Шорсткість поверхні: Вичерпний посібник з виробництва

Шорсткість поверхні – мікроскопічні піки та западини, залишені виробничими процесами, – відіграє найважливішу роль у функціональності та довговічності механічних деталей. У цьому посібнику розглядається, як різні текстури поверхні впливають на сумісність, тертя, зношування і навіть корозійну стійкість. В кінці ви зрозумієте, як важливо правильно вибрати шорсткість поверхні, щоб підвищити ефективність та довговічність обладнання. Пориньте у світ тонкощів, які мають велике значення для виробництва!

Зміст

I. Огляд

Різні методи обробки призводять до різних рівнів площинності обробленої поверхні, як показано малюнку 1.

Незалежно від методу обробки, поверхня деталей завжди матиме сліди мікронерівностей, що складаються з невеликих проміжків, піків і долин, які описують ступінь висоти і відстань між цими піками і долинами. Ця мікрогеометрична характеристика називається шорсткістю поверхні. Вона може відбивати мікрогеометричну похибку форми поверхні деталі після обробки. Зв'язок між шорсткістю поверхні та експлуатаційними характеристиками деталей наступний:

1. Вплив на властивості сумісності

Для поверхонь деталей з фітингом вимоги, на властивості сумісності впливатиме шорсткість поверхні. Наприклад, при посадці із зазором, якщо значення шорсткості поверхні занадто велике, вона схильна до зносу, що призводить до швидкого збільшення зазору, тим самим змінюючи властивості сумісності, особливо у разі малих розмірів деталей і допусків, цей ефект більш виражений.

Аналогічно, в інтерференційних посадках, якщо значення шорсткості поверхні занадто велике, це зменшить ефективну фактичну величину інтерференції, тим самим знижуючи міцність з'єднання. Тому покращення якості поверхні деталей може підвищити стабільність посадок із зазором або міцність з'єднання з інтерференційними посадками, тим краще задовольняючи вимоги до використання деталей.

2. Вплив на тертя та знос

При контакті двох нерівних поверхонь спочатку стикаються вершини поверхонь, що зменшує фактичну ефективну площу контакту, збільшує тиск на деталі, що стикаються, і призводить до здавлювання, деформації або навіть поломки вершин. У разі посадки із зазором вплив між вершинами утворює фрикційний опір, що призводить до зношування деталей. Як правило, чим шорсткіша поверхня, тим більше коефіцієнт тертя, тим більше опір тертя, тим більше енергії витрачається на тертя і тим швидше зношуються деталі.

Однак у деяких випадках (наприклад, при встановленні підшипників ковзання і гідравлічних напрямних), якщо поверхня занадто гладка, вона не сприяє накопиченню мастила, утворюючи напівсухе тертя або навіть сухе тертя, іноді навіть збільшуючи силу зчеплення поверхонь деталей, що стикаються, тим самим збільшуючи коефіцієнт тертя та посилюючи знос. Тому вибір відповідної шорсткості поверхні може ефективно знизити тертя та знос деталей.

3. Вплив на корозійну стійкість

Якщо поверхня деталей більш шорстка, корозійні речовини з більшою ймовірністю скупчуватимуться в долинах і поступово проникатимуть у поверхневий шар металевого матеріалу, утворюючи поверхневу корозію.Тому зменшення величини шорсткості поверхні деталей може підвищити їхню корозійну стійкість.

4. Вплив на втомну міцність деталей

Коли деталі піддаються знакозмінним навантаженням, вм'ятини на поверхні можуть легко утворювати явища концентрації напруги, збільшуючи навантаження на деталі, знижуючи їх втомну міцність і, можливо, призводячи до руйнування втоми через концентрацію напруг. Тому для підвищення міцності втоми деталей особливу увагу слід приділяти поліпшенню якості поверхні канавок і ступінчастих жолобників в процесі обробки.

5. Вплив на жорсткість контакту

Чим шорсткіша поверхня деталей, тим менше фактична площа контакту між поверхнями, тим більше сила на одиницю площі, тим більше пластична деформація у вершинах, знижується жорсткість контакту, що впливає на точність роботи машини та її вібростійкість.

6. Вплив на цілісність ущільнення

Нерівні поверхні можуть спричинити витік газу або рідини через зазори в контакті з поверхнею. Чим шорсткіша поверхня, тим гірша герметизація поверхні з'єднання. Тому зниження значення шорсткості поверхні може покращити герметичність деталей.

