146522 (Шероховатость поверхности)

Комсомольск-на-Амуре

KOST

&

AKRED

COST@AMURNET.RU

Оглавление:

1. Шероховатость поверхности

2. Шероховатость, как геометрическое состояние поверхности

3. Параметры для нормирования шероховатости поверхности

Литература

1. Шероховатость поверхностей.

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности деталей и оказывает влияние на эксплуатационные показатели. В условиях эксплуатации машины или прибора, внешним воздействиям, в пер­вую очередь, подвергаются поверхности их деталей. Износ трущихся поверхностей, зарождение трещин усталости, смятие, коррозионное и эрозионное разрушения, разрушение в результате кавитации и др. — это процессы, протекающие на поверх­ности деталей и в некотором прилегающем к поверхности слое. Естественно, что придание поверхностям деталей специальных свойств, способствует существенному повышению показателей качества машин в целом и в первую очередь показателей надежности.

Качество поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей машин и приборов и обусловливается свойствами металла и методами обработки: механической, электрофизической, электрохимической, термической и т. д. В процессе механической обработки (резание лезвийным инстру­ментом, шлифование, полирование и др.) поверхностный слой деформируется под действием нагрузок и температуры, а также загрязняется примесями (частицы абразива, кислород) и другими инородными включениями.

Геометрические характеристики качества поверхности показаны на рис.1 в порядке уменьшения их абсолютных величин: отклонения формы (макрогеометрия); волнистость; шероховатость (микрогеометрия); субмикрошероховатость. В отдельных случаях волнистость может быть больше погрешности формы, а шероховатость больше волнистости. Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и погрешностями формы поверхности. Критерием для их разграничения служит отношение шага S к высоте неровностей R.

Рис. 1

Классификация геометрических характеристик качества поверхности

Взаимосвязь параметров качества поверхности деталей и их эксплуатацион­ных свойств является одним из основных направлений исследований в области машино- и приборостроения.

В настоящее время достаточно изучены вопросы связей качества обработанной поверхности с эксплуатационными показателями деталей и узлов машин и приборов (трение и износ при скольжении и качении, жидкостное трение контактная жесткость, прочность прессовых соединений, отражательная способность, износостойкость при переменных нагрузках, коррозионная стойкость и качество лакокрасочных покрытий, точность измерений, соотношение между допусками раз­мера и шероховатостью поверхности и т. д. )

Трение и износ деталей в значительной степени связаны с макронеровностями, волнистостью, микронеровностями, а также с направлением штрихов (следов) обработки. На рис.2 показано влияние шероховатости поверхности на износостойкость деталей машин. При взаимном перемещении контактирующих плоских (рис.2 а) или цилиндрических (рис.2 б) поверхностей, имеющих мик­ронеровности (шероховатость), в первоначаль­ный момент происходит срез, отламывание и пластический сдвиг вершин неровностей, так как их контакт происходит по вершинам не­ровностей. Зависимость износа от времени работы трущихся поверхностей видна из графика (рис.2 г, д). Сначала сравнительно быстро (участок I) за период времени T₁ происходит начальное изнашивание (приработка). При правильном режиме смазывания (рис.2 в) изнашивание протекает медленно (участок II), что обусловлено образованием равновесной шероховатости. Этот период времени определяет срок службы детали. Катастрофическое изнашивание пары характеризуется участком III.

На рис.2 д кривая 2 характеризует износ поверхностей с меньшими началь­ными шероховатостями, чем кривая l. В этом случае величина и время приработочного изнашивания уменьшаются, а интенсивность эксплуатационного изнашивания остается той же. При меньшей шероховатости сопряжен­ных поверхностей время работы деталей будет большим (Т₂> T₁ )

Рис 2.

Шероховатость поверхности и её влияние на износостойкость.

а, б — схемы контакта сопряженных деталей по образующей (вдоль оси) и по окружности; в — идеализированный и фактический контакт поверхностей; г, д — типовые графики износа во времени.

Шероховатость и волнистость поверхности взаимосвязаны между собой.

Волнистость является элементарным отклонением поверхности любой формы. Высота неровностей волнистости и высота шероховатости примерно одинаковы, отношение же шагов к высоте различны.

Волнистость — совокупность периодически повторяющихся неровностей на поверхности, которые образуются прежде всего в связи с колебаниями или относи­тельными колебательными движениями в системе станок—инструмент—изделие.

Волнистость определяется на нормальном сечении поверхности, причем шеро­ховатость и другие отклонения формы исключаются. К волнистости, как правило. относятся периодические неровности, у которых отношение шага к высоте больше 40. У изделий с круглым сечением к волнистости относятся отклонения в радиальном сечении, у которых шаг меньше 1/15 окружности.

2.Шероховатость, как геометрическое состояние поверхности.

Прочность деталей также зависит от шероховатости поверхности. Разрушение детали, особенно при переменных нагрузках, в большей степени объясняется концентрацией напряжений, вследствие наличия неровностей. Чем меньше шерохова­тость, тем меньше возможность возникновения поверхностных трещин от усталости металла. Отделочная обработка деталей (доводка, полирование и т. п.) обеспечивает значительное повышение предела их усталостной прочности.

