующей расстоянию между двумя соседними интерференционными полосами, тогда высота микронеровности
h=0. 25*(a/b),мкм. (6)
помощью указанных выше приборов. Искажение профиля исследуемой поверхности при снятии слепка практически не превышает 2 - 3%.
В качестве материалов для слепков обычно применяют целлулоид, растворяемый в ацетоне. Для получения слепка целлулоид опускают на непродолжительное время (2 — 3 мин}
в ацетон, затем прикладывают к исследуемой поверхности и сушат в течение 10 — 50 мин
(в зависимости от шероховатости обработанной поверхности).
При технологической целесообразности для оценки микрогеометрии поверхности применяют также метод среза.
Исследуемую поверхность покрывают слоем хрома толщиной 5—10 мкм,
а затем производят срез под углом 1 — 2°; срезанную плоскость травят, после чего фотографируют.
увеличение, полученное от косого среза.
Увеличение от косого среза при угле среза 1° составляет 60, а при угле среза 2° — 30 раз. С помощью косого среза можно получить профилограмму с вертикальным увеличением до 8000.
6 Зависимость шероховатости поверхностей и
точности от видов
обработки
Практикой и исследованиями определены взаимосвязи между видами обработки и шероховатостью (классами чистоты) поверхности. Так, например, установлено, что средняя высота неровностей не должна превышать 10 — 25% от допуска на обработку. Это позволило установить достижимую чистоту поверхности для различных видов обработки, а с учетом затрат, необходимых для достижения заданной чистоты, не превышающих затрат при любом другом способе обработки, и экономически достижимую чистоту поверхности.
7 Список использованной литературы.
В. С. Корсаков и др.; Под ред. Корсакова. -изд. 3-е, доп. И перераб. -М.:
"Машиностроение", 1977; 336 с. с ил.
2. Технология машиностроения: В 2 т. Т. 1. Основы технологии
машиностроения: Учебник для вузов /В. М. Бурцев, А. С. Васильев,
А. М. Дальский и др.; Под редакцией А. М. Дальского. - 2-е изд., стереотип.
-М.:Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001; 564 с., ил.
| 
