11. Формирование качества деталей машин
ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
11.1 Показатели качества поверхностей деталей машин
Качество поверхностей деталей машин определяется совокупностью параметров: шероховатость и волнистость, точность исполнения размеров, физико-механические свойства (структура поверхностного слоя, а также распределение в поверхностном слое остаточных напряжений).
Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Параметры шероховатости принято определять в сечении реальной поверхности плоскостью, перпендикулярной к ее идеальному образу. Параметры шероховатости, их определение и обозначения на чертежах подробно изложены в главе 3, раздел I.
Остаточные напряжения возникают на всех этапах технологического процесса – от заготовительного до отделочного. При воздействии режущего клина К (рис. 11.1) на заготовку в ее поверхности протекает процесс неравномерного пластического деформирования.
Рис. 11.1. Схема зон пластического деформирования и напряжений при резании
лезвийным инструментом
В зоне I происходит стружкообразование, которое протекает в условиях интенсивных нормальных сжимающих (−) напряжений. Эти напряжения проникают под поверхность резания и уравновешиваются упругими растягивающими (+) напряжениями во внутренних слоях заготовки. В зоне II силы трения о заданную поверхность режущего клина вызывают пластическое растяжение в тонком слое под поверхностью резания. После выхода из зоны резания напряжения в пластически деформированном подповерхностном слое (зоны III и IV) меняют знак.
В пластически деформированном подповерностном слое снижается плотность материала (0,3 … 0,8 %), повышается его твердость и хрупкость, уменьшается пластичность и вязкость, изменяются магнитные и некоторые другие свойства. Упрочнение (наклеп) материала подповерхностного слоя зависит от степени его пластической деформации.
Выделяющееся в зоне резания тепло нагревает тонкий подповерхностный слой нагревает до высоких температур, что вызывает увеличение его удельного объема. Однако уровень напряжений в разогретом слое низок в связи со значительным снижением модуля упругости и повышением пластичности. После прекращения воздействия режущего инструмента происходит быстрое охлаждение подповерхностных слоев металла, сопровождающееся его сжатием, чему препятствуют нижележащие слои металла, остающиеся холодными. В результате в нагретом подповерхностном слое развиваются остаточные напряжения растяжения, а в нижележащих слоях – напряжения сжатия, которые уравновешивают остаточные напряжения растяжения в подповерностном слое.
Изменение структуры подповерхностного слоя ведет к изменению удельной плотности материала в этом слое, а следовательно, и к появлению собственной схемы распределения остаточных напряжений, которые складываютс с напряжениями, полученными в результате нагрева. Изменения остаточных напряжений в подповерхностном слое по глубине зависят от принятых методов и режимов обработки.