1.12. Факторы, влияющие на точность изделий при механической обработке.
Нормы точности изделия устанавливаются конструктором и заданы на чертеже. Для технолога эти нормы являются законом. Чтобы обеспечить требования чертежа, необходимо знать факторы, которые влияют на точность и шероховатость поверхности при механической обработке, и уметь управлять ими. Основные из этих факторов рассмотрены ниже.
Источники, вызывающие появление погрешностей механической обработки. Суммарная погрешность и методы ее определения.
1. Характеристики металлорежущего станка (тип, модель, мощность, точность, жесткость, диапазоны частот вращения и подач, виброустойчивость);
2. Характеристика технологической оснастки приспособлений, устройств механизации и автоматизации, промышленных роботов;
3. Характеристики заготовок (материал, механические свойства, химический состав, форма, погрешность размеров, качество поверхностного слоя); 4. Технологическая схема обработки поверхности; 5.Режущий инструмент (эксплуатационные свойства) – прочность, стойкость, износ;6. Режимы резания (V, S, t); 7. Начальный размер наладки.
К суммарной погрешности относятся:
1. Неточность технологической схемы обработки;
2. Геометрическая погрешность станков;
3. Погрешность приспособлений; 4.Погрешность измерений; 5.Погрешность мерного и профильного режущего инструмента; 6. Тепловые деформации режущего инструмента; 7. Размерный износ режущего инструмента; 8. Погрешность начальной размерной наладки и переналадки; 9. Установка заготовок; 10.Шероховатость обрабатываемой поверх-ности;11.Погрешность, определяемая конструктивными особенностями.
Под суммарной погрешностью обработки имеют в виду суммарную погрешность раз-мера полученного в результате обработки. Погрешность формы должна укладываться в допуске на размер и составлять относительно небольшую его часть. Все элементарные погрешности имеют переменный характер, но одни с течением времени или длины обрабатываемой поверхности изменяются закономерно, а другие могут быть различными по величине и знаку, одни являются систематическими, а другие случайными.
ΔФ = Δj+Δh+ΔTc+ΔTu+ΔTз+ΔГс+Δсл.
ΔФ – суммарная погрешность, характеризующая точность формы детали; Δj – погрешность, обусловленная упругой деформацией технологической системы; Δh – погрешность от размерного износа инструмента; ΔTc, ΔTu, ΔTз – погрешности, вызываемые соответственно температурными деформация-ми инструмента, станка и заготовки; ΔГс – погрешность, возникающая из-за геометрических неточностей станка; Δсл – случайная погрешность.
1.13. Методы и этапы механической обработки поверхностей. Показатели точности и шероховатости при различных этапах механической обработки.
Методы и этапы механической обработки поверхности.
Механическая обработка поверхности производится, в основном, резанием металла со снятием стружки лезвийным или абразивным инструментом, а также пластическим деформированием. Резание лезвийным инструментом осуществляется точением, фрезерованием, сверлением и другими методами. При абразивной обработке применяется шлифование, хонингование, суперфиниширование. Пластическое деформирование осуществляется обкаткой и раскаткой роликами, дорнованием (калибровкой) отверстий шариками или оправками, дробеструйной обработкой. Каждый метод имеет свои технологические возможности по обеспечению точности и шероховатости поверхности. В то же время одинаковые показатели можно получить различными методами. Например, тонкое точение обеспечивает 7-8 квалитет точности и шероховатость поверхности 0,2-1,2 мкм. Близкие показатели можно получить шлифованием.
Технологический процесс представляет собой совокупность операций, при выполнении которых, обработке подвергается одна или несколько поверхностей. В результате заготовка превращается в готовую деталь. Обработать каждую поверхность по требованиям чертежа за один технологический переход удается не всегда. Чтобы обеспечить эти требования, возникает необходимость разделить обработку на этапы с распределением по ним припуска. Так, в простейшем случае, все этапы выполняют на одном станке, выбирая режимы резания, инструмент и приспособления так, чтобы обеспечить требования чертежа. В более сложном случае изменяют метод обработки поверхности. Например, после точения, применяют шлифование или обкатку роликами. Таким образом, обработка одной поверхности тоже представляет собой дискретный процесс, который выполняется за несколько этапов. В самом сложном варианте обработка поверхности включает следующие этапы:
Черновой, на котором удаляется с поверхности заготовки основная часть припуска, обеспечивается точность обработки по 12-14 квалитету, а шероховатость поверхности составляет более 12,5 мкм.
