Реферат: Качество обработанной поверхности

Содержание.

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

   видов обработки.

7 Список литературы.

1ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение- важнейшая отрасль промышленности. Его продукция — машины различного назначения поставлятся всем отраслям  народного хозяйства.

Весьмаактуальна проблема повышения и технологического обеспечения точности вмашиностроении. Точность в машиностроении имеет большое значение для повышенияэксплуатационных качеств машины и технологии их производства. Решение вопросовточности должно решаться комплексно. Так повышение точности механическойобработки снижает трудоемкость сборки в результате устранения пригоночных работи обеспечения взаимозаменяемости деталей изделия. Особое значение имеетточность при автоматизации производства. С развитием автоматизации производствапроблема получения продукции высокого качества становится все более актуальной.Ее решение должно базироваться на глубоком исследовании технологическихфакторов.

Изизложенного выше следует, что установление заданной точности — от-ветственнаязадача конструктора. Точность должна назначаться на основе анализа условийработы машины с учетом экономики ее изготовления и последующей эксплуатации.

2 Определенияи основные понятия

Эксплуатационныесвойства деталей машин и долговечность их работы в значительной степени зависятот состояния их поверхности.

В отличие от теоретическойповерхности деталей, изображаемых на чертеже, реальная поверхность всегда имеетнеровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки.

Высота,форма, характер расположения и направление неровностей поверхностейобрабатываемых заготовок зависят от ряда причин:

режима обработки, условийохлаждения и смазки режущего инстру­мента, химического состава и микроструктурыобрабатываемого ма­териала, конструкции, геометрии и режущей способности инстру­мента,типа и состояния оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.

Различаютследующие отклонения от теоретической поверхности:

макрогеометрические,волнистость и микрогеометрические.

Макрогеометрическиеотклонения — единич­ные, неповторяющиеся регулярно отклонения от теоретической формы поверхности,характеризующиеся большим отношением протяженно­сти поверхности L квеличине отклонения h, которое больше 1000.

Макрогеометрическиеотклонения характеризуют овальность, конусообразность и другие отклонения отправильной геометрической формы.

Волнистостьповерхности представляет собой сово­купность периодически чередующихсявозвышений и впадин с отно­шением шага волны L/h =50…1000.Волнистость является следствием вибрации системы СПИД, а также неравномерностипроцесса резания.

Микрогеометрическиеотклонения, или микро­неровности,образуются при обработке заготовок в результате воздей­ствия режущей кромкиинструмента на обрабатываемую поверхность, а также вследствие пластическойдеформации обрабатываемого мате­риала в процессе резания.

Микронеровностиопределяют шероховатость (негладкость) обра­ботанной поверхности.

Микрогеометрическиеотклонения характеризуются небольшим зна­чением отношения шага микронеровностей S ких высоте h

S/ h< 50.                                (1)

Характери расположение микронеровностей зависят от направле­ния главного движения прирезании и направления движения подачи.

Поперечнаяшероховатость образуется в направлении, перпендику­лярном движению режущегоинструмента, а продольная— в парал­лельном направлении. По ГОСТ 2789—59шероховатость измеряется в направлении, дающем наибольшее значение шероховатости.Как правило, этим условиям соответствует поперечная шероховатость.

Этимже ГОСТом установлены следующие определения, относя­щиеся к шероховатостиповерхностей (рисунок 1):

— реальная поверхность — поверхность, ограничиваю­щая тело и отделяющая егоот окружающей среды;

— неровности — выступы и впадины реальной поверхности;

— геометрическаяповерхность 1— по­верхность заданной геометри­ческой формы, неимеющая неровностей и отклонений формы;

— измеренная   поверхность2— поверх­ность, воспроизведенная в ре­зультатеизмерения реальной поверхности;

— реальный про­филь — сечение  реальной поверхности плоскостью, ори­ентированнойв заданном направлении по отношению к геометрической поверхности;

— геометрический профиль 3— сечениегеометриче­ской поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направ­лениипо отношению к этой поверхности;

— измеренный профиль 4— сечениеизмеренной поверх­ности плоскостью, ориентированной в заданном направлении поот­ношению к геометрической поверхности.