Таким чином, шорсткість поверхні безпосередньо впливає на продуктивність та термін служби механічних деталей, тому необхідно обґрунтовано вибирати та визначати значення шорсткості поверхні для деталей.

ІІ. Характеристики форми та методи обробки шорсткості поверхні

Характеристики форми та методи обробки шорсткості поверхні наведені у таблиці 1.

Таблиця 1 Характеристики форми та методи обробки шорсткості поверхні

ІІІ. Символи та значення шорсткості поверхні

1. Графічні символи та значення шорсткості поверхні

Як показано у таблиці 2.

Таблиця 2 Графічні символи та значення шорсткості поверхні

2. Склад повного графічного символу для структури поверхні

Як показано у таблиці 3.

Таблиця 3 Склад повного графічного символу для структури поверхні

Приклади кодового маркування структури поверхні

Як показано у таблиці 3-7.

Таблиця 4 Приклади кодового маркування структури поверхні

4. Порівняння старих та нових стандартних графічних символів структури поверхні

Як показано у таблиці 3-8.

Таблиця 5 Порівняння старих та нових стандартних графічних символів структури поверхні

① Не визначено ні значення за замовчуванням, ні будь-які інші деталі, зокрема: немає довжини стандартної оцінки; немає довжини вибірки за замовчуванням; немає "правила 16%" чи "правила максимуму".

② Значення за умовчанням та правила, визначені в GB/T 3505-1983 та GB/T10610-1989, використовуються лише для параметрів Ra, Ry та Rz (висота 10 точок). Крім того, в GB/T 131-1993 є невідповідність у позначенні параметрів, де в стандартному тексті друга літера коду параметра повинна бути підписана, але у всіх таблицях друга літера мале, в той час як у той час у всіх інших стандартах на структуру поверхні використовувався підрядковий індекс.

③ Новий Rz визначається як оригінальний Ry, і символ для оригінального Ry більше не використовується.

④ Означає, що елемент не існує.

IV. Шорсткість поверхні, що досягається різними методами обробки

Шорсткість поверхні, що досягається різними методами обробки, наведена в таблиці 6.

Таблиця 6 Шорсткість поверхні, що досягається різними методами обробки

Схожі пости:

Вступ
Шорсткість поверхні грає вирішальну роль обробній промисловості. Вона відноситься до нерівностей на поверхні матеріалу після обробки або обробки. Ці нерівності можуть суттєво вплинути на продуктивність, функціональність та естетику кінцевого продукту. Досягнення оптимальної шорсткості поверхні має важливе значення для забезпечення бажаної якості та функціональності виробленого продукту.

У цьому посібнику ми розглянемо різні аспекти шорсткості поверхні у виробництві. Ми обговоримо важливість шорсткості поверхні, фактори, що на неї впливають, інструменти та методи її вимірювання, а також способи її покращення. Ми також розглянемо поширені проблеми шорсткості поверхні та їх вирішення, а також передові методи досягнення оптимальної шорсткості поверхні.

I. Розуміння шорсткості поверхні
Перш ніж обговорювати, як досягти оптимальної шорсткості поверхні, важливо зрозуміти, що це таке. Простіше кажучи, шорсткість поверхні відноситься до невеликих відхилень або недосконалостей на поверхні матеріалу після обробки. Ці відхилення можуть виявлятися у вигляді піків, западин, гребенів чи інших нерівностей. Вимірювання шорсткості поверхні зазвичай виконується в мікрометрах (мкм), і для отримання найкращих результатів дуже важливо утримувати її в межах певного допуску.

А. Визначення шорсткості поверхні
Шорсткість поверхні кількісно визначається як середня відстань між найвищою і найнижчою точками на поверхні.Зазвичай вона вимірюється шляхом обчислення середнього арифметичного (Rz) або середньоквадратичного (Rpk) значення шорсткості набору точок вимірювання.

B. Значення шорсткості поверхні у виробництві
Шорсткість поверхні грає вирішальну роль у продуктивності та функціональності багатьох продуктів. У обробній промисловості досягнення оптимальної шорсткості поверхні має важливе значення з кількох причин:

1. Функціональність: У багатьох додатках досягнення правильної шорсткості поверхні необхідне належного функціонування продукту. Наприклад, у ущільнювальних додатках гладка поверхня потрібна для запобігання витоку. У компонентах, що обертаються або ковзають, певна шорсткість поверхні необхідна для зниження тертя і зносу.

