книги / Основы технологии машиностроения

	Качество поверхностей заготовок и деталей машин			151
на	Литые заготовки серого чугуна имеют обычно перлитную корку
	глубине порядка 300 мк 1	(перлитная	зона) и за	ней — зону
со	значительным содержанием	феррита,	переходящую	постепенно
в основную структуру (переходная зона).			заготовок обычно имеет
	Поверхностный слой литых	стальных

зону обезуглероживания глубиной до 200 мк и далее переходную зону с частичным обезуглероживанием.

В результате механической обработки стали снятием стружки наблюдаются три зоны:

а) зона резко выраженной деформации, которая характеризуется значительными искажениями кристаллической решетки, измельчен­ ными зернами, завихренным строением структурных составляющих и резким повышением микротвердости;

б) зона деформации, которая характеризуется вытянутыми зер­ нами, наволакиванием одних зерен на другие и значительным снижением микротвердости сравнительно с верхним слоем;

в) переходная зона, представляющая собой зону влияния дефор­ мации и постепенного перехода к нормальному строению основного металла.

При обработке серого чугуна иногда обнаруживается слабо выра­ женная деформация на глубину не более 15 мк..

Чистота поверхностей в результате обработки снятием стружки изменяется в широких пределах в зависимости от методов и режим­ ных условий обработки, от геометрии режущего инструмента и сте­ пени доводки режущего лезвия.

В зависимости от этих факторов и других технологических усло­ вий обработки лезвийными инструментами получаем: шероховатость Нср в пределах 5—200 мк, т. е. от 7 до 1-го класса чистоты поверх­ ности по ГОСТу 2789-51; зону деформации от 50 до 500 мк и зону резко выраженной деформации от 10 до 100 мк. При тонкой обработке лезвийными инструментами получаем: 7—8-й класс чистоты (Нср ^ ^ 2 -г- 6 мк)ш, зону деформации, не превышающую 50 мк\ при этом зоны резко выраженной деформации не наблюдается. Шлифование дает Иср = 3 -f- 15 мк (т. е. 8—5-й класс чистоты), зону деформа­ ции 20—60 мк и зону резко выраженной деформации 10—20 мк. Тонкая обработка абразивными инструментами обеспечивает Нср в интервале значений 2—0,1 мк и менее (8—13-й класс чистоты) и зону деформации в пределах 1—5 мк.

\у Качество механически обработанной поверхности в значитель­ ной степени зависит от технологических условий обработки Влия­ ние режимов резания на чистоту поверхности стальных заготовок характеризуется следующими данными.

Шероховатость обработанной поверхности возрастает при обра­ ботке со скоростями резания, обусловливающими образование так

1 В исследованиях автора глубина перлитной корки достигала в единичных случаях 420 и 540 мк , но в основном колебалась от 140 до 320 мк.

152	Точность в машиностроении

называемого нароста. При этом высота микронеровностей Нер дости­ гает наибольшего значения при скоростях резания 15—20 м/мин. При дальнейшем увеличении скоростей резания, при прочих неиз­ менных условиях, чистота поверхности улучшается, стабилизируясь при скоростях резания более 100—150 м/мин.

Фиг. 94. Кривая, характеризующая влияние скорости резания на чистоту поверхности.

Общий характер зависимости чистоты поверхности от скорости резания показан на фиг. 94, где высота микронеровнос.тей до линии ab образуется в результате действия других причин, а увеличение

Фиг. 95. Влияние продольной подачи на чистоту поверхности при точении стали 45.

высоты микронеровностей выше линии ab относится за счет наростообразования.

С увеличением скорости резания глубина наклепа возрастает, однако при скоростях резания выше 200 м/мин она уменьшается.

Чистота поверхности ухулшается: при сверлении со скоростями резания в диапазоне 15—25 м/мин\ при зенкеровании в диапазоне скоростей резания 20—35 м/мин\ лучшая чистота поверхности полу­ чается при развертывании со скоростью резания 4—5 м/мин [20].