Уменьшение шероховатости поверхности значительно улучшает антикорро­зионную стойкость деталей. Это имеет особенно важное значение в том случае, когда для поверхностей не могут быть использованы защитные покрытия (поверхности цилиндров двигателей и др.).

Надлежащее качество поверхности играет немаловажную роль и в сопряжениях, отвечающих условиям плотности, герметичности, теплопроводности. С пони­жением шероховатости поверхностей улучшайся их способность к отражению электромагнитных, ультразвуковых и световых волн; уменьшаются потери электромагнитной энергии в волноводных трактах, резонирующих системах, уменьшается емкость электродов; в электровакуумных приборах уменьшается газопоглощеиие и газовыделение, облегчается очистка деталей от адсорбированных газов, паров и пыли.

Важной геометрической характеристикой качества поверхности является на­правленность штрихов — следов механической и других видов обработки (Рис.3). Она влияет на износостойкость поверхности, определенность посадок, прочность прессовых соеди­нений. В ответственных случаях конструктор должен оговаривать направленность следов обработки на поверхности детали. Это может оказаться необходимым, на­пример, в связи с направлением относительного скольжения сопряженных деталей или с направлением движения по детали струи жидкости или газа. Изнашивание уменьшается и достигает минимума при совпадении направления скольжения с на­правлением неровностей обеих деталей.

Высокой точности всегда отвечают малые шероховатости и волнистость поверх­ности. Это определяется не только условиями работы сопряженных деталей, но и необходимостью получения надежных результатов измерения в производстве. Умень­шение шероховатости поверхности вносит большую определенность в характер сопряжения, так как размер зазора (или натяга), полученный в результате контроля деталей, отличается от размера эффективного зазора или натяга, имеющего место в эксплуатации или при сборке. Эффективный натяг при сборке уменьшается, а зазор в процессе работы механизма увеличивается, причем тем больше и быстрее, чем более грубо обработаны сопрягаемые поверхности.

Малую шероховатость поверхности бывает необходимо использовать и для придания красивого внешнего вида детали или удобства содержания поверхностей в чистоте и т. п.

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изде­лий. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости поверхности не устанавливаются и шероховатость этой поверхности контролироваться не должна . Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности (раковины и пр.), поэтому при контроле шероховатости поверхности влияние дефектов поверхности должно быть исключено. В некоторых случаях допускается устанавливать требования к шероховатости отдельных участков одной поверхности, которые могут быть различными.

ГОСТ 2789—73* устанавливает требования к шероховатости поверхности независимо от способа ее получения или обработки. Это дает возможность применять требования стандарта к поверхностям, обработан­ным резанием и другими методами, например литьем, прессованием, электрофизи­ческими и электрохимическими методами и т. д.

3. Параметры для нормирования шероховатости поверхности.

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (чаще поперечного), получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью (чаще всего в нормальном сечении). Для отделения шероховатости поверхности от других не­ровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волнистости) ее рассматривают в пределах ограниченного участка , длина которого называется базовой длиной l . Базой для отсчета отклонений про­филя является средняя линия профиля т .

Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхностей ГОСТ 2789—73* (Рис. 5) устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra, Rz, Rmах), два шаговых (Sm , S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp).

Параметры Ra, Rz представляют собой среднюю высоту неровностей профиля (Ra — всех неровностей; Rz — наибольших неровностей), параметр Rmax — полную высоту профиля

Параметры S и Sm характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей (максимумов) про­филя и точек пересечения профиля со средней линией (нулей про­филя).

Параметр tр содержит наиболь­шую информацию о высотных свой­ствах профиля (он комплексно ха­рактеризует высоту и форму неров­ностей профиля), так как она ана­логична функции распределения. В продольном направлении tp по­зволяет судить о фактической пло­щади контакта при контактиро­вании шероховатых поверхностей на заданном уровне сечения р.

Рис. 3

Профиль шероховатости, его характеристики и параметры

В дополнение к количественным параметрам в некоторых случаях целесообразно нормировать направление неровностей, например в связи с направлением относитель­ного перемещения трущихся сопряженных поверхностей или струи жидкости, или газа относительно поверхности, а также для обеспечения необходимой виброустой­чивости и прочности при циклических нагрузках.

При необходимости конструктором устанавливается также способ или последо­вательность способов получения (обработки) поверхности, если они являются единственными для обеспечения ее заданного качества.

При назначении параметров шероховатости поверхностей следует проверить возможность их достижения в связи с рациональными методами обработки детали. Как правило, следует применять наибольшую шероховатость, допускаемую кон­структивными требованиями. В противном случае может значительно увеличиться стоимость обработки, что может быть компенсировано лишь повышением качества изделия. В некоторых же случаях повышение требований к шероховатости может оказаться не только не рентабельным, но и недопустимым. Например, при слишком гладких сопрягаемых поверхностях может возникнуть явление «схватывания», При котором частицы металла отрываются от поверхностного слоя трущихся поверхностей. Для таких поверхностей следует нормировать оптимальную исходную шеро­ховатость, которая должна быть близкой к получающейся в процессе приработки

Обычно отделать отверстие труднее, чем вал. Это часто учитывается назначением различной шероховатости поверхностей сопрягаемых деталей : у отверстия шероховатость несколько выше.