2. Естетика: Оздоблення поверхні продукту значно впливає його зовнішній вигляд. Нерівна або груба поверхня може зробити продукт непривабливим та вплинути на його ринкову привабливість.

3. Якість: Шорсткість поверхні також може вплинути на загальну якість та довговічність продукту. Наприклад, шорстка поверхня може призвести до тріщин або поломок, що призведе до виходу продукту з ладу.

ІІ. Чинники, що впливають на шорсткість поверхні
На шорсткість поверхні під час виробництва можуть впливати кілька чинників. До них відносяться:

А. Властивості матеріалу
Оброблюваний матеріал є одним із найбільш істотних факторів, що впливають на шорсткість поверхні. Властивості матеріалу, такі як твердість, пластичність і в'язкість, впливають на його оброблюваність і, зрештою, на якість поверхні.

1.Твердість: твердіші матеріали вимагають більшого зусилля різання та абразивного зношування верстата, що призводить до більш шорсткої поверхні.

2. Пластичність: пластичні матеріали, такі як алюміній, схильні утворювати стружку під час обробки, що забезпечує більш гладку поверхню порівняно з крихкими матеріалами, такими як чавун.

3. Міцність: міцні матеріали, такі як високоміцні сплави, можуть важко піддаватися обробці, що призводить до отримання більш грубих поверхонь.

Б. Параметри різання
Параметри різання, такі як швидкість різання, швидкість подачі та глибина різання, мають великий вплив на шорсткість поверхні.

1. Швидкість різання: Швидкість різання – це швидкість, з якою інструмент переміщується по заготівлі. Вища швидкість різання, як правило, забезпечує кращу обробку поверхні, але це може змінюватись в залежності від матеріалу, що обробляється.

2. Швидкість подачі: Швидкість подачі відноситься до відстані, що проходить заготівля за один обіг інструмента. Вища швидкість подачі може призвести до більшої кількості слідів інструменту, що призведе до більш грубої обробки поверхні.

3. Глибина різу: Глибина різання – це відстань, на яку інструмент проникає в заготовку. Велика глибина різу може викликати велику вібрацію та деренчання інструменту, що призведе до більш грубої обробки поверхні.

C. Геометрія інструменту
Конструкція та стан ріжучого інструменту можуть суттєво впливати на шорсткість поверхні. Такі фактори, як матеріал, покриття та форма, відіграють вирішальну роль у досягненні бажаної обробки поверхні.

1. Матеріал інструменту: Матеріал, що використовується для виготовлення інструменту, дуже впливає на його продуктивність.Швидкорізальна сталь, кераміка та карбід є поширеними матеріалами інструментів, кожен з яких має свої переваги та обмеження.

2. Покриття інструменту: такі покриття, як нітрид титану (TiN) або карбонітрид титану (TiCN), можуть знизити тертя та збільшити термін служби інструменту, що призводить до покращення якості поверхні.

3. Форма інструменту: Форма та геометрія кромки інструменту значно впливають на стружку, що утворюється під час обробки. Правильна форма інструменту може допомогти контролювати утворення стружки, що призводить до більш гладкої обробки поверхні.

D. Стан машини
Стан обладнання для обробки може впливати на шорсткість поверхні. Такі фактори, як тип верстата, вібрація та мастило, можуть впливати на продуктивність інструменту і, отже, якість поверхні.

1. Тип верстата: Тип верстата, що використовується для обробки, може суттєво впливати на шорсткість поверхні. Наприклад, токарний верстат може виробляти гладкіші поверхні, ніж фрезерний верстат.

2. Вібрація: Надмірна вібрація може призвести до погіршення якості поверхні. Важливо правильно обслуговувати та балансувати машину, щоб уникнути вібрації.

3. Мастило: Мастило допомагає знизити тертя і нагрівання під час обробки, що призводить до кращої обробки поверхні. Правильне мастило є найважливішим аспектом контролю шорсткості поверхні.

