Навигация по таблицам
- Общая таблица шероховатости по технологиям
- Токарная обработка - параметры Ra
- Фрезерная обработка - диапазоны шероховатости
- Шлифовальная обработка - классы точности
- EDM обработка - режимы и качество поверхности
- Сравнительная таблица производительности
Общая таблица шероховатости по технологиям обработки
| Технология обработки | Диапазон Ra, мкм | Типичные значения Ra, мкм | Класс точности | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| Токарная обработка | 0,4 - 25 | 1,6 - 6,3 | 5-8 | Валы, втулки, корпуса |
| Фрезерная обработка | 0,4 - 12,5 | 0,8 - 3,2 | 6-9 | Плоскости, пазы, корпуса |
| Шлифовальная обработка | 0,1 - 3,2 | 0,2 - 1,6 | 7-11 | Прецизионные поверхности |
| EDM (Электроэрозионная) | 0,04 - 10 | 0,8 - 2,5 | 6-10 | Пресс-формы, штампы |
Токарная обработка - параметры Ra в зависимости от режимов
| Тип обработки | Подача S, мм/об | Скорость резания V, м/мин | Ra, мкм | Материал инструмента |
|---|---|---|---|---|
| Черновая токарная | 0,5 - 2,0 | 80 - 150 | 12,5 - 25 | Твердый сплав |
| Получистовая | 0,2 - 0,5 | 100 - 200 | 3,2 - 6,3 | Твердый сплав |
| Чистовая токарная | 0,05 - 0,2 | 150 - 300 | 0,8 - 3,2 | Керамика, CBN |
| Тонкая токарная | 0,02 - 0,1 | 200 - 500 | 0,4 - 1,6 | Алмаз, CBN |
Фрезерная обработка - диапазоны шероховатости
| Тип фрезерования | Подача на зуб fz, мм | Глубина резания, мм | Ra, мкм | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| Торцевое черновое | 0,3 - 0,8 | 3 - 15 | 6,3 - 12,5 | Высокая производительность |
| Торцевое получистовое | 0,15 - 0,4 | 1 - 5 | 1,6 - 6,3 | Средняя точность |
| Торцевое чистовое | 0,05 - 0,2 | 0,2 - 2 | 0,8 - 3,2 | Высокая точность |
| Концевое фрезерование | 0,02 - 0,3 | 0,1 - 8 | 0,4 - 6,3 | Контурная обработка |
Шлифовальная обработка - классы точности
| Тип шлифования | Скорость круга Vк, м/с | Подача, мм/мин | Ra, мкм | Точность, мкм |
|---|---|---|---|---|
| Черновое шлифование | 25 - 35 | 300 - 1000 | 1,6 - 3,2 | 10 - 25 |
| Получистовое | 30 - 40 | 100 - 500 | 0,8 - 1,6 | 3 - 10 |
| Чистовое шлифование | 35 - 50 | 30 - 200 | 0,2 - 0,8 | 1 - 3 |
| Суперфиниш | 40 - 60 | 10 - 100 | 0,1 - 0,4 | 0,2 - 1 |
EDM обработка - режимы и качество поверхности
| Режим EDM | Ток импульса, А | Длительность импульса, мкс | Ra, мкм | Производительность, мм³/мин |
|---|---|---|---|---|
| Грубая обработка | 20 - 60 | 200 - 1000 | 5 - 10 | 100 - 600 |
| Получистовая EDM | 5 - 20 | 50 - 300 | 1,5 - 5 | 20 - 150 |
| Чистовая EDM | 1 - 10 | 10 - 100 | 0,5 - 2,5 | 2 - 40 |
| Зеркальная обработка | 0,1 - 3 | 1 - 30 | 0,04 - 0,8 | 0,1 - 5 |
Сравнительная таблица производительности и применения
| Критерий | Токарная | Фрезерная | Шлифовальная | EDM |
|---|---|---|---|---|
| Производительность | Высокая | Высокая | Средняя | Низкая |
| Точность позиционирования | ±0,01-0,05 мм | ±0,005-0,02 мм | ±0,001-0,005 мм | ±0,001-0,003 мм |
| Твердость обрабатываемого материала | До 65 HRC | До 60 HRC | До 70 HRC | Любая |
| Сложность геометрии | Простая | Средняя-высокая | Простая-средняя | Очень высокая |
| Стоимость обработки | Низкая | Средняя | Средняя-высокая | Высокая |
Оглавление статьи
- 1. Введение в параметры шероховатости
- 2. Основы теории шероховатости поверхности
- 3. Токарная обработка и формирование шероховатости
- 4. Фрезерная обработка - влияние режимов на Ra
- 5. Шлифовальная обработка - достижение высокой точности
- 6. EDM технология - электроэрозионная прецизионность
- 7. Факторы, влияющие на качество поверхности
- 8. Методы выбора оптимальных параметров обработки
- 9. Измерение и контроль шероховатости
- 10. Часто задаваемые вопросы
Введение в параметры шероховатости
Шероховатость поверхности представляет собой совокупность неровностей с относительно малыми шагами, которые выделены на определенной длине, называемой базовой. В современном машиностроении параметр Ra (среднее арифметическое отклонение профиля) является основным показателем качества обработанной поверхности, определяющим функциональные характеристики деталей и узлов.