Графическое изображениеизмеренного профиля называется профилограммой.

3Параметры оценки и измерение шероховатости поверхности

Дляоценки шероховатости поверхности ГОСТ 2789—59 установ­лены следующие двапараметра: среднее арифметическое отклонение профиля -Ra ивысота неровностей -Rz.

Среднее арифметическоеотклонение про­филя Raесть среднее значение расстояний (у1,у2, ..., уn ) точек изме­ренногопрофиля до его средней линии (рисунок 2):

Ra =( Σ уi)/n                                                        (2)

где уi — абсолютные (без учета алгебраического знака)расстояния до средней линии;

       n — число измеренных отклонений.

Средняя линия профиля делитизмеряемый профиль таким об­разом, что в пределах длины участка поверхности,выбираемого для измерения шероховатости, сумма квадратов расстояний (у1,у2, ..., уn )  точек профиля для этойлинии минимальна.

При определении положениясредней линии на профилограмме можно использовать следующее условие: средняялиния должна иметь направление измеренного профиля и делить его таким образом,чтобы в пределах базовой длины l площадиF по обеим сторонам от этой ли­

нии до линии профиля былиравны между собой

F1+F3+…+Fn-1 =F2+F4+…+Fn.                                          (3)

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

Высота неровностей Rzхарактеризует среднее расстоя­ние между находящимися в пределах базовой длиныпятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное отлинии, параллельной средней линии (см. рисунок 2),

Rz =((h1+h3+…+h9)- (h2+h4+…+h10))/5                                        (4)

где h1, h3, …, h9—расстояние от высших точек выступов до линии,параллельной средней линии;

       h2,h4,…,h10—расстояние от низших точек впадин до линии, параллельной средней линии.

       По ГОСТ 2789—59шероховатость поверхности— это совокупность неровностей с относительномалыми шагами (расстоянием между  вершинами характерных неровностей измеренногопрофиля), образую­щих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка,длина  которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равнабазовой длине.

Шероховатостьповерхности появляется в результате обработки  независимо от метода ипредставляет собой сочетание наложенных друг на друга неровностей с различнымишагами.

ГОСТ 2789—59 установленыследующие значения базовых длин:0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8 и 25 мм, а также14 классов чистоты поверхности.

Шероховатостьповерхности следует измерять в направлении, которое дает наибольшее значение Ra или Rz, если заранее неуказано какое-либо другое определенное направление измерения шерохова­тости.

Различные дефекты поверхности(царапины, раковины и т. п.) при измерении шероховатости не учитывают.

4 Влияние качества поверхности на

   эксплуатационные свойства

   деталей    машин

Какуказывалось выше, на эксплуатационные свойства деталей машин существенно влияетшероховатость обработанной поверхности, но не во всех случаях чистообработанная поверхность является наи­более износоустойчивой, так как удержаниесмазки на поверхности деталей при различных условиях трения (в зависимости отнагрузки, скорости, материала сопрягаемых деталей и др.) зависит от микро­неровностейповерхностей. Поэтому в зависимости от конкретных усло­вий трения устанавливаютоптимальную шероховатость поверхности.

Наизносоустойчивость поверхности влияют сопротивляемость поверхностного слояразрушению и макрогеометрические отклонения, т. е. отклонения от геометрическойформы, которые приводят к нерав­номерному износу отдельных участков.

Волнистостьприводит к увеличению удельного давления, так как трущиеся поверхностисоприкасаются с выступами волн; то же проис­ходит и при микронеровностяхповерхностей, причем выступы микро­неровностей могут деформироваться —сминаться или даже срезаться при движении одной трущейся поверхностиотносительно другой.Вершины микронеровностей могут вызывать разрывы маслянойпленки, вследствие чего в местах разрывов создается сухое трение.

