Шероховатость поверхности
Шерохотоватость поверхности – это показатели, которые обозначают определенное количество данных характеризующих состояние неровностей поверхности измеряемых сверхмалыми отрезками при базовой величине длины. Совокупность показателей, обозначающих возможную ориентацию направлений неровностей поверхностей с определенными значениями и их характеристикой, задается в нормативных документах ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82, ГОСТ 2.309-73. Совокупность требований указанных в нормативных документах распространяется на изделия, изготовленные с использованием различных материалов, технологий и методов обработки, за исключением имеющихся дефектов.
ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения
ГОСТ 25142-82 Шероховатость поверхности. Термины и определения
Высокое качество обработки деталей позволяет значительно снизить износ поверхностей, возникновение очагов коррозии, тем самым повышая точность сборки механизмов их надежность при длительной эксплуатации.
Основные обозначения
Шероховатость исследуемой поверхности измеряются на допустимо небольших площадях, в связи с чем базовые линии выбирают, учитывая параметр снижения влияния волнообразного состояния поверхности на изменение высотных параметров.
Неровности на большинстве поверхностей возникают по причине образующихся деформаций верхнего слоя материала при осуществляемой обработке с использованием различных технологий. Очертания профиля получают при проведении обследования с помощью алмазной иглы, а отпечаток фиксируется на профилограмме. Основные параметры, характеризующие шероховатость поверхности имеют определенное буквенное обозначение, используемое в документации, чертежах и получаемые при проведении измерений деталей(Rz, Ra, Rmax, Sm, Si, Tp).
Для измерения неровности поверхности используют несколько определяющих параметров:
Обозначение шероховатости поверхности
Также используются шаговые параметры Sm и Si и опорная длина исследуемого профиля tp. Данные параметры указываются при необходимости учитывать условия эксплуатации деталей. В большинстве случаев для измерений используется универсальный показатель Ra, который дает наиболее полную характеристику с учетом всех точек профиля. Значение средней высоты Rz применяется при возникновении затруднений связанных с определением Ra с использованием приборов. Подобные характеристики оказывают влияние на сопротивление и виброустойчивость, а также электропроводимость материалов.
Значения определений Ra и Rz указаны в специальных таблицах и при необходимости могут использоваться при проведении необходимых расчетов. Обычно определитель Ra обозначается без числового символа, другие показатели имеют необходимый символ. Согласно действующим нормативным актам (ГОСТ) существует шкала, в которой даны значения шероховатостей поверхности различных деталей, имеющих подробную разбивку на 14 специальных классов.
Существует прямая зависимость, определяющая характеристики обрабатываемой поверхности, чем выше показатель класса, тем меньшее значение имеет высота измеряемой поверхности и лучше качество обработки.
Методы осуществления контроля
Для осуществления контроля шероховатости поверхности используются два метода:
При проведении качественного контроля проводится сравнительный анализ поверхности рабочего исследуемого и стандартного образцов путем визуального осмотра и на ощупь. Для проведения исследования выпускаются специальные наборы образцов поверхностей имеющих регламентную обработку согласно ГОСТ 9378-75. Каждый образец имеет маркировку с указанием показателя Ra и метода воздействия на поверхностный слой материала (шлифовка, точение, фрезерование т. д.). Используя визуальный осмотр можно достаточно точно дать характеристику поверхностного слоя при характеристиках Ra=0,6-0,8 мкм и выше.
ГОСТ 9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия
Образцы шероховатости поверхности
Количественный контроль поверхности проводится с использованием приборов работающих с применением разных технологий:
Классификация поверхностей
При определении характеристики поверхностного слоя материала необходимо провести классификацию:
Классы шероховатости поверхности
Нормативные данные также содержатся в ГОСТ 2.309-73 согласно, которому наносятся обозначения на чертежи и содержат характеристики поверхностей по установленным правилам и обязательны для всех промышленных предприятий. Необходимо также учитывать, что знаки и их форма, наносимые на чертежи должны иметь установленный размер с указанием числового значения неровности поверхности. Регламентируется высота знаков, указывается вид обработки.
ГОСТ 2.309-73 Обозначение шероховатости поверхностей
Знак имеет специальный код, который расшифровывается следующим образом:
В случае отсутствия знака на чертеже, поверхностный слой не подвергается специальной обработке.
