37. Схема поверхностного слоя металла

Зона 1 - адсорбированная пленка газов, влаги и смазочно-охлаж­дающей жидкости, которая удаляется нагревом детали в вакууме.

Зона 2 - деформированный, сильно раздробленный металл с иска­женной решеткой кристаллов и с обезуглероженными под действием высоких температур при шлифовании участками; в нем находятся оксиды и нитриды, пустоты и надрывы, а также трещины.

Зона 3 - зерна, сильно деформированные под действием давления ₃ шлифовального круга и тангенциальных сил при шлифовании; в зоне со­держатся структуры свободного цементита, образовавшегося под дейст­вием высоких температур.

Зола 4 - металл с исходной структурой (рис. 37.1).

В технике поверхность детали - наружный слой, который по стро­ению и другим свойствам отличается от внутренней части. Комплекс свойств, приобретаемых поверхностью детали в результате ее обработки, характеризуется обобщенным понятием «качество поверхности».

Качество поверхности характеризуется геометрией (макро-, микро­геометрией и волнистостью); физико-механическими и физико-химическими свойствами. Указанные характеристики качества поверхности влияют на такие служебные свойства деталей, как сопротивление уста­лости, износо-, коррозие- и эрозиостойкость, и связан со свойствами сопряжения, прочности посадок с натягом, плотности подвижных и неподвижных соединений.

Физико-механические свойства поверхностного слоя определяются твердостью; структурны­ми и фазовыми превращениями; величиной, знаком и глубиной распространения остаточных на­пряжений; деформацией кристаллической решетки. Эти свойства в основном определяются упру- го-пластическим деформированием и местным нагревом зоны обработки.

Физико-химические свойства поверхности характеризуются наличием на металлической по­верхности различных пленок, прочно связанных с основным металлом. Формирование физико­химических свойств поверхностного слоя, в частности адсорбционной и оксидной пленок, вызвано физическим и химическим взаимодействием обрабатываемого металла в зоне резания с окружаю­щей средой.

Погрешности обработанной поверхности с точки зрения их образования и методов измери­тельной техники, применяемых для их определения, подразделяются на три категории: макрогео- метрические отклонения, волнистость, шероховатость поверхности.

Макрогеометрические отклонения. В общем случае поверхность предмета - это граница, которая отделяет данный предмет от другого предмета или окружающей среды. Можно выделить несколько критериев оценки поверхности. Различают реальную (действительную), измеренную и номинальную (теоретическую) поверхность.

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, например, различные виды отклонений от круглости (овальность, огранка), цилиндричности, плоскостности и т.д. согласно ГОСТ 24642-81.

Рис.37.1.Схема строения поверхностного слоя

Причины: неточность станка, погрешности установки заготовки; силовые и температурные деформации системы «станок - приспособление - инструмент - заготовка» и износ инструмента.

Волнистость поверхности. Волнистость поверхности совокупность периодически повторяю­щихся неровностей, у которых расстояние между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину / (/ = 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. - среднее арифметическое из пяти ее значений (W_b W₂,..., W₅), определенных на участке измерения L_w, равном не менее пяти действительным наибольшим шагам волнистости (рис. 37.2, а):

W_z = (W_l+W₂+W₃+W₄+W₅).

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 lw\ равной пятой части L_w.

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

Средний шаг волнистости Sw - среднее арифметическое значение длин отрезков средней линии Si_Vh ограниченных точками их пересечения с соседними участками профиля волнистости (рис. 37.2, б):

Положение средней линии m_w определяется так же, как и средней линии профиля т шероховатости.

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