ІІІ. Інструменти та методи вимірювання шорсткості поверхні
Для досягнення оптимальної шорсткості поверхні необхідно точно вимірювати та контролювати якість поверхні. Для вимірювання шорсткості поверхні є кілька інструментів і методів, у тому числі:

А. Контактні профілометри
Ці пристрої використовують стілус для фізичного виміру профілю поверхні матеріалу. Результати зазвичай відображаються у параметрах шорсткості, таких як Ra (середня арифметична шорсткість) та Rz (середня глибина шорсткості).

Б. Безконтактні профілометри
Ці пристрої використовують оптичну або лазерну технологію для вимірювання шорсткості поверхні без фізичного дотику до матеріалу. Безконтактні профілометр ідеально підходять для делікатних або чутливих поверхонь.

C. Стандарти шорсткості поверхні
Це стандартизовані зразки з відомими та контрольованими значеннями шорсткості поверхні. Вони використовуються для калібрування та перевірки точності інструментів для вимірювання шорсткості поверхні.

IV. Поліпшення шорсткості поверхні
Досягнення оптимальної шорсткості поверхні вимагає поєднання факторів, включаючи вибір матеріалу, параметри різання, інструмент стан станка і планування траєкторії інструменту. Деякі способи поліпшення шорсткості поверхні включають:

А. Вибір матеріалу
Вибір правильного матеріалу має вирішальне значення для досягнення бажаної обробки поверхні. Важливими є такі фактори, як твердість, пластичність і міцність матеріалу.

1. Вибір матеріалів з відповідними властивостями: наприклад, для гладкої поверхні матеріал з високою пластичністю, такий як алюміній, буде кращим вибором, ніж крихкий матеріал, такий як чавун.

2. Процеси термічної обробки: Термічна обробка може змінити механічні властивості матеріалу, що ускладнює його механічну обробку та впливає на якість одержуваної поверхні.

Б. Оптимізація параметрів різання
Регулювання параметрів різання може суттєво вплинути на шорсткість поверхні.Важливо знайти правильний баланс між швидкістю різання, швидкістю подачі та глибиною різання для конкретного матеріалу та інструменту.

1. Визначення правильної швидкості різання: вища швидкість різання може забезпечити кращу чистоту поверхні, але важливо регулювати цей параметр відповідно до оброблюваного матеріалу.

2. Регулювання швидкості подачі та глибини різання: нижча швидкість подачі та глибина різання також можуть сприяти отриманню більш гладкої поверхні.

C. Використання передових інструментів
Просунутий інструмент може значно покращити шорсткість поверхні. Високопродуктивні інструментальні матеріали, такі як кераміка та карбіди, а також покриття, такі як TiN та TiCN, можуть допомогти мінімізувати зношування інструменту та забезпечити кращу обробку поверхні.

D. Забезпечення належного стану машини
Регулярне обслуговування та правильне налаштування машини мають вирішальне значення для досягнення оптимальної шорсткості поверхні. Контроль вібрації також має значення, оскільки надмірна вібрація може призвести до погіршення якості поверхні.

E. Правильне планування траєкторії інструменту
Планування траєкторії інструмента включає визначення напряму та схеми, за якою інструмент переміщатиметься по заготівлі. Це відіграє вирішальну роль у досягненні гладкої поверхні.

1. Уникнення розрізів, що перекриваються: розрізи, що перекриваються, можуть призвести до грубої обробки поверхні. Правильне планування допоможе уникнути цієї проблеми.

2. Плавні переходи: Різкі зміни напряму різання можуть викликати вібрацію і призвести до поганої обробки поверхні. Плавні переходи в траєкторіях інструменту можуть запобігти цій проблемі.

F.Регулювання температури
Температура може сильно впливати на шорсткість поверхні. Термічна стабільність як у верстаті, так і інструменті має вирішальне значення, а методи охолодження також можуть допомогти контролювати температуру під час обробки.

1. Термостійкість машин та інструментів: Машини та інструменти, які не спроектовані або не обслуговуються належним чином з точки зору термостійкості, можуть призвести до погіршення якості поверхні.

2. Методи охолодження: Методи охолодження, такі як рідина або повітря, що охолоджують, можуть допомогти контролювати тепло, що виділяється під час обробки, що призводить до поліпшення якості поверхні.

V. Поширені проблеми шорсткості поверхні та їх вирішення
Незважаючи на вжиття всіх необхідних заходів для досягнення оптимальної шорсткості поверхні, проблеми можуть виникнути. Деякі поширені проблеми шорсткості поверхні та їх вирішення можуть містити:

А. Погане оздоблення поверхні
Погана якість обробки поверхні може бути викликана рядом факторів, включаючи неправильні параметри різання, зношені інструменти або несправність верстата.

