книги / Резание материалов
..pdf
ное. Допустимая величина износа h машинных метчиков при обработке сталей равна 0,125do и чугуна – 0,07dо.
Цилиндрические осевые, концевые и дисковые фрезы изнашиваются только по задней поверхности. Площадка износа задней поверхности расположена вдоль рабочего участка лезвия (рис. 169), постепенно увеличиваясь по ширине от входящей точки лезвия к выходящей. Допустимые величины износов h задней поверхности осевых фрез из быстрорежущих сталей при черновой обработке сталей равны 0,4…0,6 мм, а при чистовой – 0,15…0,25 мм; при черновой обработке чугуна равны 0,5…0,8 мм, а при чистовой – 0,2…0,3 мм.
Рис. 169. Схема износа цилиндрической фрезы
Изнашивание торцовых фрез подобно изнашиванию резцов (рис. 170). Фрезы из быстрорежущих сталей и с пластинками твердых сплавов при обработке сталей и чугуна изнашиваются по задней и передней поверхностям. Фрезы из быстрорежущих сталей при обработке чугуна изнашиваются только по задней поверхности. Допустимые износы h фрез из быстрорежущих сталей при черновой обработке сталей и чугуна равны 1,5…2 мм, а при чистовой обработке – 0,3…0,5 мм; фрез с пластинками твердых сплавов при обработке сталей – 1…1,2 мм и при обработке чугуна – 1,5…2 мм. Протяжки изнашиваются только по задней по-
311
верхности (рис. 171). С ростом ширины площадки износа одновременно растет радиус округления клина. Ширина площадки износа вдоль главного лезвия в общем случае неодинакова. Наибольшая ширина наблюдается у краев стружкоделительных канавок и в точках пересечения главного лезвия со вспомогательными. Допустимая ширина hз площадки износа при обработке сталей и чугуна у шпоночных и шлицевых протяжек равна 0,3…0,4 мм, а у круглых протяжек – 0,2…0,3 мм. Более объективным показателем изнашивания является округление зубьев протяжки. При достижении радиусом округления определенного значения резко увеличивается шероховатость обработанной поверхности, а на лезвиях протяжки появляются следы выкрашивания. При протягивании деталей с 5-м классом чистоты обработанной поверхности предельные величины радиуса округления = 0,02 мм при подъемах зубьев 0,01…0,02 мм и = 0,03…0,04 мм при подъемах зубьев 0,05…0,3 мм.
Рис. 170. Схема износа |
Рис. 171. Схема износа |
торцовой фрезы |
протяжки |
Использование радиуса округления как критерия износа в производственных условиях связано с трудностями вследствие сложности измерения допустимой величины .
312
Превышение максимально допустимой величины износа резко сокращает число переточек, допускаемых инструментом. Последнее приводит к возрастанию себестоимости операции, выполняемой инструментом, поскольку в сумме затрат, определяющих себестоимость операции, доля расходов, связанных с эксплуатацией инструмента, велика. Поэтому соблюдение в производственных условиях допустимых норм износа является основой рациональной эксплуатации инструмента.
Контрольные вопросы и задания
1.Перечислите требования, предъявляемые к инструментальным материалам.
2.Дайте общую классификацию инструментальных материалов, их маркировки и применения.
3.Каковы причины напряжения в инструменте и износа инструмента?
4.Какова физическая сущность изнашивания инструментов?
5.Что такое стойкость режущих инструментов?
6.Начертите график износа за время работы инструмента.
7.Что такое период стойкости инструмента?
8.Каковы критерии износа-затупления инструмента?
9.Покажите зависимость скорость резания – стойкость инструмента.
10.Дайте определение положения о постоянстве оптимальной температуры резания.
11. Дайте определение экономической скорости резания
искорости резания, соответствующей максимальной производительности на данном рабочем месте.
12.Как различные факторы влияют на скорость резания
истойкость инструмента?
13.Сформулируйте третий закон резания.
313
Глава 5 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ РЕЗАНИЯ НА КАЧЕСТВО
ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОБРАБОТАННОЙ ДЕТАЛИ
В современном машиностроении к качеству выпускаемой продукции предъявляются высокие требования. Эксплуатационные показатели отдельных деталей, образующих механизмы и узлы машин, зависят не только от вида материала, но и от того, как и по какому технологическому процессу они изготовлены. Качество деталей – это свойство деталей соответствовать заранее заданным параметрам, отвечающим потребностям потребителя.