На фиг. 95 показана экспериментальная кривая влияния про­ дольной подачи на чистоту поверхности при точении стали конструк­ ционной марки 45 резцом с углом в плане 45° и радиусом закругле­ ния вершины 2,5 мм при скорости резания ' v= 50 м/мин и глубине

Качество поверхностей заготовок и деталей машин

153

резания t = 0,5 мм. При увеличении подачи увеличивается и глу. бина наклепа.

На основании экспериментальных данных можно считать, что глубина резания не влияет на чистоту поверхности г. Глубина и сте­ пень наклепа также почти не изменяются с изменением глубины резания 120].

Однако влияние глубины резания на чистоту поверхности может иметь место при обработке пластичных металлов в зоне наклепа, образовавшегося на смежной предшествующей операции. В этих случаях чистота поверхности повышается сравнительно с резанием по слоям, не получившим наклепа при предшествующей обработке. Вообще говоря, повышение твердости обрабатываемого металла улуч­

шает в той или иной степени	чистоту обработанной поверхности
и уменьшает степень и глубину	наклепа.

Соответствующим выбором охлаждающе-смазывающей жидко­ сти можно достигнуть значительного улучшения чистоты поверх­ ности и повышения стойкости инструмента 129].

Геометрические параметры режущего инструмента также влияют на чистоту поверхности. Экспериментальные данные показывают значительное влияние радиуса закругления вершины резца на чистоту поверхности. В небольшой степени влияет на чистоту поверхности величина переднего угла. Задний угол, определяющий поверхность трения инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки, также оказывает некоторое влияние на чистоту обработанной поверх­ ности. Незначительно ухудшается чистота поверхности при увели­ чении главного угла в плане в пределах 30—60°. При увеличении вспомогательного угла в плане чистота поверхности также ухуд­ шается [57 ].

Микронеровности режущей кромки инструмента копируются на обработанной поверхности; особенно это заметно при чистовой обработке инструментами с широкой режущей кромкой—развертками, протяжками, широкими резцами. Затупление режущего инструмента неблагоприятно отражается на чистоте обработанной поверхности. Помимо свойств обрабатываемого материала, геометрии режущего инструмента и явлений, связанных с процессом стружкообразования, на получаемую при обработке чистоту поверхности оказывает существенное влияние жесткость технологической системы станок— заготовка — инструмент. При неизменной характеристике жестко­ сти станка и инструмента чистота поверхности зависит от конструк­ тивных особенностей и размерных соотношений обрабатываемых заготовок, а также от жесткости их закрепления. При консольном креплении обрабатываемого вала (фиг 96, а) чистота поверхности понижается на свободном конце вала; при обработке в центрах с вра­ щающимся задним центром (фиг. 96, б) чистота поверхности сни-

1 Эксперименты производились при глубине резания 0,5—5 м м . При глубине резания, превышавшей 5 м м , опыты автором не производились; экспериментальными данными других исследователей автор не располагает.

154	Точность в машиностроении

жается у заднего центра при длине вала / до 15 диаметров (d), а при большей длине вала чистота поверхности ухудшается от заднего центра к середине его длины и затем улучшается по мере приближе-

ч			-	ь------ L ---- -I
	1 * ___			. t
—	Ча--------		-1 Ь -2 ____		*
	1	^	*	1	1 *

--------L------ --

ч	*		ч	t	J j
------	— Чз	--------- G		Чз
		L		Ч ”	Т
	t	^

Фиг. 96. Схемы закрепления валов и эпюры значений Н ск по их длине.