Вомногих случаях прочность деталей машин зависит также от чистоты обработки.Установлено, что наличие рисок, глубоких и ост­рых царапин создает очагиконцентрации внутренних напряжений, которые в дальнейшем приводят к разрушениюдетали. Такими оча­гами могут являться также впадины между гребешкамимикронеров­ностей. Это не относится к деталям, изготовляемым из чугунов и цвет­ныхсплавов, в которых концентрация напряжений возможна в мень­шей степени.

Прочностьпрессовых соединений также зависит от шероховатости и особенно от высотымикронеровностей; при запрессовке одной детали в другую фактическая величинанатяга зависит от шероховатости поверхности и отличается от величины натяга призапрессовке деталей с гладкими поверхностями для тех же диаметров.

Отшероховатости поверхности зависит также устойчивость поверх­ности противкоррозии. Чем выше класс чистоты поверхности, тем меньше площадьсоприкосновения с коррелирующей средой, тем меньше влияние среды. Чем глубжевпадины микронеровностей и чем резче они очерчены, тем больше разрушающеедействие коррозии, направленное в глубь металла.

5 Методы и средства оценки шероховатости

   поверхности

Шероховатость поверхностиоценивают двумя основными методами: качественным и количественным.

Качественный метод оценкиоснован на сравнении обработанной поверхности с эталоном (образцом) поверхностипосред­ством визуального сопоставления, сопоставления ощущений при ощупываниирукой (пальцем, ладонью, ногтем) и сопоставления результа­тов наблюдений подмикроскопом.

Визуальным способом можнодостаточно точно определять класс чистоты поверхности, за исключением весьматонко обработанных поверхностей.

Эталоны, применяемые дляоценки визуальным способом шерохо­ватости поверхности, должны быть изготовленыиз тех же материа­лов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что идеталь.

Качественную оценку весьматонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа; можнопользоваться лупой с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценкизаключается 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.

Луч света от лампы 1 падаетна зеркало 8 и 7, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5.

Зеркало 8 связано с ощупы­вающейиглой. Луч света, отра­женный от зеркала 7 и затем

от зеркала 8, проходитоптическую систему 6, попадая на зеркало 4и далее нацилиндрическую линзу 14, проектирует изображение щели 3 насветочувтвительную пленку 13, расположенную на барабане 12. Изображениещели проектируется в виде световой точки.

Деталь 10, поверхностькоторой подвергается измерению, распо­лагается на верхнем диске стола 11,которому придается поступатель­ное движение относительно иглы 9 с одновременнымвращением барабана 12.

Скорость снятия профилограммыможет меняться изменением ско­рости вращения барабана. Скорость перемещениястола 11 не зависит от скорости вращения барабана 12, что обеспечиваетполучение трех горизонтальных масштабов с увеличением 25 и 50.

Размеров вертикальногоувеличения в пределах 250 — 5000 дости­гают сменой объектива 6 и установкойиглы 9в различные отверстия рычага.

От вертикального увеличениязависит максимальная высота мик­ронеровностей, записываемая на барабане 12;от горизонтального уве­личения зависит длина профилируемого участка (1,75 — 7 мм)иссле­дуемой поверхности.

Для измерениямикронеровностей в пределах от 4-го до14-го клас­сов чистоты поверхностиприменяют профилометр конструкции В. М. Киселева, принцип действия которогозаключается в возбужде­нии электродвижущей силы в результате коле­бательныхдвижений ощупывающей иглы.

На рисунке 4 приведена схемаэтого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным нако­нечником, радиусзакругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижнийконец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан синдукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полю­сов4 и 6 магнита 5. Возбуждаемые этим переме­щением малые токи усиливаются иотмечаются гальванометром.

Датчик перемещается попроверяемой по­верхности со скоростью 10—20 мм/сек. Давле­ние иглы наповерхность проверяемой детали в пределах 0,5—2,5 гс/мм2.

При подключении кпрофилометру осцил­лографа можно получить профилограмму исследуемойповерхности.

Для измерения шероховатостиповерхности от 3-го до 9-го классов чистоты применяют двойной микроскоп В. П.Линника (рисунок 5).