На производстве используют два вида воздействия на верхний слой:
При удалении верхнего слоя материала в основном используется специальный инструмент, предназначенный для выполнения определенных действий – сверления, фрезерования, шлифования, точения, и т. д. В ходе обработки происходит нарушение верхнего слоя материала с образованием остаточных следов от используемого инструмента.
Когда применяется обработка без удаления верхнего слоя материала – штамповка, прокат, литье, происходит смещение структурных слоев их деформация с принудительным созданием «гладко-волокнистой» структуры.
При конструировании и изготовлении деталей параметры неровностей задает конструктор, основываясь на техническом задании определяющим характеристики изделия в зависимости от требований, предъявляемых к изготовляемому механизму, технологии используемой при производстве и степени обработки.
Маркировка структуры поверхности
При нанесении обозначений в рабочей документации, чертежах применяются специальные знаки для характеристики материала, которые регламентируются стандартом ГОСТ 2.309-73.
Правила нанесения знаков на чертежах
Основные правила, используемые для обозначения неровности поверхности на чертежах
Основные правила, которые необходимо использовать при выполнении чертежа:
Обозначения направления шероховатости поверхности на чертежах
Учитывая структуру материала, конструктор имеет возможность указать необходимые параметры, предъявляемые к качеству поверхностей. Причем характеристики могут указываться по нескольким параметрам с установкой максимально и минимального значения с возможными допусками.
Особые условия
При массовом производстве определенных деталей иногда нарушается заданная форма или их сопряженность. Подобные нарушения увеличивают допустимый износ деталей, и ограничиваются специальными допусками, которые указаны в ГОСТ 2.308-2011. Каждый вид используемого допуска имеет 16 определяющих степеней точности, которые оговариваются для деталей разной конфигурации с учетом используемого материала. Необходимо также учитывать, что используемые допуски размера и конфигурации для деталей имеющих цилиндрическую форму берутся с учетом диаметра деталей, а плоские детали с учетом толщины, а максимальная погрешность не должна превышать показатель допуска.
Влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные свойства детали
Одним из основных показателей качества изделий машиностроения является их надежность, которая в значительной мере определяется эксплуатационными свойствами деталей и соединений: износостойкостью, усталостной прочностью, коррозионной стойкостью, герметичностью соединений, прочностью посадок и др. Все эти эксплуатационныесвойства зависят от материала деталей, точности размеров, качества рабочих поверхностей, в частности шероховатости. Как правило, все разрушения деталей начинаются с поверхности. Таким образом, техническое решение проблемы повышения качества машин в значительной мере обусловлено возможностью обеспечения необходимой шероховатости поверхностей деталей.
Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхностного слоя деталей. В условиях эксплуатации внешним воздействиям в первую очередь подвергаются поверхности деталей машин. Износ трущихся поверхностей, зарождение трещин, смятие, коррозионное разрушение 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, как деталей машин, так и изделий в целом.
От шероховатости поверхности зависит прочность деталей. Разрушение детали можно объяснить концентрацией напряжений вследствие наличия неровностей. Отделочная обработка деталей (накатывание, полирование и т. п.) обеспечивает значительное повышение их прочности.
Уменьшение шероховатости поверхности значительно улучшает антикоррозионную стойкость деталей. Качество поверхностного слоя играет важную роль в сопряжениях, отвечающих условиям герметичности и теплопроводности.
Малая шероховатость поверхности бывает необходима и для придания красивого внешнего вида детали или удобства содержания поверхностей в чистоте.
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.
Важной геометрической характеристикой качества поверхности является направленность штрихов – следов механической и других видов обработки (табл. 1). Она влияет на износостойкость поверхности, усталостную прочность, 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 необходимостью их неподвижного прочного соединения.
ГОСТ 2789–73 устанавливает требования к шероховатости поверхности независимо от способа ее получения или обработки.
Понятие о качестве поверхностей. Критерии оценки шероховатости.
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 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
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
5.2 Методы контроля шероховатости поверхностей.
Шероховатость (класс шероховатости) поверхности оценивается путем измерения микронеровностей различными приборами, к числу которых относятся следующие основные: профилометры, профилографы, оптические приборы.