1. Причини: Неправильний вибір та налаштування інструменту, надмірне знос інструменту, неправильні параметри різання та проблеми зі верстатом можуть призвести до поганої якості поверхні.

2. Рішення: Переоцініть інструмент та параметри, що використовуються. Розгляньте можливість заміни зношених інструментів та забезпечте належне обслуговування та налаштування машини.

Б. Розтріскування поверхні
Розтріскування поверхні — поширена проблема, яка може виникнути через надмірні зусилля різання, неправильну геометрію інструменту або неправильне планування траєкторії руху інструменту.

1.Причини: Надмірне зусилля різання, неправильна геометрія інструменту та різкі зміни напрямку різання можуть призвести до розтріскування поверхні.

2. Рішення: Оптимізуйте параметри різання, використовуйте відповідну геометрію інструменту та забезпечте плавні переходи під час планування траєкторії руху інструменту.

C. Сліди балачки
Сліди вібрації на поверхні матеріалу можуть значно вплинути на його зовнішній вигляд та функціональність. Вони викликані поєднанням факторів, включаючи вібрацію інструменту, знос інструменту та неправильне планування траєкторії інструменту.

1. Причини: Сліди вібрації можуть бути спричинені надмірною вібрацією інструменту, зношеністю інструменту або неправильним плануванням траєкторії інструменту.

2. Рішення: Забезпечте належне обслуговування та налаштування інструменту, оптимізуйте параметри різання та плануйте плавні траєкторії руху інструменту, щоб уникнути слідів вібрації.

VI. Передові методи досягнення оптимальної шорсткості поверхні
У деяких галузях промисловості досягнення оптимальної шорсткості поверхні стає все більш складним завданням через розмір і складність компонентів, що виготовляються. Просунуті методи, такі як мікрообробка та надточна обробка, можуть допомогти подолати ці проблеми.

А. Мікрообробка
Мікрообробка передбачає виготовлення компонентів в мікромасштабі, як правило, з допусками менше 100 мікрометрів. Досягнення оптимальної шорсткості поверхні на цьому рівні може бути складним завданням через кілька факторів, включаючи зношування інструменту, сили різання та термічні ефекти.

1.Визначення та застосування: Мікрообробка використовується в різних галузях промисловості, включаючи медицину, аерокосмічну промисловість та електроніку, для виробництва мініатюрних компонентів, таких як датчики, мікрошестерні та мікрофлюїдні пристрої.

2. Проблеми з досягненням шорсткості поверхні: Через надзвичайно малих розмірів оброблюваних деталей та їх складної геометрії, досягнення оптимальної шорсткості поверхні може бути утруднене.

3. Рішення: Точний вибір інструменту, оптимізація параметрів різання, підтримка термостабільності та використання сучасних покриттів інструментів можуть допомогти подолати проблеми досягнення оптимальної шорсткості поверхні при мікрообробці.

B. Надточна обробка
Надточна обробка – це виробничий процес, який використовується для виробництва компонентів із субмікрометровими допусками. Цей підхід передбачає використання спеціалізованих машин, інструментів та методів для досягнення високоточної обробки поверхні.

1. Визначення та застосування: Надточна обробка використовується для виготовлення високоточних компонентів для таких застосувань як оптичні лінзи, медичні прилади та електронні вироби.

2. Методи отримання надзвичайно гладких поверхонь: використання спеціалізованих верстатів, передових інструментів та методів різання, таких як алмазне точення, може допомогти досягти надзвичайно гладких поверхонь при надточній обробці.

VII. Висновок
На закінчення слід зазначити, що шорсткість поверхні відіграє вирішальну роль у продуктивності, функціональності та естетиці продукції в обробній промисловості.Досягнення оптимальної шорсткості поверхні вимагає врахування різних факторів, таких як властивості матеріалу, параметри різання, інструмент стан станка і планування траєкторії інструменту. Використання передових методів і технологій також допоможе подолати труднощі у досягненні бажаної чистоти поверхні. Розуміючи важливість шорсткості поверхні та впроваджуючи відповідні методи та технології, виробники можуть досягти покращених результатів та виробляти високоякісну продукцію, що відповідає необхідним специфікаціям.