При накатывании обработанных поверхностей роликами и шариками обеспечивается пластическая деформация поверхностного слоя, снижение шероховатости и получение сжимающих напряжений. Чрезмерный наклеп при накатывании приводит к разрушению («шелушению») поверхностного слоя.
Остаточные напряжения распространяются на глубину 0,05.. .0,15 мм.
Воздействие силовых и тепловых факторов также зависит от варьирования режимами резания и условий обработки.
Уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое может быть достигнуто:
— снижением интенсивности теплообразования;
— уменьшением скорости главного движения резания;
— уменьшением глубины резания;
— применением более «мягких» кругов и выхаживания при шлифовании; — применением обильного охлаждения.
Кроме остаточных напряжений в поверхностном слое изготавливаемой детали образуется наклеп. Он возникает в результате больших перепадов температур и больших деформаций, приводящих поверхностные слои к упрочнению. Интенсивность и глубина распространения наклепа возрастают с увеличением сил и продолжительности их воздействия и с повышением степени пластической деформации металла поверхностного слоя. Одновременно с упрочнением из-за нагрева зоны резания в металле поверхностного слоя протекает разупрочнение, возвращающее металл в его первоначальное не наклепанное состояние. Конечное состояние металла поверхностного слоя определяется соотношением :скоростей протекания процессов упрочнения и разупрочнения, зависящим от преобладания действий в зоне резания силового или теплового фактора.
Состояние поверхностного слоя существенно влияет на работоспособность поверхности. Наклеп поверхности в несколько раз уменьшает ее износ, способствует созданию сжимающих напряжений, повышающих предел выносливости, прочность деталей. Растягивающие напряжения увеличивают износ, снижают прочность и приводят к появлению микротрещин на рабочих поверхностях. От остаточных напряжений зависит первоначальная и последующая эксплуатационная точность деталейи машин.
Целенаправленное формирование поверхностного слоя заданного качества, исходящего из требований длительной и надежной эксплуатации деталей, обеспечивается путем применения обычных методов, т. е. рационального выбора последовательности режимов и условий обработки, упрочнения поверхностей закалкой, химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование, сульфидирование и др.); наплавкой; гальваническими покрытиями хромирование, никелирование, цинкование и др.), а также применением специальных методов.
К специальным методам повышения качества поверхностей может быть отнесены упрочняющие методы пластического деформирования без снятия стружки, создающие наклеп и сжимающие напряжение 400...700 Н/мм2 . К ним относятся: вибрационное обкатывание, дробеструйное упрочнение, чеканка, обкатывание и раскатывание голиками и шариками, дорнование и калибрование, алмазное выглаживание, электрохимическая обработка и др.
Шероховатость поверхностей оценивают при контроле и приемке деталей, а также при исследованиях в лабораторных условиях. Применяемые методы оценки можно разделить на прямые и косвенные. Для прямой оценки шероховатости применяют щуповые (профилометры и профилографы) и оптические (двойной и интерференционный микроскопы) приборы. Для косвенной оценки используют эталоны шероховатости и интегральные методы.
Профилометры выпускают стационарного и переносного типов; они позволяют измерять шероховатость в пределах 0,02—5 мкм. Действие профилометра основано на ощупывании поверхности алмазной иглой, движущейся по ней по заданной траектории. Колебания иглы вызывают в электрической системе прибора соответствующую ЭДС. Наиболее распространены индукционные профилометры (201, 253 завода «Калибр», приборы Филлипс, Тейлор-Гобсон, Браш). На шкале профилометра оценка шероховатости дается по параметрам Ra или Hск (среднее квадратичное отклонение высоты микронеровностей от средней линии профиля).
Профилографы применяют для записи микропрофиля поверхности (Rz = от 0,025 до 80 мкм) в виде профилограмм. При последующей обработке снятой профилограммы могут быть получены значения Ra и Rz для данной поверхности. Профилографы предназначены для лабораторных исследований и не пригодны для цехового контроля деталей. В оптико-механических профилографах профилограмма записывается световым лучом на фотопленке или пером самопишущего устройства на бумажной ленте. Вертикальное увеличение при снятии профидограмм значительно больше, чем горизонтальное. При измерении шероховатости поверхностей деталей из мягких материалов щуповыми приборами наблюдается царапанье поверхности деталей, несмотря на малое давление на иглу. Радиус закругления иглы (10—12 мкм) не позволяет ей проникнуть в узкие и глубокие впадины и отразить их на профилограмме.
