«Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей обработанной поверхности с относительно малыми шагами. На шероховатость поверхности, обработанной ...»

-2514600-1206500-2426335317500-15728952159000-14846301524000

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ И ТВЁРДОСТИ МАТЕРИАЛА ЗАГОТОВКИ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Основы технологии машиностроения" для студентов направления ООП 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ Б3.В.1 Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств

Цель работы

– Установление влияния технологических факторов на формирование шероховатости поверхности детали.

– Освоение методики измерения шероховатости поверхности.

– Установление влияние требований шероховатости поверхности на трудоёмкость изготовления детали.

Задание

1,Исследовать влияние режимов резания на шероховатость обработанной поверхности при точении.

2.Исследовать влияние твёрдости материала заготовки на шероховатость обработанной поверхности при шлифовании.

По результатам исследования построить эмпирические зависимости и сделать выводы.

Необходимое оборудование и технологическая оснастка.

Токарный станок модели 16К20, плоскошлифовальный станок модели ЗГ71. Резец проходной с пластинкой твёрдого сплава Т15К6 и геометрией заточки = 45° и радиусом при вершине r – 1 мм. Шлифовальный круг Э950СМ1К5 ППЗ00х80х65 30...35 м/с. Секундомер (по 1 шт/ на бригаду). Образцы шероховатости по стали ГОСТ 9378-93. Микрометры: МК25, МК50 ГОСТ 6507-90. Набор концевых мер ГОСТ 9038-90. Компактный измерительный прибор шероховатости поверхности для мобильного использования в условиях лабораторий MarSurf PS1 [13].

Прибор Роквелла или твердомер динамический малогабаритный ТДМ-3 [24]. Заготовки: а) валики, показанные на рисунке 1, из стали 45; б) кольца (рис. 2) из сталей разных марок (20, 45, У8, 65Г, 12ХМЮА, ШХ15) или закалённые до разных пределов твёрдости: 30...60 HRC (10-12 колец на бригаду, причём должно быть два кольца одной твёрдости).

Рис. 1 Эскиз вала для проведения исследований влияния режимов резания

Рис. 2. Эскиз кольца для поведения исследований влияния твердости

Требуемый объём знаний

Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей обработанной поверхности с относительно малыми шагами.

На шероховатость поверхности, обработанной резанием, оказывает влияние большое число факторов, связанных с условиями обработки заготовки. В частности, высота и форма неровностей, а также характер расположения и направление 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;

– пластическая и упругая деформация обрабатываемого материала;

– возникновение 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 определяются формой и состоянием режущих лезвий, и теми элементами режима резания, которые влияют на изменение траектории движения режущих лезвий относительно обрабатываемой поверхности.

При обработке на токарном станке за один оборот заготовки вершина резца переместится из одного положения в другое вдоль образующей цилиндрической поверхности на шаг, равный подаче. При этом на обработанной поверхности останется часть материала, не снятая резцом и образующая остаточный гребешок. Величина и форма гребешка зависят от подачи на оборот и формы режущей части резца, характеризуемой углами и 1 и радиусом вершины. По мере затупления лезвия на режущих кромках появляются зазубрины, что также влияет на шероховатость. По данным исследований, при точении шероховатость от затупления возрастает на 50...60%, при фрезеровании цилиндрическими фрезами – на 100...115%, торцовыми фрезами – на 35...45%, свёрлами – на 30...40% и развёртывании – на 20...30%.

При цилиндрическом фрезеровании на шероховатость в направлении продольной подачи стола оказывает влияние радиальное биение фрезы, а при фрезеровании торцовой фрезой – торцовое биение.

При шлифовании на шероховатость поверхности оказывают влияние геометрические характеристики абразивных зёрен, расстояние между ними. При шлифовании каждое абразивное зерно прорезает в материале царапину. После правки шлифовального круга алмазным инструментом на его поверхности появляются винтовые неровности, которые тоже переносятся на обрабатываемую поверхность. В зависимости от метода обработки и типа режущего инструмента неровности на поверхности детали имеют соответствующее направление.