ния к переднему центру. Аналогичная картина создается при крепле­ нии вала в патроне и на заднем вращающемся центре (фиг. 96, е); однако в этом случае для валов длиной более 15d наиболее низкая чистота поверхности .наблюдается на 0,4 длины вала от торца, под­ держиваемого задним центром; на середину вала эта характеристика чистоты не распространяется. Совершенно такую же картин} (фиг. 96, г) наблюдаем при креплении вала в патроне с установкой другого конца вала в люнете [31 ]. Таким образом, при обтачивании лаготовок в неизменных условиях получается неоднородность

Качество поверхностей заготовок и деталей машин

155

чистоты поверхности в пределах одного класса чистоты по ГОСТу 2789-51, а иногда в пределах двух смежных классов. Это говорит о трудности достижения в производстве чистоты поверхностей, огра­ ниченной узкими пределами. Поперечный размер (диаметр) обра­

батываемой детали не влияет на

Нс

чистоту

поверхности

(фиг.

97).

Опыты производились при

обра­

мк

Ч

* 5

ботке

ступенчатых заготовок, при

неизменных режимах

резания для

§

каждого из исследуемых

материа­

I*

лов. Аналогичные опыты были про­

0

ведены при шлифовании; они также

* 3

подтвердили, что диаметр детали

1

3

не влияет на чистоту поверхности

Г

(фиг. 98).

>4

При шлифовании

наиболее су­

щественное влияние на чистоту по­

20

40

60

80

100

120 140мм

верхности оказывают: зернистость

Диаметр поверхности

шлифовального круга — чем выше

Фиг. 97.

Влияние

диаметра обраба­

номер зернистости, тем

выше чи­

тываемой заготовки

на

чистоту

стота

поверхности; окружная ско­

поверхности:

рость

круга — чем выше скорость,

кривая

/ — при

растачивании

стали

45;

тем чище поверхность;

скорость

кривая

2 — при

обтачивании

стали

45;

кривая 3 —при обтачивании бронзы;

кри­

вращения

(перемещения) обраба­

вая

4 — при обтачивании чугуна.

тываемой

заготовки — чем

выше

шлифования —

скорость, тем ниже чистота поверхности;, глубина

чем меньше глубина

шлифования,

тем чище поверхность;

выхажи-

Фиг. 98. Влияние диаметра изготовляемой детали на чистоту шлифованной поверхности.

ванне (проходы без поперечной подачи) повышает чистоту поверх­ ности.

Зная влияние технологических условий обработки на качество поверхности, получаем возможность создавать условия обработки, обеспечивающие достижение заданной чистоты поверхности 1571.

В практической работе технологи пользуются, вспомогательными материалами, созданными на основе экспериментальных данных, для нахождения наиболее правильного сочетания условий обработки в целях получения заданной чистоты поверхности. Для ориентиро­

156 Точность в машиностроении

вочного определения чистоты поверхности в зависимости от режимов

резания	можно пользоваться номограммами типа приведенной
на фиг.	99 [31].

При пользовании номограммой нужно учитывать следующее: номограмма служит для ориентировочного определения чистоты

■а-

I 1 <!

0,1

З а д а н н а я I п о д а ч а

0,1 °’1. ’0,2

оз- 0,2

03

0,3

O f 0 3

0,5

0,4 0,4

0,6

0,5

0,5

0,6

0,6

Подача

вMMjоб

	Заданная
	/скорость
	/ резания
О-	50
25	7 5 "
50	,100
\юо
	Искомая
	ч и с т о т а

Скорость

резания в м/мин

Нек

/а

13-

12

11

10

9 В

8

7

6

5

4, В

3

г В

Фиг 99. Номограмма	для	определения чистоты поверхности
Н ск	при	чистовом точении

поверхности, обточенной вновь заправленными резцами с радиусом закругления при вершине 2,0—3,0 мм\ предусмотрена обработка стали 45 с охлаждением эмульсией, обработка чугуна и бронзы без охлаждения. При затуплении резца чистота ухудшается на 15—20%; при растачивании отверстий чистота понижается на один разряд.

Определяемая по номограмме чистота поверхности может быть обеспечена при достаточной жесткости системы станок — заготовка— инструмент.

Качество поверхностей заготовок и деталей машин

157

Класс чистоты поверхности задается конструктором, который, чтобы не осложнять технологический процесс обработки, не должен предъявлять необоснованно повышенных требований к чистоте поверхностей конструируемой им детали.