Прибор состоит из двухчастей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Бдля наблюдения и измерения профиля поверхности       Оси обеих частеймикроскопа наклонены под углом 45° к исследуемой поверхности с совпадениемточек пересечения осей с предметными точ­ками объективов.

В плоскости изображения объек­тива3 микроскопа А расположена перпендикулярно плоскости оси ми­кроскопащель 2 с освещением от источника света 1. Объектив 3, умень­шая, даетизображение а1 щели 2на проверяемой плоскости Р в виде узкойсветящейся линии. При отсут­ствии на участке поверхности Рмикронеровностейобъектив 4 микро­скопа Б в плоскости сетки окуля­ра 5 даст изображение а2той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участкаисследуемой поверхности.

При том же расположениимикроскопов А и Б при наличии мик­ронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверх­ностиР1, при наблюдении будет казаться выходящей из точки а1или из точки а'1 поверхности Р'1, расположенной нарасстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки а'2на сетке окуляра 5будет на расстоянии h'от оси микроскопа Б, равном

h'=2*x*h*sm45°,   (5)

где х — увеличение объектива4.

Для измерений высотынеровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр.

Двойной микроскоп В. П.Линника позволяет также фотогра­фировать исследуемую поверхность с высотынеровностей от 0,9 до 60 мкм.

       Для измерения микронеровностей от 0,1 до 6 мкм сувеличением от 400 до 500 применяют микроинтерферометры В. П. Линника с интер­ференционнымиполосами, соответствующими профилю исследуемой поверхности в данном сечении(рис. 6). С помощью окуляра произ­водят отсчеты величины а, выражающей величинувысоты микронеров­ностей, и отсчет величины b, соответствую­щей расстояниюмежду двумя соседними интерференционными полосами, тогда вы­сотамикронеровности

h=0.25*(a/b), мкм.                                                       (6)

        Для определенияшероховатости по­верхности в труднодоступных местах при­меняют метод снятия сисследуемой поверхности слепков, шерохо­ватость поверхности которых служит вдальнейшем критерием оценки с помощью указанных выше приборов. Искажениепрофиля иссле­дуемой поверхности при снятии слепка практически не превышает 2 — 3%.

В качестве материалов дляслепков обычно применяют целлулоид, растворяемый в ацетоне. Для полученияслепка целлулоид опускают на непродолжительное время (2 — 3 мин} вацетон, затем приклады­вают к исследуемой поверхности и сушат в течение 10 — 50мин (в за­висимости от шероховатости обработанной поверхности).

       При технологическойцелесообразности для оценки микрогеомет­рии поверхности применяют также методсреза.

Исследуемую поверхностьпокрывают слоем хрома толщиной 5—10 мкм, а затем производят срез подуглом 1 — 2°; срезанную плоскость травят, после чего фотографируют.

Фотоснимок представляет собойпрофилограмму, у которой гори­зонтальным увеличением является увеличение,полученное при фото­графировании, а вертикальным является горизонтальноеувеличение, умноженное на увеличение, полученное от косого среза.

Увеличение от косого срезапри угле среза 1° составляет 60, а при угле среза 2° — 30 раз. С помощью косогосреза можно получить про­филограмму с вертикальным увеличением до 8000.

6 Зависимость шероховатости поверхностей и

   точности от видов

   обработки

Практикой и исследованиямиопределены взаимосвязи между видами обработки и шероховатостью (классамичистоты) поверхности. Так, например, установлено, что средняя высотанеровностей не должна превышать 10 — 25% от допуска на обработку. Это позволилоустановить достижимую чистоту поверхности для различных видов обработки, а сучетом затрат, необходимых для достижения заданной чистоты, не превышающихзатрат при любом другом способе обра­ботки, и экономически достижимую чистотуповерхности.

7 Список использованной литературы.

1. Основы технологиимашиностроения: Учебник для вузов /В.М. Кован,

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 длявузов /В.М. Бурцев, А.С. Васильев,

А.М. Дальский и др.; Подредакцией А.М. Дальского. — 2-е изд., стереотип.

-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001; 564 с., ил.