книги / Технология машиностроения.-1

Таблица 10.2 Классы чистоты, получаемые различными методами обработки

		Методы обработки		Классы чистоты
	Точение		чистовое	4– 7
			тонкое	7– 9
	Растачивание		чистовое	4– 7
			тонкое	8– 10
	Фрезерование		чистовое	5– 7
			торцевое отделочное	7– 9
	Развертывание		черновое	7
			чистовое	8– 9
	Протягивание		чистовое	7– 8
			отделочное	9– 10
			черновое	7
	Шлифование
			чистовое	8– 9
			отделочное	10– 11
	Хонингование		чистовое	9– 10
			отделочное	11– 13
	Суперфиниш		чистовой	10– 11
			тонкий	12– 14
	Притирка		чистовая	10– 11
			отделочная	12– 14
	Полирование		чистовое	9– 10
			отделочное	11– 13

На рис. 10.1 показана схема формирования микронеровностей обработанной поверхности резцом с заостренной вершиной. Условные обозначения: V – скорость главного движения резания; t – глубина резания; S – подача на оборот; Rz – шероховатость обработанной поверхности; ϕ – главный угол в плане. Режим обработки дол-

111

жен удовлетворять заданным технологическим требованиям в отношении шероховатости полученной поверхности. Исходя из назначенных параметров режима резания (подача S, глубина t, скорость V, геометрия режущей части резца) предварительно можно определить размер микронеровностей обработанной поверхности.

Рис. 10.1. Схема формирования микронеровностей (шероховатость) обработанной поверхности при продольном точении

В результате обработки при определении размера шероховатости (параметр Rz) исходят из геометрической формы режущей части (вершины резца), а также из соотношения площади поперечного сечения срезаемого слоя материала и перемещения резца за каждый оборот шпинделя (подача S).

Теоретическая высота микронеровностей (Rz) без учета жесткости, вибраций и люфтов технологической системы

	RZ =	S	.	(19)
		ctg ϕ+ctg ϕ1

Условие резания для данной схемы: t > R (рис. 10.2).

Размеры микронеровностей обработанной поверхности устанавливаются либо по справочным таблицам, либо расчетным путем.

112

Рис. 10.2. Закругление главной режущей кромки

Теоретическая высота микронеровностей для обработки резцом с закругленной вершиной (рис. 10.3):

					S	2
	теоретическая формула RZ = r		−	1− 4r2				;
		1

условие резания t > r;

упрощенная формула RZ = S 2 . 8r

Рис. 10.3. Схема формирования микронеровностей резцом с закругленной вершиной

Чем больше подача S, угол ϕ и угол ϕ1 и меньше радиус r, тем больше высота микронеровностей Rz.

113

Предварительный расчет величины микронеровностей обрабатываемой поверхности производят для чистового точения, так как при черновом точении качество поверхности после обработки не имеет существенного значения.

Для чистовой токарной обработки применяют так называемые зачистные пластины (рис 10.4). Они позволяют получить наилучшее качество поверхности, а длина зачистного участка a ≥ S – условие работы зачистной пластины.

Рис. 10.4. Схема обработки поверхности зачистной пластиной

10.3. Взаимосвязь точности и шероховатости

Здесь приводится ориентировочная взаимосвязь допуска размера и параметров шероховатости. Параметры шероховатости

идопуски на размеры обрабатываемых поверхностей взаимосвязаны

идолжны соответствовать друг другу (табл. 10.3).

Таблица 10.3 Ориентировочные соотношения точности и шероховатости

	Допуск размера, мкм	Класс шероховатости ;
		Параметр шероховатости Ra, Rz
	3,5	11 – Ra0,1
		10 – Ra0,2
	6,5	10 – Ra0,2
		9 – Ra0,4

114

Окончание табл. 10.3

	Допуск размера, мкм	Класс шероховатости ;
		Параметр шероховатости Ra, Rz
	13	9 – Ra0,4
		8 – Ra0,8
	25	8 – Ra0,8
		7 – Ra1,6
	40	7 – Ra1,6
		6 – Ra3,2
	75	6 – Ra3,2
		5 – Rz25 [Ra5]
	150	5 – Rz25 [Ra5]
		4 – Rz50 [Ra10]
	250	4 – Rz50 [Ra10]
		3 – Rz100 [Ra20]
	500	3 – Rz100 [Ra20]
		3 – Rz200 [Ra40]

Ориентировочно T = 18.

Ra

Контрольные вопросы по главе

1.Характеристики качества поверхности деталей машин.

2.Факторы, влияющие на качество поверхности.

3.Основные физико-механические характеристики поверхностного слоя.

4.Понятие наклепа.

5.Влияние силовых и тепловых факторов на наклеп.

6.Основные показатели шероховатости.

7.Схема формирования микронеровностей резцом с заостренной вершиной.

8.Схема формирования микронеровностей резцом с закругленной вершиной.

9.Условие и принцип работы зачистной пластины.

10.Взаимосвязь точности и шероховатости.

115

11. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА В ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Ответственные детали машин и механизмов испытывают в процессе работы высокие механические нагрузки. Такие детали требуют упрочняющей термической обработки на заданную твердость (указывается на чертеже детали). Иногда деталь должна быть не столько прочной, сколько эластичной, относительно «мягкой», т.е. назначается смягчающая термообработка.

Упрочняющая обработка:

•закалка и последующий отпуск;

•поверхностная закалка ТВЧ;

•цементация с последующей закалкой и отпуском;

•азотирование.