Существует определенная технологическая взаимосвязь между точностью обработки и чистотой поверхности, заключающаяся в том, что методы обработки, применяемые для достижения высокой точно­ сти, обеспечивают также и высокую чистоту поверхности, а методы, применяемые.для предварительной обработки, дают и меньшую точ­ ность и более грубую поверхность г. Технолог весьма заинтересо­ ван в сохранении этой взаимосвязи на рабочих чертежах детали12.

Однако в ряде случаев при невысоких классах точности требуется высокая чистота поверхности. В этих случаях прибегают к отделоч­ ному шлифованию или полированию, которые не повышают точность обработки, либо, если требуется менее высока,я чистота поверхности, к однократному шлифованию, которое повышает несколько и точность обработки.

При назначении класса чистоты поверхности можно также поль­ зоваться следующими общими указаниями.

Для свободных несопрягаемых поверхностей, обрабатываемых в целях соблюдения габаритных размеров и удаления излишка материала чугунных и стальных деталей, можно ограничиваться 4- м и даже 3-м классами чистоты; для цветных сплавов в этом случае задается обычно 5-й класс чистоты.

Для неответственных деталей, размеры которых, принятые по кон­ структивным соображениям, обеспечивают большой запас проч­ ности, можно назначать 4—5-й классы чистоты поверхности, если эти детали не испытывают значительных растягивающих напряжений и работают в условиях, не вызывающих вибраций.

Для стальных деталей, испытывающих сравнительно небольшие напряжения на наружной поверхности, следует назначать не ниже 5- го класса чистоты поверхности.

Для подвижных сопряжений с прямолинейным непродолжитель­ ным перемещением при небольшой скорости и невысокой нагрузке и для неподвижных ответственных соединений назначают 5-й класс чистоты поверхности.

Для деталей вращательного движения (шейки валов, втулки), работающих с небольшой нагрузкой при незначительной скорости и для неответственных деталей, работающих на растяжение, можно ограничиваться 7-м классом чистоты поверхности.

Для деталей вращательного движения, работающих с большими скоростями, для ответственных деталей, работающих на растяжение (например, стяжные болты двигателей), для уплотняющих колец,

1	См. приложения 5а и 56.
2	В приложении 5в даны указания по назначению чистоты поверхности в зави­
симости от заданного допуска на размер.		г

158 Точность в машиностроении

для подвижных сопряжений с прямолинейным перемещением при значительной скорости и высокой нагрузке следует назначать 8-й класс чистоты поверхности.

Для тяжело нагруженных опор и цапф и для шеек валов и скалок, работающих с уплотнением, следует назначать 9—10-й класс чистоты поверхности.

Для подвижных сопряжений в условиях высоких скоростей и давлений назначают 11—12-й и даже 13-й классы чистоты поверх­ ности.

Эти указания к назначению чистоты элементарных поверхностей деталей машин следует рассматривать как ориентировочные опытные данные. По-видимому, для каждого материала, в зависимости от на­ значения и эксплуатационных условий работы детали, может быть установлена оптимальная чистота поверхности, повышающая изно­ состойкость металла. Наряду с этим возникает вопрос об износостой­ ком поверхностном слое, в первую очередь подвергающемся разру­ шению при эксплуатации.

Развитие учения о качестве поверхности, наряду с совре­

менными достижениями науки и техники,	несомненно,	приведет
к успешному решению поставленных задач.	В частности,	развитие

атомной техники позволяет поставить вопрос об упрочнении поверх­ ностного слоя деталей и изменении механических и химических свойств металла путем ядерного облучения.

ГЛАВА III

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ

§ 1. Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Х М ЕТОДОВ П РО И ЗВ О Д С ТВ А Д Е Т А Л Е Й М А Ш И Н

Целевое назначение и общее содержание характеристики технологических методов производства деталей машин.

Металлические детали машин. Заготовки для металлических деталей машин. Прокат. Применение проката специальных профилей. Применение профильного

волочения. Характеристика методов правки и резки проката.

