8. Качество поверхности деталей машин и заготовок

8.1. Общие понятия и определения

Под качеством поверхности понимают состояние поверхностного слоя как результат воздействия на него одного или последовательного комплекса технологических методов. Оно характеризуется совокупностью характеристик шероховатости и волнистости поверхностного слоя и микроструктуры его.

При производстве детали на ее поверхности появляются неровности; в слое металла, прилегающем к ней, изменятся структура, фазовый и химический состав, возникают остаточные напряжения.

Слой металла с изменениями по сравнению с основным металлом, из которого изготавливается деталь, структурой, фазовым и химическим составом называется поверхностным слоем. Внешняя поверхность этого слоя граничит с окружающей средой или сопрягаемой деталью. В условиях эксплуатации поверхностный слой детали подвергается сильному физико-химическому воздействию: механическому, тепловому, световому, магнитоэлектрическому, химическому и др. потеря деталью своего служебного назначения происходит в большинстве случаев с поверхности: износ, кавитация, эрозия, коррозия, усталостные трещины и т.д.

К характеристикам качества поверхностного слоя относятся:

Микрогеометрия (шероховатость):

R_z и R_a – высота неровности по 10-ти точкам и среднеарифметическое отклонение профиля;

R_max – наибольшая высота неровностей профиля и местных выступов;

S_m и S – средний шаг соответствующих неровностей профиля и местных выступов;

t_p – относительная опорная длина профиля;

r и r - радиус закруглений вершин выступов и впадин;

W_a и W_max – среднее арифметическое отклонение профиля и их наибольшая высота;

S_w – средний шаг неровности волны;

H_max – наибольшая высота макроотклонения;

H_ - микротвердость;

H – глубина наклепанного слоя;

 и h_ - остаточные напряжения и глубина их залегания.

Различают три вида неровностей: шероховатость, волнистость и отклонения от правильной геометрической формы.

Шероховатость – микрогеометрическое отклонение (оценивается на малых участках) называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами на базовой длине, образующих рельеф поверхности.

Шероховатость после механической обработки – это прежде всего геометрический след режущего инструмента, искаженный в результате пластической и упругой деформации технологической системы.

Волнистость поверхности – совокупность чередующихся неровностей с относительно большим шагом, превышающим принимаемую при измерении шероховатости базовою длину. Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и погрешностями формы (макрогеометрией) поверхности. Критерием для разграничения шероховатости и волнистости служит величина отношения шага к высоте неровностей. Для шероховатости l/H < 50; для волнистости l/H = 50…1000; для макрогеометрии l/H > 1000/

Волнистость, как и шероховатость, является одной из основных характеристик качества поверхности, оказывающая влияние на многие эксплуатационные свойства деталей машин. Прежде всего, это связано с тем, что наличие волн приводит к уменьшению опорной длины профиля в 5 – 10 раз по сравнению с равной шероховатой поверхностью. Физически обоснованной, а тем более естественной границы между волнистостью и шероховатостью нет. Стандарта на волнистость нет и выделить шероховатость и волнистость из общей совокупности неровностей поверхности при выбранной базовой длине не представляется возможным.

По рекомендации СЭВ РС 3951-73 для оценки волнистости поверхности следует учитывать максимальную высоту волнистости W_max, среднюю высоту волнистости по 10-ти точкам W_z (вычисляется аналогично R_max R_z) и средний шаг волнистости S_W (определяется как среднеарифметическое расстояние 5-ти значений между волнами на 5-ти равновеликих отдельных участках измерения волнистости).

Числовое значение волнистости по этой рекомендации выбирают из ряда R 10/3 (0,1 – 200 мкм).