В соответствии с ГОСТом 2789—59 различают 14 классов чистоты поверхности (табл. 24).
Известно, что точением можно достичь чистоту 4—7-го класса; фрезерованием 5—7-го класса, строганием 3—6-го класса,
|
Классы и разряды чистоты поверхности
|
развертыванием 6—8-го класса, а разными методами абразивной и алмазной обработки 7—13-го и даже 14-го классов.
Шероховатость поверхности при шлифовании измеряют или путем сравнения с рабочими образцами и эталонами, через десятикратную лупу или путем непосредственного измерения величин микронеровностей щуповым профилометром КВ-7, на профилографе — профилометре Калибр-ВЭИ или, реже, при помощи двойного микроскопа МИС-11 или микроинтерферометрами МИИ-1, МИИ-5. Выбор типа прибора зависит от конфигурации и размеров проверяемых деталей, от степени шероховатости поверхности и точности контроля. Так, микроинтерферометры МИИ-1 и МИИ-5 применяют для измерения шероховатости 10—14-го класса, МИС-11 —для измерения шероховатости 3—9-го класса, КВ-7 и П4-2 — для измерения шероховатости 5—12-го класса, Калибр — ВЭИ — для измерения шероховатости 5—14-го класса чистоты. 172
Шероховатость оценивается обычно как среднее из трех измерений разных мест поверхности.
Шероховатость поверхности как в продольном, так и в поперечном сечении зависит от многих факторов. Большое число опытов по установлению влияния этих факторов на микрогеометрию поверхности позволяет вывести ряд зависимостей. Шероховатость поверхности 7—8-го класса чистоты достигается при применении кругов зернистостью № 40—16, а при шлифовании с выхаживанием этот класс чистоты достигается и кругами более крупной зернистости. Вместе с тем установлено, что чем мельче зернистость круга, тем меньше получаются значения Ra, тем выше класс чистоты поверхности. Это явление объясняется тем, что с уменьшением степени зернистости с обрабатываемой поверхности при шлифовании снимается большее число стружек, вследствие чего число рисок возрастает. Так как шлифование мелкозернистыми кругами обычно ведется с меньшей глубиной резания, то глубина рисок при этом уменьшается. Сочетание этих явлений приводит к тому, что мелкозернистыми кругами сошлифовывается объем металла, приближающийся к теоретически возможному. Последним мы считаем такой объем, при снятии которого на единицу глубины обработанная поверхность будет абсолютно гладкой.
Чем ближе отношение снятого объема металла к теоретически
возможному приближается к единице (——>1), тем выше класс
чистоты обработанной поверхности. При исчислении теоретически возможного объема следует учитывать состояние поверхности до начала шлифования.
Чем выше твердость круга и плотнее его структура, тем легче получить более высокий класс чистоты поверхности. Мягкие абразивные круги и круги открытых структур скорее изнашиваются, вследствие чего зерна на режущей поверхности расположены реже и чаще заменяются, что и способствует получению более шероховатой поверхности.
Шлифовальные круги из карбида кремния, при прочих равных условиях, позволяют получать более чисто обработанную поверхность, чем круг из электрокорунда, что объясняется несколько большей шириной зерен карбида кремния одного и того же номера зернистости, а также тем, что зерна карбида кремния имеют меньшие радиусы округления.
На кругах большой твердости при шлифовании чаще налипает металл. Твердость нароста может быть значительно больше твердости обрабатываемого металла (в 2—3 раза), что вызывает появление глубоких царапин на шлифуемой поверхности при общей малой ее шероховатости.