Под качеством поверхности деталей понимают свойства поверхностного слоя детали, которые формируются в результате воздействия на поверхность одного или нескольких последовательно применяемых технологических методов обработки, чаще всего связанных с резанием различными режущими инструментами.
Качеству изготовления деталей уделялось большое внимание еще на заре развития машиностроения, особенно при изготовлении военной техники – ружей, пушек, пищалей, сабель, штыков и др.
Наглядным примером этому может служить Указ Петра I о качестве, где приведены требования Государя к качеству продукции (в данном случае ружья для армии), к системе контроля качества, государственного надзора за ним и меры наказания за выпуск дефектной продукции:
Указ о качестве января 11 дня 1723 года
Повелеваю хозяина Тульской фабрики Корнилу Белоглазова бить кнутом и сослать на работу в монастыри, понеже он, подлец, осмелился войску Государства продавать негодные пищали и фузеи. Старшину альдермала Фрола Фукса бить кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клейма на плохие ружья. Приказано оружейной канцелярии из Петербурга переехать в Тулу и денно и нощно блюсти исправность ружей.
314
Пусть дьяки и подьячие смотрят, как альдермалы клейма ставят, буде сомнение возьмет, самим проверить и осмотром и стрельбою. А два ружья каждый месяц стрелять пока не испортится.
Буде заминка в войске приключаться при сражении по недогляду дьяков и подьячих бить оных кнутьями нещадно по оголенному месту. Хозяину – 25 кнутов и пени по червонцу за ружье. Старшину альдермала – бить до бесчувствия. Старшего дьяка отдать в унтер-офицеры. Дьяка – отдать в писари. Подьячего лишить воскресной чарки сроком на один год.
Новому хозяину ружейной фабрики Демидову повелеваю построить дьякам и подьячим избы, дабы не хуже хозяйской были, буде хуже, пусть Демидов не обижается, повелеваю живота лишить.
Петр
Сегодня на всех предприятиях действуют системы контроля качества выпускаемой продукции, в каждом цехе, на каждом участке есть контролеры БТК, однако нередки случаи брака, пропуск негодных деталей и установка их на ответственные изделия. Очень часто ответственность за некачественное изготовление несет не только рабочий-исполнитель, но и руководители участка – мастер и технолог. Поэтому глубокое знание техпроцесса, предотвращение случайного брака деталей – важная задача цехового технолога.
5.1.Роль поверхностного слоя деталей
вобеспечении надежности и долговечности работы современных сложных наукоемких машин и механизмов
При обработке резанием вследствие механических, тепловых, физико-химических воздействий и пластической деформации тонкий поверхностный слой детали толщиной 0,2…1,0 мм приобретает новые свойства, имеющие значительные отличия от обрабатываемой поверхности и внутренних свойств заготовки. Качество детали послеобработкирезаниемпреждевсего определяется:
315
точностью размеров;
геометрическими параметрами качества – шероховатостью, граностью, бочкообразностью, корсетностью и т.д.;
физическими параметрами – глубиной и степенью наклепа, микроструктурой, остаточными поверхностными напряжениями, дислокационной структурой и т.д.
В результате обработки резанием происходит изменение структуры поверхностного слоя, формируется микрорельеф обработанной поверхности, повышается микротвердость и наводятся остаточные напряжения в поверхностномслое. Это приводит квозрастанию свободной энергии поверхности, увеличению ее адсорбционной активности и другим изменениям, оказывающим существенное влияние наэксплуатационныехарактеристики деталей.
Установлено, что разрушение материала деталей в процессе эксплуатации машин обычно начинается с поверхности. В процессе механической обработки в поверхностном слое появляются остаточные напряжения, разрывы металла, микротрещины, которые при различных условиях эксплуатации могут привести к росту величины трещин и последующему разрушению. Обеспечение высокой усталостной и длительной прочности, термоусталости, износоустойчивости, коррозионной стойкости и других эксплуатационных требований к деталям ГТД может быть достигнуто
итехнологическими методами, т.е. назначением соответствующих режимов резания. Поэтому технологу нужно знать особенности образования поверхностного слоя и уметь управлять процессом резания для обеспечения наиболее благоприятных параметров качества поверхностного слоя (ПС).
В подавляющем большинстве случаев разрушение деталей в процессе эксплуатации начинается с поверхностного слоя, так как в нем всегда имеются источники зарождения трещин – концентраторы напряжений, поверхность деталей подвергается наиболее сильному механическому, вибрационному и физикохимическому воздействию.