Согласно ГОСТ 2789-73 (с актуальными изменениями №2 от 2017 года), существуют шесть параметров оценки шероховатости поверхности, из которых Ra определен как предпочтительный. Современные международные стандарты ISO 25178 и ISO 21920 дополнительно регламентируют 3D-анализ поверхности. Выбор технологии обработки напрямую влияет на достижимые значения шероховатости: от грубых поверхностей при литье до сверхточных при современных методах EDM.
Основы теории шероховатости поверхности
Базой для отсчета высот выступов и впадин неровностей служит средняя линия профиля - базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально.
Для широкого класса поверхностей горизонтальный шаг неровностей находится в пределах от 1 до 1000 мкм, а высота — от 0,01 до 10 мкм. Основные параметры шероховатости включают:
Ключевые параметры шероховатости:
Ra - среднее арифметическое отклонение профиля (предпочтительный параметр)
Rz - высота неровностей профиля по 10 точкам
Rmax - наибольшая высота профиля
S - средний шаг местных выступов профиля
Sm - средний шаг неровностей профиля
tp - опорная длина профиля
Токарная обработка и формирование шероховатости
При токарной обработке шероховатость образуется в виде множества неровностей, подобных винтовым выступам и винтовым канавкам, напоминающим резьбу. Точение обеспечивает шероховатость в диапазоне Ra 6,3 - 0,4 мкм, что делает его одним из наиболее универсальных методов обработки.
Расчет теоретической шероховатости при токарной обработке:
Ra теор = S² / (32 × r)
где: S - подача (мм/об), r - радиус при вершине резца (мм)
Пример: При S = 0,1 мм/об и r = 0,5 мм получаем Ra теор = 0,01² / (32 × 0,5) = 0,63 мкм
На практике фактическая шероховатость зависит от множества факторов: материала заготовки, состояния режущих кромок, вибраций системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь), применения СОЖ. При обработке вязких металлов, например малоуглеродистых сталей, высота шероховатости получается большей, чем при обработке хрупких металлов.
Фрезерная обработка - влияние режимов на Ra
Фрезерование обеспечивает шероховатость в диапазоне Ra 1,6 - 0,4 мкм, что позволяет получать поверхности высокого качества. При малой величине подачи основное влияние на состояние поверхности оказывает состояние кромок инструмента.
Оптимальные показатели шероховатости Ra 1,25-0,63 мкм удается получить после тонкой фрезеровки. Современные станки с ЧПУ позволяют достигать требуемой шероховатости без последующей шлифовки, что значительно снижает стоимость обработки.
Практический пример оптимизации фрезерования:
Для обработки стальной заготовки торцевой фрезой диаметром 80 мм:
- Подача на зуб: fz = 0,15 мм
- Скорость резания: V = 250 м/мин
- Глубина резания: ap = 2 мм
- Достигаемая шероховатость: Ra = 1,6 мкм
Шлифовальная обработка - достижение высокой точности
Шлифование обеспечивает шероховатость Ra 3,2 - 0,1 мкм, соответствующую 5-10 классам обработки. Это наиболее точный из механических методов обработки, позволяющий достигать прецизионных параметров качества поверхности.
Плоскошлифовальные станки позволяют получать шероховатость поверхности Ra1,25 с точностью до 0,01мм. Круглошлифовальные станки обеспечивают шероховатость Ra0,63 и точность до 0,01мм.
Факторы, влияющие на шероховатость при шлифовании:
1. Характеристика абразивного круга (зернистость, твердость, структура)
2. Скорость круга (обычно 25-60 м/с)
3. Скорость детали (0,1-50 м/мин)
4. Глубина шлифования (0,005-0,1 мм за проход)
5. Применение СОЖ (обязательно для предотвращения прижогов)
EDM технология - электроэрозионная прецизионность
Средствами ЭЭО удается надежно обрабатывать объекты по 6-7 квалитетам точности, достигать параметра шероховатости Ra=0,1 мкм и ниже. Современные генераторы обеспечивают шероховатость поверхности до Ra = 0,04 мкм при зеркальной обработке.
При оптимальных параметрах обработки - пиковый ток 12 А, длительность импульса 750 мкс, давление газа 5 кг/см² - достигается шероховатость Ra 2,43 мкм при производительности 1,9 мм³/мин.
Факторы, влияющие на качество поверхности
На качество поверхности влияет множество факторов, самый большой из которых - производственный процесс. Для процессов обработки добавляются такие факторы, как выбор режущего инструмента, состояние станка, подача, скорость, состояние инструмента, ширина реза, глубина резания, температура в помещении, тип СОЖ и вибрация.