Принцип работы профилометров основан на измерении микронеровностей поверхности путем ощупывания ее алмазной иглой. При перемещении иглы по поверхности обработанной детали игла вследствие неровностей поверхности колеблется вдоль своей оси, причем частота и амплитуда ее колебаний соответствуют шагу и высоте неровностей. Прибор имеет электрическое устройство со специальными датчиками, с помощью которого автоматически определяет величину среднего квадратического отклонения от средней линии профиля обработанной поверхности детали. Шероховатость поверхности оценивается по среднему арифметическому отклонению точек профиля (Rа) и по высоте неровностей Rz. Данные приборы применяют для оценки, шероховатости поверхности с высотой микронеровностей не более 12 мкм и не менее 0,03 мкм. Данный прибор был разработан В.М. Киселевым.
Профилографы также основаны на принципе ощупывания поверхности алмазной иглой. Эти приборы являются оптико-механическими. При помощи оптического устройства профиль поверхности записывается на фотографической ленте в увеличенном виде. На профилограмме увеличение в вертикальном направлении (по высоте) больше, чем в горизонтальном (по длине). К числу таких приборов относятся профилографы К. Л. Аммона и Б. М. Левина: первый рассчитан на измерение шероховатости поверхности от 4-го до 11-го класса, второй — от 3-го до 12-го класса.
Из оптических приборов большее применение нашли двойной микроскоп и микроинтерферометр академика В. П. Линника.
Двойной микроскоп основан на использовании метода «светового сечения»; с его помощью определяют среднюю высоту микронеровностей в пределах 3 – 70 мкм.
В производственных условиях шероховатость поверхности деталей часто оценивают путем сравнения их с эталонами чистоты, представляющими собой плоские или цилиндрические образцы, изготовленные из различных материалов (сталь, латунь и др.) с шероховатостью обработанных поверхностей, соответствующей разным классам шероховатости. Наборы образцов – эталонов изготовляют для разных видов механической обработки – точения, фрезерования, шлифования и т.д. Визуальную оценку шероховатости поверхностей деталей, обработанных отделочными методами, при сравнении их с поверхностями эталонов следует производить с помощью лупы с пятикратным или большим увеличением.
Оценку шероховатости поверхности методом сравнения с эталоном можно выполнить более точно, пользуясь сравнительным микроскопом, позволяющим просматривать одновременно обе поверхности – эталона и проверяемой детали.
5.3 Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей.
Обеспечение заданного качества машин и длительное сохранение его во многом зависит от качества поверхностей их деталей. Основная причина (80%) выхода из строя машин – это износ рабочих поверхностей сопряженных деталей. Значительно реже наблюдаются поломки деталей из-за некачественного изготовления, их конструктивного несовершенства или заниженной усталостной прочности. Уменьшение износа повышает долговечность машин, сохраняет заданную конструктором точность и сокращает расходы на ремонт, которые нередко за весь срок эксплуатации машин превышают себестоимость их изготовления.
Влияние шероховатости поверхностей сопряженных деталей на их износ в основном проявляется в процессе приработки. В период нормальной эксплуатации износ определяется физико-механическими свойствами поверхностного слоя и режимами работы трущейся пары (скоростью скольжения, нагрузкой, характером смазки). Особенно большой износ наблюдается при частых пусках машин, когда нарушается режим смазки поверхностей трения. Нередко это связано с их задирами и схватыванием.
Для повышения износостойкости трущихся деталей путем уменьшения первичного износа целесообразно создавать поверхности скольжения, шероховатость которых соответствует шероховатости поверхностей приработанных деталей.
На первичный износ сопряженных деталей влияют форма и высота микронеровностей, направление неровностей (штрихов обработки) относительно направления скольжения поверхностей, волнистость и макрогеометрические отклонения поверхностей трения. Влияние этих факторов по-разному проявляется при сухом, граничном и жидкостном трении. Островершинные микронеровности изнашиваются быстрее плосковершинных. Шероховатость целесообразно снижать до определенного предела. На очень чистых поверхностях смазка удерживается плохо; в результате возможно увеличение износа и схватывание сопряженных деталей. Поэтому пришабренные поверхности лучше притертых, так как на них имеются углубления («карманы»), удерживающие смазку. Хорошее удержание смазки обеспечивается слоем пористого хрома, пористой структурой металлокерамических деталей, а также системой мелких маслоудерживающих каналов, получаемых вибронакатыванием.
