7. Качество поверхностей деталей машин.

   1. Общие сведения

Качество реальных поверхностей деталей машин принято характери­зовать величиной шероховатости (микронеровностей), волнистости и отличием физико-химических и физико-механических свойств поверхностных слоев от свойств материала сердцевины. Известно, что в процес­се изготовления детали в поверхностном слое изменяются структура, фазовый и химический состав , твёрдость, возникают остаточные напря­жения.

Понятие поверхность включает: а) поверхностный слой, непосредст­венно соприкасающийся с внешней средой (граничный слой); б) нижеле­жащий деформированный слой, отличающийся от основной части металла своим строением, механическими, физическими и химическими свойства­ми.

2. Геометрические характеристики качества поверхности деталей

Макрогеометрические отклонения формы характеризуют точность из­готовления деталей (бочкообразность, вогнутость, выпуклость и др.). Их рассматривают на больших участках реальной поверхности деталей.

Микрогеометрия оценивается на малых участках поверхности с дли­ной стороны квадрата в пределах 1...0,01 мм.

Отклонения формы поверхностей условно различают в зависимости от отношения шага S к высоте неровностей R :

а) при S : R > - 1000 - макрогеометрические отклонения;

б) при S : R = 40…1000 - волнистость поверхности;

в) при S : R < 50 - микрогеометрические отклонения (шерохова­тость).

Высота неровностей у шероховатой и волнистой поверхностей изме­няется от долей микрометра до одного миллиметра и более. Шерохова­тость рассматривают в пределах базовой длины l .

Под волнистостью поверхности понимает совокупность периодически чередующихся возвышенностей и впадин, образующих неровности поверхности, у которых расстояния между смежными возвышенностями или впадинами, т.е. шаг волны , пре­вышают базовую длину l . Волнистость занимает промежуточное поло­жение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности (между макро- и микроотклонениями, см. разд. 5.2.2 и 5.2.3).

Ш ероховатостью поверхности называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами. Ее величину определяют по профилю, который образуется в сечении этой поверхности плоскостью, перпендикулярной к номинальной повер­хности (рис. 87). При этом профиль рассматривают на длине базовой линии, в качестве которой служит средняя линия профиля, имеющая форму номинального профиля и проведённая так, что в пределах базо­вой длины l среднее квадратичное отклонение до этой линии минима­льно.

Расстояние от средней линии до высшей точки выступа профиля и до низшей точки впадины профиля называют соответственно высотой вы­ступа У_Рmax и глубиной впадины У_Vmax профиля.

Оценку шероховатости всегда производят в пределах базовой длины l , при этом используют следующие показатели:

S_mi- средний шаг неровностей профиля (среднее значение шага неровностей профиля по средней линии);

S - средний шаг местных выступов профиля (среднее значение ша­га местных выступов, см. рис. 87);

R_Z - высота неровностей профиля по десяти точкам (сумма абсолютных значений пяти высот наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля. мкм)

R_а. - среднее арифметическое отклонение профиля (среднее арифме­тическое абсолютных значений отклонений профиля, мкм)

приближенно

R_q - среднее квадратическое отклонене профиля, мкм

приближенно ;

R_max­ - наибольшая высота неровностей профиля (расстояние между ли­нями выступов и впадин профиля).

Численные значения параметров шероховатости должны соответство­вать ГОСТ 2789-73 (приводятся в справочниках).

Измерение или оценку величины микронеровностей осуществляют с помощью пневматических и электрических профилометров и профилографов, оптических приборов (интерферометрами, микрометрами и др.), а также визуально - путём сравнения обработанных поверхностей с об­разцами - эталонами шероховатостей.

При нормировании шероховатости поверхностей предпочтение отдают показателю R_а. , широко используют показатель R_Z, реже - R_max. Между отдельными показателями высоты неровностей профиля существу­ют следующие ориентировочные зависимости: R_Z4R_a и R_a 0.8R_q.

Исследования показывают, что форма и размеры неровностей одной и той же поверхности, измеренные в разных направлениях оказываются различными и не связанными определёнными соотношениями.

В технологии машиностроения при изучении механизмов образования неровностей различают шероховатости: продольную - в направлении вектора скорости резания и поперечную - в направлении перпендикуля­рном этому вектору (рис. 88).

При точении, строгании и многих других видах механической обра­ботки поперечная шероховатость обычно больше продольной. При тор­цевом фрезеровании, хонинговании, доводке - продольная и попереч­ная шероховатости могут иметь одинаковые значения. При возникнове­нии в системе колебаний и вибраций, при обработке вязкого и плас­тичного материала - продольная шероховатость может превысить попе­речную. При оценке качества поверхности измерения следует выполнять в направлении большей шероховатости.

К числу многочисленных факторов, от которых зависят шероховатость поверхности и форма отдельных микронеровностей относят:

вид и режим механической обработки;

материал и геометрические параметры инструмента;

качество СОЖ и методику её применения;

жесткость и фактическое состояние технологической системы ста­нок - приспособление - инструмент - деталь;

химический состав и свойства обрабатываемого материала и др.

Для изучения всё многообразие факторов, влияющих на шерохова­тость, условно объединяют в три группы причин:

1) связанных с геометрией процесса резания (копирование на обра­батываемой поверхности траектории движения и формы лезвий инструме­нте);

2) связанных со свойствами обрабатываемого материала (пластичес­кие и упругие деформации и др.);

3) приводящих к вибрации инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

В конкретных случаях любая из отмеченных групп может оказывать решающее влияние на образование шероховатости. В отдельных случаях наблюдают одновременное и почти равное воздействие всех перечислен­ных причин, вследствие чего чётко выраженные закономерности теряют­ся.