ММК Спецтехнология ЛА 2013
.pdf1.4. Качество поверхностей деталей машин и заготовок.
Под качеством поверхности понимают состояние поверхностного слоя как результат воздействия на него одного или последовательного комплекса технологических методов. Оно характеризуется шероховатостью, волнистостью, а также физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Шероховатостью (микрогеометрией) поверхности называют совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности детали и рассматриваемых на определенной длине.
Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодически чередующихся неровностей с относительно большим шагом, превышающим принимаемую при измерении шероховатости базовую 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 (рис. 23,а) l/Н<50; для волнистости L/Нв=50-1000; для макрогеометрии L /Нв>1000.
Содержание
Рисунок 23
При оценке шероховатости во внимание принимается не только высота и форма микронеровностей, но также характер расположения штрихов от режущего инструмента на обработанной поверхности детали. Форма микронеровностей влияет на несущую поверхность, предопределяющую износ и контактную деформацию сопряженных деталей. При островершинных неровностях несущая поверхность мала (рис. 23, б); при плосковершинных она возрастает (рис. 23, в).
Назад
В тоже время наличие глубоких впадин (микротрещин) нарушает сплошность поверхностного слоя, снижая усталостную прочность детали. Направление штрихов от предшествующей обработки следует оценивать с учетом совместного контакта сопряженных деталей (при неподвижных соединениях) и направления движения деталей в подвижных соединениях. Различают шероховатость поперечную, измеренную в направлении движения подачи, и продольную, измеренную в направлении главного движения резания.
Шероховатость и волнистость поверхности взаимосвязаны с точностью размеров. Высокой точности всегда отвечают малые шероховатость и волнистость поверхности. Это определяется условиями работы сопряженных деталей и необходимостью получения надежных результатов работы.
Физико-механические свойства поверхностного слоя характеризуются его твердостью, структурными и фазовыми превращениями, величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напряжений, деформацией кристаллической решетки материала. При применении химико-термических методов обработки происходят также изменения химического состава материала поверхностного слоя.
У готовой детали качество обработанных поверхностей в основном формируется при окончательной обработке; предшествующая обработка, а также заготовительные процессы оказывают определенное влияние на качество поверхности готовой детали в силу так называемого технологического наследования исходных свойств заготовки на различных этапах ее обработки. Необработанные поверхности сохраняют характеристики качества, возникшие в процессе получения заготовки. Достижение необходимого качества поверхностей деталей машин и поддержания его на заданном уроне в производственных условиях является задачей построения всего тех. процесса.
В процессе эксплуатации машин качество поверхностей их деталей изменяется. По ряду показателей (износ, образование и развитие микротрещин, задиры, коррозионные и эрозионные разрушения и др.) качество поверхности ухудшается. Поэтому важно обеспечить (конструктивно и технологически) не только требуемое качество поверхностей деталей машин в процессе их производства, но и сохранение постоянства заданного качества поверхности на длительный срок эксплуатации машин.
Для количественной оценки шероховатости на базовой длине l предусмотрено шесть параметров (рис. 24).
Рисунок 24
1.Среднее арифметическое отклонение профиля Ra- определяется из абсолютных значений отклонений профиля h от средней линии:
1 b
Ra l a h dx
Приближенно n
hi
Ra i 1n
2. Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz – это среднее расстояние между пятью высшими Hвыст и пятью низшими Hвп точками профиля.
|
|
5 |
5 |
|
|
|
|
H выст |
Н вп |
R |
|
|
i 1 |
i 1 |
|
z |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
3. Наибольшая высота неровностей Rmax
4 и 5. Средний шаг неровностей Sm (по средней линии) и средний шаг неровностей по вершинам S.
|
|
|
1 |
|
n |
|
|
|
|
1 |
n |
|
S |
|
|
* |
|
S |
|
; |
S |
* Si ; |
|||
m |
mi |
n |
||||||||||
n |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
i 1 |
||||||
|
|
|
|
i 1` |
|
|
|
|
|
|
6. Относительная опорная длина профиля tp- отношение опорной длины профиля lp к базовой длине l.
t p llp *100%
Где
n
l p bi
i 1
Регламентируются параметры: Ra=100-0,008 мкм. Rz, Rmax=1600-0,25 мкм,
Sm и S=12,5-0,002 мкм, tp=10-90%, l=0,01-25 мм, а также направление неровностей.
1.4.2. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машины.
Обеспечение заданного качества машин и длительное сохранение его первоначального уровня во многом зависит от качества поверхностей деталей. Основная причина (80%) выхода из строя машин –это износ рабочих поверхностей сопряженных деталей.
Влияние шероховатости поверхностей сопряженных деталей на износ в основном проявляется в процессе их приработки во время первичного износа, когда микронеровности трущихся поверхностей вызывают местный разрыв пленки и наиболее выступающие неровности разрушаются путем среза, отламывания или пластического сдвига. Для повышения износостойкости трущихся деталей за счет уменьшения первичного износа целесообразно создавать поверхности скольжения, шероховатость которых соответствует шероховатости поверхностей приработанных деталей.
Последующий нормальный эксплутационный износ определяется физикомеханическими свойствами поверхностного слоя.
На первичный износ сопряженных деталей влияет форма и высота микронеровностей, направление рисок (штрихов) обработки относительно направления скольжения поверхностей, волнистость и макрогеометрические отклонения поверхностей трения. Островершинные микронеровности изнашиваются быстрее плосковершинных.
Наименее выгодное направление штрихов обработки у обеих трущихся поверхностей – перпендикулярно к направлению скольжения. При совмещении направления штрихов обработки со штрихами скольжения, износ уменьшается.
Волнистость и макрогеометрические погрешности сопряженных поверхностей уменьшают поверхности контакта и увеличивают удельные нагрузки, что обуславливает повышенный износ.
Шероховатость поверхности влияет: на прочность деталей, работающих в условиях циклической и знакопеременной нагрузки. Впадины микропрофиля являются своеобразными надрезами на поверхности, и влияют на концентрацию напряжений и образование усталостных трещин.
От качества поверхности зависит контактная жесткость стыков сопрягаемых деталей. Шероховатость и волнистость поверхностей уменьшают фактическую площадь контакта, который происходит по отдельным участкам.
Прочность сопряжений с натягом также во многом зависит от шероховатости поверхностей. При запрессовке происходит смятие микронеровностей, и фактический натяг уменьшается против расчетного. Большее снижение прочности происходит при более шероховатых поверхностях.
Коррозия в атмосферных условиях возникает легче и распространяется быстрее в грубообработанных поверхностях.
Шероховатость поверхности оказывает влияние на условия смазки, трение, теплопроводность и герметичность стыков, отражательную и поглощающую способность поверхностей, сопротивление кавитационному разрушению в гидравлических машинах, сопротивление протеканию газов и жидкостей в трубопроводах и т. д.