37. Схема поверхностного слоя металла

Рис. 37.1. Схема строения поверхностного слоя

Параметры, определяющие эксплуатационные свойства деталей и их соединений (контактная жёсткость, коэффициент трения, герметичность, прочность посадок и т.п.) определяются параметрами состояния поверхностного слоя.

- Макрогеометрические отклонения

Единая неровность поверхности по всей длине или ширине относится к макроотклонению; её высота изменяется от десятых долей [мкм] до нескольких [мм].

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность микронеровностей высотой 10 ^-2-10 ^-3 мкм с шагом меньшим базовой длины. Все промежуточные неровности между шероховатостью и макроотклонением относится к волнистости поверхности. Микронеровности, соизмеримые с размерами кристаллической решётки и расположенные на шероховатости, относятся к субшероховатости.

Таким образом, в поверхностном слое можно выделить следующие основные зоны:

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность микронеровностей высотой 10 ^-2…10 ^-3 мкм с шагом меньшим базовой длины. Все промежуточные неровности между шероховатостью и макроотклонением относится к волнистости поверхности.

Микронеровности, соизмеримые с размерами кристаллической решётки и расположенные на шероховатости, относятся к субшероховатости.

В общем случае поверхность предмета – это граница, которая отделяет данный предмет от другого предмета или окружающей среды. Можно выделить несколько критериев оценки поверхности.

Реальную (действительную) поверхность в общем случае можно описать функцией от двух независимых переменных.

Измеренную поверхность можно определить с помощью измерительных устройств.

Номинальная (теоретическая) поверхность задается чертежом либо описывается с помощью математических уравнений.

Номинальная поверхность характеризуется отклонениями формы, волнистостью и шероховатостью. Среди отклонений формы можно выделить различные виды отклонений от круглости (овальность, гранность), отклонения от цилиндричности, плоскостности и другие согласно ГОСТ 24642-81.

Возникновение макрогеометрических погрешностей поверхности происходит из-за неточностей станка, на котором производится обработка; погрешностей установки заготовки; силовых и температурных деформаций системы «станок - приспособление - инструмент – заготовка» и износа инструмента.

- Волнистость поверхности

Волнистость поверхности совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояние между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину l (l = =0,08…8,0 мм). Волнистость занимает промежуточное положение между макрогеометрическими погрешностями (отклонениями формы) и шероховатостью поверхности.

Волнистость поверхности образуется в результате неравномерности подачи при точении и шлифовании, неплоскостности направляющих и вынужденных колебаниях системы станок - заготовка - инструмент, возникающих из-за неравномерности сил резания, наличия неуравновешенных масс, копирования волнистости режущего инструмента, искажения формы шлифовального круга и неравномерный износ его, а также погрешности движения инструмента или заготовки.

При шлифовании сильно сказывается дисбаланс круга. При зубофрезеровании ошибка червяка делительной передачи станка проявляется в виде волнистой боковой поверхности зуба.

От шероховатости волнистость отличается значительно большим шагом; при чистовой обработке он не менее 0,25 мм, при черновой - превышает 8 мм. Нередко бывает, что высота волны при чистовом точении и цилиндрическом шлифовании доходит до 15 мкм при шаге до 14 мм.

Действующими рекомендациями установлены следующие параметры волнистости. Высота волнистости W_Z - среднее арифметическое из пяти ее значений (W₁, W₂...W₅), определенных на участке измерения L_W, равной не менее пяти действительным наибольшим шагам волнистости (рисунок «Определение шага и высоты волнистости поверхности»).

.

Допускается непоследовательное расположение участков измерения. Числовые предельные значения W_Z нужно выбирать из ряда : 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200 мкм. Отдельные измерения волнистости производят на длине равной пятой части L_W .

Наибольшая высота волнистости W_max - расстояние между наивысшей и наинизшей точками измеренного профиля в пределах L_W , измеренное на одной полной волне.

Средний шаг волнистости S_W - среднее арифметическое значение длин отрезков средней линии S_wi ограниченных точками их пересечения с соседними участками профиля волнистости:

Положение средней линии m_W определяется так же, как и средней линии профиля m шероховатости.

Форма волны может быть различной в зависимости от причин, которые вызывают волнистость поверхности. Чаще всего волнистость имеет синусоидальный характер.

Рис. 37.2. Определение высоты (а) и шага (б) волнистости поверхности