Классификация факторов по степени влияния:
Первостепенные факторы:
- Режимы резания (подача, скорость, глубина)
- Геометрия и состояние режущего инструмента
- Свойства обрабатываемого материала
Вторичные факторы:
- Жесткость технологической системы
- Применение и тип СОЖ
- Температурные условия
Сопутствующие факторы:
- Вибрации оборудования
- Износ направляющих станка
- Квалификация оператора
Методы выбора оптимальных параметров обработки
Выбор оптимальных параметров обработки требует комплексного подхода, учитывающего технические требования, экономическую эффективность и возможности технологического оборудования. В случаях, когда это необходимо по функциональным требованиям, допускается устанавливать значение шероховатости Ra менее указанных в стандартных таблицах.
Алгоритм выбора технологии обработки:
1. Анализ технических требований (точность, шероховатость, материал)
2. Определение возможных технологических маршрутов
3. Расчет режимов обработки для каждого варианта
4. Экономическое сравнение вариантов
5. Выбор оптимального решения
Измерение и контроль шероховатости
При работе с образцами шероховатости поверхности учитываются параметры: Ra – отклонение профиля, выраженное средним арифметическим значением; Rz – высота неровности профиля, определенная по 10 контрольным точкам; Rmax – предельная высота неровности профиля.
Количественный контроль параметров выполняют бесконтактно с применением микроинтерферометров и контактно с использованием профилографов и профилометров. Визуально, с приемлемой точностью, доступна оценка поверхности, у которой Ra≥ 6-8 мкм.
Современные методы контроля шероховатости:
Контактные методы:
- Профилометры с алмазной иглой (точность ±5%)
- Профилографы для записи профиля
Бесконтактные методы:
- Лазерные интерферометры (точность ±2%)
- Конфокальная микроскопия
- Белосветовая интерферометрия
Визуальный контроль:
- Сравнение с образцами по ГОСТ 9378-93
- Органолептический метод (на ощупь)
Часто задаваемые вопросы
Для подшипников скольжения оптимальная шероховатость составляет Ra 0,4-1,6 мкм. Слишком малая шероховатость (Ra менее 0,2 мкм) приводит к выдавливанию смазки из зоны трения и может вызвать схватывание поверхностей. Определенная высота микронеровностей позволяет удерживать смазочную пленку, обеспечивая надежную работу узла.
Теоретически возможно при использовании алмазных резцов, минимальных подач (0,02-0,05 мм/об), высоких скоростей резания и жесткой технологической системе. Однако экономически целесообразнее достигать таких параметров шлифованием или EDM обработкой. Токарная обработка эффективна в диапазоне Ra 0,4-6,3 мкм.
EDM обработка не использует механический контакт между инструментом и заготовкой, исключая вибрации и деформации. Электрические разряды создают равномерную структуру поверхности. При зеркальных режимах достигается Ra 0,04-0,08 мкм, что превосходит возможности большинства механических методов. Недостаток - низкая производительность и высокая стоимость.
СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) значительно улучшает шероховатость: снижает температуру резания, предотвращает налипание материала на фрезу, смывает стружку из зоны обработки. Правильно подобранная СОЖ может улучшить шероховатость в 1,5-2 раза. Для стали эффективны эмульсии, для алюминия - минеральные масла.
Ra является предпочтительным параметром согласно ГОСТ 2789-73, так как характеризует среднее состояние поверхности. Rz показывает максимальные отклонения по 10 точкам и важен для оценки пиковых неровностей. Для большинства применений достаточно контролировать Ra, Rz используется при специальных требованиях к герметичности или точности сопряжения.
Улучшение шероховатости в 4 раза требует перехода к более точным методам обработки, что увеличивает стоимость в 2-5 раз. Необходимы: снижение подач в 2-3 раза, применение более качественного инструмента, дополнительные проходы, часто - смена технологии (например, с фрезерования на шлифование). Экономически оправдано только при функциональной необходимости.
Визуально можно оценить шероховатость Ra ≥ 6-8 мкм, сравнивая с образцами по ГОСТ 9378-93. Тактильно (на ощупь) - от Ra 1,6 мкм. Для точных измерений необходимы профилометры или интерферометры. Косвенная оценка возможна по блеску поверхности: матовая - Ra >3,2 мкм, полуглянцевая - 0,8-3,2 мкм, зеркальная - <0,4 мкм.
Для Ra 1,6 мкм наиболее производительна чистовая токарная обработка твердосплавными пластинами при подаче 0,1-0,15 мм/об и скорости 150-250 м/мин. Фрезерование торцевыми фрезами также эффективно при подаче на зуб 0,1-0,2 мм. Шлифование производительнее только для закаленных материалов. EDM используется только при невозможности механической обработки.
Да, существует прямая зависимость. Мягкие материалы (алюминий, латунь) склонны к налипанию на инструмент, что ухудшает шероховатость. Твердые материалы (закаленная сталь, титан) дают лучшую шероховатость при правильных режимах, но быстрее изнашивают инструмент. Хрупкие материалы (чугун, керамика) могут давать сколы. Оптимальные параметры достигаются при средних твердостях 25-45 HRC.
Современные тенденции включают: бесконтактные 3D-измерения с помощью конфокальных микроскопов, интеграцию измерительных систем в станки для онлайн-контроля, применение ИИ для предсказания шероховатости по режимам обработки, развитие портативных профилометров для цехового контроля. Активно внедряются стандарты ISO 25178 для 3D-параметров поверхности.