Академик РАН К.С. Колесников, говоря о роли ПС в проблеме качества машин, отмечал: «...основными технологическими
316
методами создаются машины, которые при рациональных конструктивных формах и правильном выборе материалов могут быть легкими, жесткими и прочными. Однако долговечность работы машин будет зависеть от того, как быстро или медленно будут изнашиваться различные трущиеся поверхности, возникать и развиваться трещины, особенно при знакопеременных нагрузках, т.е. долговечность будет зависеть от качества поверхностного слоя детали».
Актуальность проблемы обеспечения качества поверхностного слоя возрастает постоянно. Это связано с важными факторами развития машиностроения:
1)повышение требований к качеству современных наукоемких машин, в первую очередь к их надежности и долговечности;
2)усложнение условий работы машин в связи с интенсификацией режимов, повышением рабочих параметров, воздействием окружающей среды (высоких температур, давлений, агрессивных сред, вакуума, радиационного облучения и др.);
3)все более широкое использование высокопрочных, жаропрочных, жаростойких, коррозионных сталей и сплавов, мате-
риалов со специальными свойствами в виде монокристаллов
иполикристаллов (на основе титана, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена, ниобия и др.), композиционных материалов, которые обладают высокой чувствительностью к состоянию ПС;
4)необходимость изготовления ультрапрецизионных деталей
исоздания нанотехнологий, обеспечивающих точность деталей, измеряемую долями микрона, особые физико-химические свойства ПС (отражательную способность, лучевую стойкость, выход электронов и др.).
Основные требования по качеству поверхностного слоя закладываются конструктором при проектировании деталей машин. Выполнение этих требований является обязанностью рабочих, мастеров, технологов. Однако в процессе производства возможны случаи некачественного изготовления и брака деталей. Например, при шлифовании на нерациональных режимах под действием высокой температуры происходит местное изменение структуры
317
металла – прижог закалки или прижог отпуска. При резком охлаждении возникают шлифовочные трещины, направленные поперек следов шлифования (рис. 172).
Рис. 172. Общий вид трещин, прижогов и сколов, образованных при некачественном шлифовании деталей из закаленных сталей
Шлифовочные трещины и прижоги выявляются визуально путем травления обработанной поверхности специальными химсоставами (растворы солей и кислот), магнитным, рентгеновским или люминесцентным методами. Нормальная работа деталей машин с такими трещинами и прижогами в условиях эксплуатации невозможна, так как приведет к неизбежным поломкам и авариям. Поэтому такие детали признаются негодными и отправляются в брак.
318
Пример такого разрушения деталей машин – разрушение зубчатого колеса в эксплуатации (рис. 173). Причиной разрушения явилась усталостная трещина на дне впадины между зубьями.
Рис. 173. Разрушение зубчатого венца колеса двигателя ПС90А
В условиях знакопеременных нагрузок при вращении зубчатого колеса первоначальная небольшая трещинка переросла в большую трещину и привела к полному разрушению зубчатого колеса. Причина появления трещин в межзубовой впадине – невыполнение требований технологического процесса обработки зубчатого колеса на операциях механической обработки резанием.
319
5.2. Основные параметры, определяющие качество поверхностного слоя
Поверхностный слой – это слой материала между наружной поверхностью детали и условной поверхностью внутри материала, служащей границей различных изменений, происходящих в исходном материале. Качество поверхностного слоя после обработки заготовки резанием с требуемой точностью размеров определяется:
геометрическими параметрами – шероховатостью, вол-
нистостью, граностью, бочкообразностью, корсетностью, конусностью и др.;
физическими параметрами – глубиной и степенью накле-
па, микроструктурой, остаточными напряжениями, дислокационной структурой и др.
Рассмотрим основные параметры качества поверхностного слоя.
На рис. 174 представлена структура поверхностного слоя детали после механической обработки резанием. Толщина поверхностного слоя зависит от последовательности и видов обработки резанием и составляет 0,2…1,0 мм. На рис. 174 показаны отдельные слои этого «пирога» поверхностного слоя.
Рис. 174. Строение и структура поверхностного слоя детали после обработки резанием: 1 – макроотклонение; 2 – волнистость поверхности; 3 – шероховатость; 4 – субшероховатость; 5 – адсорбированная зона; 6 – зона оксидов; 7 – граничная зона материала; 8 – зона материала с измененными физико-химическими свойствами
320