Пластические и упругие деформации материала оказывают при обработке резанием влияние на поверхностный слой детали. Поверхностный слой детали из пластических материалов деформируется, в результате возникают неровности обработанной поверхности. При обработке хрупких металлов имеет место вырывание отдельных частиц металла.

Пластические деформации при обработке резанием лезвийным инструментом зависят от скорости резания. В диапазоне скоростей 20...40 м/мин под действием усилий, прижимающих слои металла к передней поверхности резца, и высокой температуры слои металла привариваются к передней и частично к задней поверхности резца, образуя нарост, который изменяет форму режущей кромки лезвия и резко увеличивает шероховатость. По мере возрастания скорости резания увеличивается количество теплоты, выделяемой в процессе образования стружки, нарост, нагреваясь быстрее остальной части зоны деформации, разрушается, и шероховатость уменьшается.

Во время отделения стружки резцом часть металла заготовки, лежащей под ним, поднимается его закруглённой частью, подвергаясь упругой и пластической деформации. После прохождения резца этот не срезанный слой металла частично и неравномерно упруго восстанавливается и вызывает трение по задней поверхности, тем самым увеличивается высота неровности профиля поверхности. При высоких скоростях резания глубина пластически деформированного слоя уменьшается.

Вибрации, возникающие в технологической системе, и создающие относительные колебательные движения заготовки и режущего инструмента, также являются причиной возникновения шероховатости. При этом чем выше амплитуда колебаний, тем больше шероховатость.

Преобладающее влияние на формирование шероховатости поверхности оказывает (как правило) одна из трёх 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 чётко выраженных закономерностей.

По ГОСТ 2789-73 установлено шесть параметров шероховатости:

среднее арифметическое отклонение профиля Ra;

высота неровностей профиля по десяти точкам Rz;

наибольшая высота неровностей профиля Rmax;

средний шаг неровностей Sm;

средний шаг неровностей профиля по вершинам S;

относительная опорная длина профиля tр.

Качество поверхностей оказывает значительное влияние на эксплуатационные свойства деталей. Так, износоустойчивость поверхностей помимо многих других факторов зависит от её качества. Повышение качества трущихся поверхностей увеличивает срок службы машины, удлиняет их долговечность. Однако, например, гладко обработанная поверхность не всегда является наиболее износоустойчивой, так как для удержания смазки на поверхностях трущихся деталей должны существовать микронеровности. В этом случае с учётом конкретных условий трения устанавливают оптимальную шероховатость поверхности.

Во многих случаях прочность деталей машин также зависит от шероховатости поверхности. Установлено, что наличие рисок глубоких и острых царапин создаёт очаги концентрации напряжений, которые в дальнейшем приводят к разрушению детали.

Качество соединений с натягом также определяется высотой микронеровностей. Для получения прочного неподвижного соединения двух деталей необходимо, чтобы микронеровности были возможно меньше.

Коррозия поверхностей металлических деталей вызывается действием газов, жидкостей, атмосферным влиянием. Чем больше шероховатость обработанной поверхности, тем активнее воздействие коррозии. Сопротивление коррозии значительно повышается с улучшением качества поверхности.

Подробнее: глава «Закономерности образования отклонений качества изделия в процессе изготовления» [3], глава «Качество поверхностного слоя деталей» [7], глава «Влияние технологии обработки на формирование поверхностного слоя и эксплуатационные качества деталей машин» [11], ГОСТ 2789-73 и 2.309-73.

ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТОЧЕНИИ

Исследование проводится методом однофакторного эксперимента, т. е. из трёх элементов режима резания t, S, V изменяется один при сохранении двух других постоянными. Например, изменяется S при постоянных V и t. Затем изменяется другой элемент, например, V при постоянных t и S, и т. д. Скорость резания определяется через номинальный диаметр детали d и число оборотов п по формуле

Выполнить измерение всех поясков каждой выданной заготовки (рис. 1.11) микрометром, а шероховатость определить по образцам шероховатости или с помощью портативной измерительной станции MarSurfPS1 (в прил. 7 представлены параметры, доступные для измерения). Записать результаты в графы протокола отчёта.

Выполнить обработку каждого пояска первой заготовки при постоянной t=0,5 мм и постоянном п = 400 об/мин, но при переменной подаче S1 = 0,12 мм/об; S2 = 0,21 мм/об; S3= 0,43 мм/об; S4= 0,7 мм/об.

Обработать вторую заготовку при постоянных t = 0,5 мм и S = 0,21 мм/об и переменной частоте вращения шпинделя; станка п1 = 400 об/мин, п2 = 630 об/мин, п3 = 1000 об/мин, п4 = 2000 об/мин, третью заготовку – при постоянных S = 0,21 мм/об и п = 400 об/мин, но при разных глубинах резания t1= 0,1 мм; t2= 0,3 мм; t3= 0,5 мм; t4= 1,0 мм. Время обработки каждого пояска замерять по секундомеру 1 й записывать его в отчёт.

После обработки у всех поясков измерить диаметр микро-I метром, а также выполнить измерение шероховатости поверхности по образцам шероховатости или с помощью портативной измерительной станции MarSurf PS1. Результаты измерения записать в протокол отчёта (прил. 8). По результатам измерения построить графики, показывающие зависимость Rz (Ra) от режимов резания: Rz= f(S); Rz = f(V); Rz = f(t), a также зависимость машинного времени t0 от полученной шероховатости Rz (Ra): t0 = f(Rz). Сделать выводы по результатам исследования.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТВЁРДОСТИ МАТЕРИАЛА ЗАГОТОВКИ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Для исследования необходимо иметь 10-12 деталей типа «кольцо» (рис. 2).

Измерить высоту каждого кольца микрометром, предварительно замаркировав их, твёрдость определить на приборе Роквелла или с помощью твердомера динамического малогабаритного ТДМ-3, а шероховатость торцовых поверхностей – по образцам шероховатости или с помощью MarSurf PS1. \ Записать все результаты в отчёт (прил. 8).

Обработать партию колец из 5-6 штук на плоскошлифовальном станке с заданными режимами шлифования п = 2700 об/мин, t = 0,001 мм/дв. х. ст., V – 10 м/мин без выхаживания, а другую партию колец обработать с выхаживанием. Время шлифования измерять по секундомеру.

После обработки колец измерить их толщину и шероховатость. Результаты измерения записать в протоколы отчёта и по ним построить графики, показывающие зависимости Rz = f(HRC); t0 = f(Rz). Сделать вывод по результатам исследования. Оформить отчёт (прил. 8) и сдать зачёт преподавателю.

Контрольные вопросы

Виды отклонений обработанной поверхности по геометрическим признакам.

Шероховатость обработанной поверхности и причины, её вызывающие.

Основные параметры шероховатости.

Обозначение шероховатости поверхностей деталей машин на чертежах.

Влияние элементов режима резания (t, S, V) на шероховатость обработанной поверхности.

Провести анализ графиков первой серии эксперимента:

Rz = f(S); Rz=f(V); Rz = f(t); t0 = f(Rz).

Обозначение твёрдости поверхностей деталей машин на чертежах.

Влияния твёрдости материала заготовки на шероховатость обработанной поверхности.

Провести анализ графиков второй серии эксперимента: Rz = f(HRC); t0 = f(Rz).

Влияние качества поверхностей деталей машин на дх эксплуатационные свойства (износостойкость, точность сопряжения, прочность, сопротивление коррозии и пр.).

Методы и средства измерения параметров шероховатости.

Методы и средства измерения твёрдости материала заготовки.