Двойной микроскоп ПСС-2 и МИС-11 предназначен для измерения шероховатости поверхностей Rz = 0,8 -— 80 мкм. В этом приборе микронеровности освещают световым лучом, направленным под некоторым углом к контролируемой поверхности. Микронеровности измеряют с помощью окулярного микрометра или фотографируют. Сменными объективами достигают увеличения в 517 раз. На приборе определяют шероховатость поверхности по показателю Rz. Недостаток метода — необходимость измерений и подсчетов результатов измерений. Микроскоп ПОС-2 применяют при лабораторных исследованиях и выборочном контроле.
Микроинтерферометры (МИИ-4) используют для измерения шероховатости поверхностей Rz — 0,025…0,6 мкм. Интерференционные полосы искривляются соответственно профилю микронеровностей на рассматриваемом участке поверхности. Высоту этих искривлений измеряют окулярным микрометром при увеличении в 490 раз. Фотографирование производят при увеличении в
290 раз. Микроинтерферометры применяют при лабораторных исследованиях и производственном контроле прецизионных деталей.
Метод сравнения поверхности контролируемой детали с аттестованными эталонами шероховатости поверхности является наиболее простым. Эталоны должны быть изготовлены из тех же материалов, что и контролируемые детали, так как отражательная способность материала (стали, чугуна, цветных сплавов и др.) влияет на оценку шероховатости поверхности. Эталоны необходимо обрабатывать теми же методами, которыми обрабатывают контролируемые детали.
Визуальная оценка по эталонам субъективна. При обработке деталей с малой шероховатостью рекомендуется использовать переносные или стационарные сравнительные микроскопы, в которых изображения контролируемой поверхности и эталона совмещены в поле одного и того же окуляра, разделенном на две равные части, и увеличены в 10—50 раз,
Интегральные методы позволяют косвенно оценить шероховатость поверхности по расходу воздуха, проходящего через щели, образуемые впадинами микропрофиля и торцовой поверхностью сопла пневматической измерительной головки, опирающейся на исследуемую поверхность. Настройку пневматических приборов производят по эталонным деталям. Шероховатость поверхности может быть косвенно оценена на определенной площади методом измерения электрической емкости конденсатора, образующейся между деталью и накладываемой на нее металлической пластинкой, разделенными диэлектриком; по износу графитовой палочки, прижимаемой к контролируемой поверхности с определенной силой; по количеству отраженного света, падающего на деталь, и другими методами.
Волнистость поверхностей можно измерять на профилографах при большой базовой длине и применении ощупывающих игл с большим радиусом округления острия.
Погрешности формы и волнистость измеряют на приборах завода «Калибр» и фирмы Тейлор-Гобсон. Запись производят в полярных координатах при увеличении в 50—10 000 раз.
При выборе заготовки необходимо решить следующие вопросы:
— установить способ получения заготовки;
— рассчитать припуски на обработку каждой поверхности;
— рассчитать размеры и указать допуски на заготовку; — разработать чертеж заготовки.
Основными видами заготовок для деталей являются заготовки, полученные литьем; обработкой давлением; резкой сортового и профильного проката; комбинированными методами; специальными методами.
Согласно ГОСТ 2664-85,точность отливки характеризуется четырьмя показателями:
— классом размерной точности (22 класса);
— степенью коробления (11 степеней);
— степенью точности поверхностей (22 степени); — классом точности массы (22 класса).
Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливок.
Стандартом предусмотрено 18 рядов припуска отливок.
В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки в следующем порядке:
— класс размерной точности;
— степень коробления;
— степень точности поверхностей;
— класс точности массы;
— допуск смещения отливки.
Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4 -й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм:
Точность отливки 8 — 5 — 4 — 7 См 0,8 ГОСТ 26645-85.
Допускается указывать сокращенную номенклатуру норм точности отливки, при этом указание классов размерной точности и массы отливки является обязательным; ненормируемые показатели точности заменяют нулями, а обозначение смещения опускают. Например: