1.5.2 Значення якості поверхонь деталей машин
Параметри й умови роботи, характерні для сучасних машин, пред'являють високі вимоги до якості поверхонь деталей, що утворюють з'єднання. Сюди відносяться:
а) швидкохідність машин;
б) високі питомі навантаження;
в) велика потужність машин при порівняно малій вазі;
г) високі тиски і температури;
д) вимоги до довговічності і надійності роботи машини;
е) висока точність роботи механізмів і всієї машини.
Якість поверхонь значно впливає на експлуатаційні властивості деталей.
Зносостійкість поверхонь крім багатьох інших чинників залежить від її якості. На знос поверхонь деталей впливають макронерівності, хвилястість і мікронерівності.
При макронерівностях і хвилястості знос поверхонь відбувається нерівномірно. Спочатку зношуються виступаючі частини поверхні; при мікронерівностях, у першу чергу, деформуються і стираються гребінці поверхні. Шар мастила утримується на поверхні доти, поки питомий тиск не перевищить певного значення. Оскільки поверхні, що труться, стикаються в окремих виступаючих точках, мастило з цих місць видавлюються і виникає сухе тертя.
Якість нерухомих з'єднань. Для одержання міцного нерухомого з'єднання двох деталей необхідно, щоб клас шорсткості був достатньо високий, тобто мікронерівності були якомога меншими.
Міцність деталей. Якість поверхні значною мірою впливає на міцність деталей, особливо при змінних навантаженнях.
Опір корозії. Корозія поверхонь металевих деталей викликається дією газів, рідин, атмосферним впливом. Чим більша шорсткість обробленої поверхні, тим активнішим є вплив корозії.
1.5.3 Параметри і характеристики шорсткості поверхонь
Для оцінки якості поверхневого шару в машинобудуванні використовують кількісні параметри: шорсткість, хвилястість і ін.
Шорсткістю називають сукупність мікронерівностей порівняно невеликого кроку на базовій довжині .
Хвилястість - нерівності , що періодично чергуються, крок яких істотно перевищує базову довжину, прийняту для виміру шорсткості.
Хвилястість займає проміжне положення між шорсткістю і відхиленнями форми поверхонь.
Для шорсткості характерне відношення l/H < 50 (рисунок 1.14), для хвилястості L/Hкв = 50... 1000 і для відхилень форми L/Нв > 1000.
Рисунок 1.14 - Шорсткість і хвилястість поверхні
Спостерігають два принципово різноманітних види профілів мікронерівностей.
Профіль може бути регулярним, коли мікронерівності розташовані як сукупність слідів певного, однакового напрямку з явно вираженим чергуванням (точіння, свердління, фрезерування, шліфування й ін.).
При нерегулярному профілі чіткого чергування слідів не спостерігають (електроіскрова обробка, дробеструменевий обдув і ін.).
Шорсткість поверхні оцінюють по ряду характеристик. У нашій країні шорсткість оцінюють по шести параметрах (рисунок 1.15).
Рисунок 1.15 - Профіль шорсткості і його характеристики
Зображення шорсткості розділяє середня лінія профілю m, що проведена по певних правилах.
На середній лінії виділяють базову довжину l, значення якої вибирають за стандартом залежно від методу обробки поверхні.
Лінія виступів і лінія впадин проходять через найвищу і найнижчу точки профілю паралельно середній лінії.
Відстань між лініями виступів і впадин називають найбільшою висотою нерівностей профілю Rmax.
Шорсткість оцінюють за трьома висотними параметрами Ra, Rz і Rmax, двома кроковими параметрами S і Sm і по відносній опорній довжині мікропрофіля tp.
Ra - середнє арифметичне відхилення профілю
Ra =
(1.16)
де n - число вибраних точок на базовій довжині l;
уi - відхилення профілю, тобто відстань між любою точкою профілю і середньою лінією.
Відстані у беруть без врахування знака, тобто як ординати над і під лінією m (показані у вигляді вертикальних ліній у лівій і правій частинах рисунок 1.15).
Rz - висота нерівностей по десятьох точках - являє собою суму середніх абсолютних значень висот п'ятьох найбільших виступів профілю і глибин п'ятьох найбільших впадин профілю в межах базової довжини:
Rz =
(1.17)
де Нimах - відхилення п'ятьох найбільших максимумів профілю;
Нimin - відхилення п'ятьох найбільших мінімумів профілю.
Rmax - найбільша висота профілю;
S - середній крок місцевих виступів профілю - середнє значення кроку місцевих виступів у межах базової довжини.
Sm - середній крок нерівностей профілю - середнє значення кроку нерівностей профілю по середній лінії в межах базової довжини.
tp - відносна опорна довжина профілю - відношення опорної довжини профілю до базової довжини:
tp
=
(1.18)
де р - рівень перетину профілю, який визначається відстанню між лінією виступів профілю і лінією, що перетинає профіль еквідистантно лінії виступів (р встановлюють у відсотках від Rmax);
bi - довжина відрізка, що відтинається на мікровиступі.
Основний зміст введення шести параметрів для оцінки шорсткості поверхні полягає в тому, що за їхньою допомогою можна регламентувати шорсткість залежно від службового призначення і умов експлуатації деталей (зношування, контактна жорсткість, витривалість і ін.). Параметр Ra є кращим.
Шорсткість поверхні потрібно призначати залежно від точності розмірів деталі, а також від вимог, запропонованих до неї умовами роботи.
Висоту допустимої шорсткості залежно від точності обробки рекомендується визначати по формулі
Ra = K, (1.19)
де - допуск на виготовлення деталі, мкм,
К - коефіцієнт пропорційності, що вибирають у залежності від діаметра d деталі; при d = 18-50 мм K= 0,15-0,20.
Значення Ra можна корегувати в залежності від вимог, запропонованих до деталей і спряжень.