Поковки. Характеристика методов изготовления поковок: свободной ковкой, ковкой в подкладных штампах, штамповкой в закрепленных штампах. Характе­ ристика методов калибровки штампованных поковок. Области применения: верти­ кально-ковочных, ротационно-ковочных, горизонтально-гибочных машин и ковоч­ ных вальцов.

Детали машин, изготовляемые холодной высадкой и листовой штамповкой. Характеристика и области применения этих методов.

Отливки. Характеристика методов изготовления заготовок и деталей машин литьем в почву, в земляные формы в опоках, в стержневые формы, в постоянные формы, центробежным литьем, литьем под давлением, литьем по выплавляемой модели, литьем в оболочковые формы.

Механическая обработка заготовок. Характеристика методов механической

обработки.	обработка	заготовок. Характеристика электрохимических
Электрическая
и электроискровых	методов обработки.
Обработка ультразвуковыми		колебаниями.

Очистка деталей машин и заготовок в процессе обработки.

Термическая и химико-термическая обработка. Краткая характеристика и обла­ сти применения методов термической обработки. Краткие сведения о деформации стали при термической обработке.

Нанесение покрытий на детали машин. Краткая характеристика и назначение гальванических покрытий, металлизации распылением и лакокрасочных покрытий. Покрытие деталей смазкой.

Исправление брака заготовок в процессе производства деталей машин. Металлокерамические детали машин. Общая характеристика методов производ­

ства металлокерамических деталей машин.

Детали машин из пластмасс. Общая характеристика методов производства деталей машин из пластмасс. Особенности обработки пластмасс резанием.

Для выбора технологических методов производства дадим точно­ стную характеристику этих методов и укажем области их примене­ ния.

160 Характеристика технологических методов производства

Характеристика технологических методов производства дета­ лей машин имеет целью ориентировать технолога относительно выбора технологических методов применительно к заданным про­ изводственным условиям. Сущность рассматриваемых методов в характеристике, как правило, не излагается, так как эти методы известны из предшествующих курсов. Поэтому ограничиваемся

восновном точностной характеристикой методов производства. Характеризовать трудоемкость процессов производства и про­

изводительность труда применительно к различным технологиче­ ским методам не представляется, к сожалению, возможным, так как эти показатели изменяются в широких пределах для одного и того же технологического метода в зависимости от ряда факторов (конфигу­ рации, размеров, веса детали и т. д.).

Поэтому в возможной степени указываются области применения рассматриваемых методов и сообщаются по ним сведения, которые могут быть полезными при разработке комплексных технологиче­ ских процессов и выборе технологии производства на основе увязки выходных параметров процессов выполнения заготовок с последую­ щей их обработкой.

Учитывая взаимосвязь заготовительных процессов с последую­ щей обработкой заготовок, дадим характеристику методов выпол­ нения заготовок и методов их обработки.

Переходя к характеристике технологических методов производ­ ства дадим некоторые определения.

З а г о т о в к о й назовем отливку, поковку, прокат, которые подвергаются последующей обработке для получения готовой детали. Такую заготовку до начала обработки будем называть ч е р н о й з а г о т о в к о й .

Деталь может быть получена не только в результате обработки заготовки на станках, но и непосредственно литьем или обработкой давлением, если при этом достигается полная идентичность ее детали, заданной чертежом.

Обжатый слиток для свободной ковки крупных деталей, отрезан­ ный кусок сортового проката для свободной ковки или штамповки назовем и с х о д н о й з а г о т о в к о й .

А. Металлические детали машин

При выборе заготовки необходимо учитывать: а) конфигурацию, размеры и вес заготовки;

б) материал заготовки, назначаемый применительно к требова­ ниям, предъявляемым к детали (прочность, износоустойчивость

и т.	п.);
в) количество выполняемых заготовок;
г)	желательное направление волокон металла, определяющее
для поковок построение процесса обработки;
д)	точность выполнения и качество поверхности заготовки.