Упрочняющая обработка повышает твердость и прочность сталей, однако затрудняет механическую обработку. Поэтому, как правило, твердые поверхности заготовок не обрабатывают режущим инструментом (лезвием), если твердость их HRC ≥ 40 ед. (НВ ≥ 400). В то же время «мягкие» (НRC ≤ 24 ед.), стали и сплавы хорошо обрабатываются лезвийным инструментом, но их не следует подвергать шлифованию. Такие операции, как отжиг, закалка, цементация, вызывают окаление и обезуглероживание поверхностей детали, поэтому данные дефекты следует удалять.

Низкоуглеродистые стали, содержащие ≤ 0,25 % С (углерода), закалку не воспринимают, однако они подвергаются химикотермической обработке – цементации.

Цементация проводится при нагреве на 930 °С в специальных печах – карбюризаторах. Насыщение углеродом идет со скоростью до 0,15 мм/ч. После закалки упрочняется только цементированная рабочая поверхность, а сердцевина остается неупрочненной, относительно мягкой и пластичной.

Азотирование применяется для придания особо высокой износостойкости рабочих поверхностей деталей. Производится при на-

116

греве детали в атмосфере атомарного азота при 510 °С, скорость формирования азотного слоя 0,015 мм/ч.

Смягчающая термическая обработка:

•отжиг;

•высокий отпуск.

Твердость

Под твердостью понимают сопротивление, которое одно тело оказывает проникновению в него другого более твердого тела.

В технике предпочтительны методы испытания, при которых остаются измеримые отпечатки. При этом в процессе испытания вокруг отпечатка возникает наклёп испытуемого образца.

Степень наклепа зависит от формы вдавливаемого тела и глубины вдавливания, так что «числа твердости», получаемые различными инденторами, нельзя однозначно сравнивать между собой даже при одинаковой расчетной формуле.

Статические методы испытаний

При статическом испытании твердости индентор вдавливается в образец под воздействием силы, непрерывно возрастающей до заданного предела.

Твердость по Бринеллю (НВ): измерение твердости производится вдавливанием стального шарика диаметром D под воздействием нагрузки Р, приложенной в течение определенного времени. После удаления нагрузки измеряют диаметр отпечатка d, оставшегося на поверхности образца.

HB =	2P	).	(20)
	ΠD(D − D2 −d 2

Твердость испытываемых черных и цветных металлов не должна превышать 450 единиц.

Для более точного определения твердости (крупнозернистые материалы и материалы с различными структурными составляющи-

117

ми) следует применять шарик с наибольшим диаметром D = 10 мм. Время нагрузки t = 10 с.

Для стали существует соотношение между твердостью по Бринеллю и пределом прочности σв = R HB, R = 0,32÷0,36 (табл. 11.1).

Пользуются средним переводным коэффициентом R = 0,35. Твердость по Роквеллу. Метод основан на измерении глубины

проникновения твёрдого наконечника индентора в исследуемый материал при приложении одинаковой для каждой шкалы твердости нагрузки, в зависимости от шкалы обычно 60, 100 и 150 кгс. В качестве инденторов в методе применяются прочные шарики и алмазные конусы с углом при вершине 120° со скруглённым или острым концом. Из-за своей простоты, скорости по сравнению с другими методами и воспроизводимости результатов он является одним из наиболее распространённых методов испытаний материалов на твёрдость.

Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось меньшее число твёрдости по Роквеллу, твёрдость определяют по формуле

	HB = N −	H −h	,	(21)
		s

где разность H – h – относительная глубина проникновения индентора под предварительной и основной нагрузками, мм; N, s – константы, зависящие от конкретной шкалы Роквелла. Таким образом, твердость по Роквеллу является безразмерной величиной.

Твёрдость по Виккерсу (HV). Индентор в форме правильной четырехгранной алмазной пирамиды вдавливается в испытываемый образец под действием нагрузки Р, приложенной в течение определенного времени.

После удаления нагрузки измеряют диагонали d отпечатка на поверхности образца.

HV = 1,8544 p/d2.

(22)

Нагрузка: 5; 10; 20; 30; 50; 100 кГс.

118

Продолжительность нагрузки:

–для черных металлов 10–15 с.

–для цветных 30 с.

Измерение отпечатков производится с помощью оптического устройства. Поверхность образца должна иметь шероховатость не более Ra = 0,16 мкм.

Метод Виккерса дает для всех материалов (мягкие – твердые) сквозную однозначную шкалу твердости. Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность и для всех материалов с твердостью до 450 ед. практически совпадают. Метод Виккерса – самый совершенный метод испытания твердости.

			Таблица 11.1
Перевод единиц твердости
Предел прочности, МПа	Виккерс HV	Бринелль HB	Роквелл, HRC
255	80	76	–
270	85	80,7	–
285	90	85,5	–
305	95	90,2	–
320	100	95,0	–
350	110	105	–
385	120	114	–
415	130	124	–
450	140	133	–
480	150	143	–
510	160	152	–
545	170	162	–
575	180	171	–
640	200	190	–
660	205	195	–
675	210	199	–
690	215	204	–
705	220	209	–

119

Продолжение табл. 11.1

Предел прочности, МПа	Виккерс HV	Бринелль HB	Роквелл, HRC
720	225	214	–
740	230	219	–
770	240	228	20,3
800	250	238	22,2
820	255	242	23,1
835	260	247	24,0
850	265	252	24,8
865	270	257	25,6
960	280	266	27,1
930	290	276	28,5
950	295	280	29,2
965	300	285	29,8
1030	320	304	32,2
1060	330	314	33,3
1095	340	323	34,4
1125	350	333	35,5
1155	360	342	36,6
1190	370	352	37,7
1220	380	361	38,8
1255	390	371	39,8
1290	400	380	40,8
1320	410	390	41,8
1350	420	399	42,7
1385	430	409	43,6
1420	440	418	44,5
1485	460	437	46,1
1555	480	–	47,7
1595	490	–	48,4
1630	500	–	49,1
1665	510	–	49,8
1700	520	–	50,5

120