Получистовой, на котором обработка поверхности выполняется с допусками по 10-11 квалитету, а ее шероховатость составляет 3,2-10 мкм. На первых двух этапах применяются, в основном, точение, строгание и фрезерование.
Чистовой, на котором по точности имеем 7-9 квалитет, а по шероховатости – 0,63-2,5 мкм. Здесь применяются точение, фрезерование, шлифование, развертывание и протягивание.
Отделочный (тонкая обработка) на котором за счет применения тонкого точения, растачивания, хонингования, суперфиниширования, точность обработки повышается до 5-6 квалитета, а шероховатость составляет менее 1 мкм.
Приведенный перечень этапов является ориентировочным. В технической и учебной литературе можно встретить другие варианты, которые могут отличаться по показателям точности и шероховатости. Однако эти отличия, как правило, несущественные.
На количество этапов оказывает влияние метод получения заготовок. Если заготовка получена точным литьем или холодной штамповкой с точностью по 12-14 квалитету с шероховатостью поверхности не более 10 мкм, то необходимость чернового этапа обработки отпадает. Однако, в большинстве случаев процесс механической обработки состоит из нескольких этапов. Каждый этап выполняется соответствующим методом обработки и на соответствующем оборудовании. Например, черновой этап токарной обработки можно выполнять на старых изношенных станках, в то время как для чистового этапа требуются точные станки.
Под точностью детали принимают ее соответствие требованиям чертежа: по размерам, геометрической форме, правильности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей и по степени их шероховатости. Заданную точность обработки заготовки можно достигнуть методом пробных ходов и промеров, а также методом автоматического получения размеров на настроечных станках. Сущность метода пробных ходов и промеров заключается в том, что к обрабатываемой поверхности заготовки, установленной на станке, подводят режущий инструмент и с короткого участка заготовки снимают стружку. После этого станок останавливают и делают пробный размер полученного размера, определяют величину его отклонения от чертежа и вносят поправку в положение инструмента, которую отсчитывают по делениям лимба станка. Затем вновь проводят пробную обработку участка заготовки, новый пробный замер полученного размера и при необходимости вносят новую поправку в положение инструмента. Таким образом, путем пробных ходов и промеров устанавливают правильное положение инструмента относительно заготовки, при котором обеспечивается требуемый размер. После этого выполняют обработку заготовки по всей длине.
Этот метод используют в единичном и мелко-серийном производстве, а также в ремонтных и инструментальных цехах. Часто этот метод применяют в тяжелом машиностроении. При серийном производстве метод применяется для получения годных деталей из неполно-ценных исходных заготовок (спасение «брака» по литью и штамповке), в условиях крупносерийного и массового производства метод используют при шлифовании, т.к. позволяет без труда компенсировать износ абразивного инструмента.
При обработке заготовок по методу автоматического получения размеров, станок предварительно настраивается таким образом, чтобы требуемая от заготовок точность достигалась автоматически, то есть почти независимо от внимания и квалификации рабочего. При этом методе задача обеспечения требуемой точности обработки переносится с рабочего-оператора на настройщика выполняющего предварительную настройку станка, на инструментальщика, изготовляющего специальные приспособления и на технолога, назначающего технологические базы и размеры заготовок. Метод широко распространен в условиях серийного и массового производства. Использование этого метода в условиях мелкосерийного производства ограничивается экономическими соображениями: потери времени на изготовление однородных и точных заготовок, требуемых для работы на настроечных станках, могут не окупиться при малом количестве выпускаемой продукции.
Шероховатость поверхности и ее влияние на работу деталей машин
В процессе формообразования деталей на их поверхности появляется шероховатость — ряд чередующихся выступов и впадин сравнительно малых размеров.
Шероховатость может быть следом от резца или другого режущего инструмента, копией неровностей форм или штампов, может появляться вследствие вибраций, возникающих при резании, а также в результате действия других факторов.
Влияние шероховатости на работу деталей машин многообразно:
шероховатость поверхности может нарушать характер сопряжения деталей за счет смятияили интенсивного износа выступов профиля;
в стыковых соединениях из-за значительной шероховатости снижается жесткость стыков;
шероховатость поверхности валов разрушает контактирующие с ними различного рода уплотнения;
неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей;
шероховатость влияет на герметичность соединений, на качество гальванических и лакокрасочных покрытий;
шероховатость влияет на точность измерения деталей;
коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубо обработанных поверхностях и т. п.