При шлифовании кругами на вулканитовой связке класс чистоты поверхности получается выше, чем при шлифовании
кругами на керамической и бакелитовой связках. После обработки кругами на бакелитовой связке шероховатость поверхности больше, чем после обработки кругами на керамической связке. Однако специальные бакелитовые связки, как, например, с графитовым наполнителем или с добавкой идитола, так же, как и кругй на глифталевой связке, обеспечивают получение меньшей шероховатости поверхности, чем при шлифовании кругами на керамической и вулканитовой связках. Так, бакелитовые корундовые круги зернистостью М20 с графитовым наполнителем обеспечивают получение 11 — 13-го класса чистоты при режиме шлифования: vK = 25 — г — 35 м/сек, ид = 10 — т — 35 м/мин, t = 0,005 -г — 0,01 мм, s = 0,5 — г — 1 м/мин, охлаждение — водой пли эмульсией 3—5%- ного содового раствора. Однако вследствие большой мягкости эти круги при шлифовании прецизионных деталей не обеспечивают сохранения их размеров. Шлифовальные круги на глифталевой связке из карбида кремния зернистостью Ml4 обеспечивают 12—13-й класс чистоты. Чем тверже обрабатываемый материал, тем выше класс чистоты обработанной поверхности. Так, при шлифовании сталей, имеющих мартенситную структуру, достигаются меньшие значения Ra, чем при шлифовании сталей с троо — ститной или сорбитной структурой. Детали из легированных сталей при шлифовании имеют меньшие микронеровности, чем детали из нелегированных сталей, так же, как детали из закаленных сталей имеют меньшие Ra, чем незакаленные. При шлифовании деталей из вязких металлов и сплавов, в частности жаропрочных, труднее получить такой высокий класс чистоты поверхности, как при обработке деталей из конструкционных сталей. При шлифовании деталей из цветных металлов наименьшие значения Ra получаются при обработке кругами на бакелитовой связке, причем шероховатость поверхности при шлифовании деталей из цветных металлов всегда получается больше, чем деталей из черных металлов. Шероховатость поверхности уменьшается с увеличением числа встреч шлифовального круга с деталью, т. е. с увеличением его скорости, а также с уменьшением величины подач; она также уменьшается при увеличении диаметра и ширины шлифовального круга. С увеличением скорости детали при неизменных продольной и поперечной подачах шероховатость поверхности несколько возрастает. При одновременном увеличении подач она резко увеличивается. Увеличение глубины шлифования вызывает рост толщины стружки, в связи с чем шероховатость поверхности возрастает.
Особенно это ухудшение заметно в зоне малых глубин шлифования (0,005—0,015 мм). Степень влияния того или другого параметра режима на чистоту в разных случаях шлифования различная и зависит от весьма многих переменных. Именно по этой причине разные исследователи приходят не всегда к одинаковым выводам. Так, по данным Е. Н. Маслова, при увеличении глубины шлифования — шероховатость поверхности возрастает в меньшей степени, чем при увеличении скорости детали, а по данным Д. М. Тарасенко — наоборот.
Шлифование с охлаждением деталей нз высокоуглеродистых сталей увеличивает шероховатость поверхности по сравнению с сухим шлифованием, но вместе с тем снижает опасность прижога. Заметно изменяется шероховатость поверхности шлифуемых деталей при изменении способа режима правки. При правке с медленной продольной и малой поперечной подачами, при обязательных последних проходах без подачи, шероховатость поверхности значительно уменьшается, т. е. чем меньше разновысотность зерен, а следовательно, чем больше их число, тем выше класс чистоты поверхности. Также повышается класс чистоты поверхности при выхаживании, т. е. при шлифовании на последних проходах без поперечной подачи.
В процессе выхаживания уменьшается не только шероховатость поверхности, но и исправляются такие погрешности, как овальность, биение и т. п. Так как процесс выхаживания, повышая класс чистоты поверхности, одновременно снижает производительность.
Г. Б. Лурье предложил метод ускоренного выхаживания при принудительном отводе бабки круга на величину, несколько меньшую величины упругого отжатия. Этот метод позволяет сократить время выхаживания на 20—30% без увеличения шероховатости поверхности. Нужно ли производить выхаживание до исчезновения искр, необходимо решать в каждом отдельном случае шлифования.
На шероховатость поверхности влияет вид и метод абразивной обработки. Так, шлифование методом врезания обеспечивает меньший класс чистоты, чем шлифование методом продольной подачи. Хонингование позволяет обеспечить более высокий класс чистоты, чем внутреннее шлифование, и т. д.
Для повышения класса чистоты поверхности на суперфинишных станках абразивный инструмент (бруски) имеет возвратно-поступательное движение с большим числом колебаний и малой амплитудой; на станках для врезного шлифования для этой же цели применяют осциллирование круга. Осциллирование обрабатываемой детали с определенной частотой при небольшой амплитуде также позволяет уменьшить шероховатость поверхности и опасность появления прижогов в результате снижения температуры шлифования. Такие опыты были проведены в Мичиганском университете (США) в условиях плоского шлифования. В результате проведения опытов установлено, что величина напряжений у деталей, подвергнутых шлифованию с осциллированием с высокой частотой, значительно меньше, чем при обычном шлифовании. Износ абразивного инструмента при этом виде шлифования значительно больше.