5. Качество поверхностей
5.1 Понятие о качестве поверхностей. Критерии оценки шероховатости.
Под качеством поверхности детали (заготовки) понимают состояние ее поверхностного слоя как результат воздействия на него одного или нескольких последовательно применяемых технологических методов. Оно характеризуется шероховатостью, волнистостью, а также физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами на базовой 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. 1) l/H < 50; для волнистости L/HВ = 50 - 1000; для макрогеометрии L/HВ > 1000. Высота неровностей у шероховатой и волнистой поверхностей изменяется от долей мкм до 1 мм и более. Меньшие значения приведенного отношения (L/H и L/HВ) лежат в области больших высот неровностей.
Рис. 43. Шероховатость и волнистость поверхности
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 измерения.
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 изменяется также химический состав материала поверхностного слоя.
У готовой детали качество обработанных поверхностей в основном обеспечивается при окончательной обработке; предшествующая обработка, а также заготовительные процессы в определенной степени влияют на качество поверхности готовой детали в силу технологического наследования исходных свойств заготовки на различных этапах ее обработки. Необработанные поверхности сохраняют качество, полученное при изготовлении заготовки.
В процессе эксплуатации машин качество поверхностей их деталей изменяется. Такие явления, как износ, образование и развитие микротрещин, задиры, коррозионное и эрозионное разрушения, питтинг, ухудшают качество поверхности; поэтому важно не только обеспечить требуемое качество поверхностей деталей машин в процессе производства, но и сохранить их постоянство на длительный срок эксплуатации машин.
По ГОСТ 2789—73 установлено шесть параметров шероховатости поверхности: Ra, Rz, Rmax, Sm, S и tp (рис. 2).
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra определяется из абсолютных значений отклонений профиля y от средней линии в пределах базовой длины l
или приближенно
Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — это сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины:
Наибольшая высота неровностей профиля Rmax — расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.
Средний шаг неровностей Sm — это среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины.
Средний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины.
Относительная опорная длина профиля tp — отношение опорной длины профиля к базовой длине
ГОСТ регламентирует следующие пределы значений параметров шероховатости: Ra = 0,008 - 100 мкм; Rz и Rmax равны 0,025 — 1600 мкм; Sm и S равны 0,002— 12,5 мм; tp = 10 - 90%; l = 0,01 -- 25 мм, а также направление неровностей. Требования к шероховатости устанавливаются по одному или нескольким параметрам.
Рис. 2. Профилограмма поверхности