Большое влияние на износ трущейся пары оказывают волнистость и макрогеометрические погрешности сопряженных поверхностей. Эти дефекты уменьшают поверхности контакта и увеличивают удельные нагрузки по сравнению с расчетными, что обусловливает повышенный износ поверхностей сопряжения. Уменьшая волнистость и макрогеометрические погрешности, можно увеличить срок службы соединения.
На уменьшение износа влияют твердость, структура и химический состав поверхностного слоя. Наличие в слое остаточных напряжений сжатия несколько уменьшает износ, а остаточных напряжений растяжения — увеличивает. Это влияние больше проявляется при упругом контакте и меньше при упругопластическом. Износ изменяет остаточные напряжения в поверхностном слое детали. Остаточные напряжения растяжения при износе снимаются, и возникают напряжения сжатия. Остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое повышают долговечность деталей, работающих по принципу качения. Это обусловлено тем, что позади катящегося ролика в материале сопряженной детали (шейке вала, кольце подшипника) возникают напряжения растяжения.
Шероховатость поверхности влияет на прочность деталей, работающих в условиях циклической и знакопеременной нагрузок. Впадины микропрофиля являются своеобразными надрезами на поверхности и в значительной степени влияют на концентрацию напряжений и образование усталостных трещин. Коэффициент концентрации напряжений для поверхностей, обработанных резанием, находится в пределах 1,5—2,5. Особенно вредно наличие рисок от режущего инструмента в местах концентрации напряжений (канавки, резкие переходы в сечениях). Эти дефекты часто являются причиной поломки многих ответственных деталей. Для устранения влияния дефектов предварительной обработки приходится назначать дополнительную отделочную обработку поверхностей ответственных деталей (шатунов, коленчатых валов, дисков и роторов турбин). Влияние шероховатости поверхности на прочность при ударной нагрузке заметно у заготовок из высокоуглеродистых сталей. Наличие наклепа и остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое повышает предел выносливости материала ответственных деталей (пружин, рессор, торсионных валов). Остаточные напряжения растяжения снижают ее.
Прочность сопряжений с натягом во многом зависит от шероховатости поверхностей. При запрессовке происходит сдвиг микронеровностей, и фактический натяг уменьшается по сравнению с расчетным. Прочность снижается значительнее при более шероховатых поверхностях. Прочность прессовых соединений выше при шлифовании и развертывании сопряженных поверхностей, чем при их точении и растачивании. При посадке с тепловым воздействием микронеровности не сдвигаются. Прочность таких соединений выше, чем при обычной запрессовке с тем же натягом.
Коррозия в атмосферных условиях возникает легче и распространяется быстрее на грубообработанных поверхностях. Наклеп ускоряет коррозию в 1,5—2 раза. Это обусловлено тем, что при пластической деформации поликристаллического материала в нем возникают микроскопические неоднородности, способствующие образованию часто расположенных очагов коррозии. Наиболее интенсивно коррозия распространяется в зонах плоскостей сдвигов и местах выхода дислокаций на поверхность. В агрессивных средах и при высоких температурах шероховатость и наклеп мало влияют на антикоррозионную стойкость. Сопротивление коррозии и эрозии при высоких температурах повышают путем алитирования, плазменного напыления, эмалирования и другими методами обработки поверхностей деталей.
Шероховатость поверхности влияет на условия смазки, трение, теплопроводность и герметичность стыков, отражательную и поглощающую способность поверхностей, сопротивление протеканию газов и жидкостей в трубопроводах, сопротивление кавитационному разрушению в гидравлических машинах и другие характеристики поверхностей и сопряжений.
5.4 Влияние технологических факторов на качество обработанной поверхности.
При обработке заготовок резанием на их поверхности возникают микронеровности. Шероховатость, измеренная в направлении движения подачи (поперечная шероховатость), обычно больше шероховатости, измеренной в направлении главного движения режущего инструмента (продольная шероховатость). На шероховатость обработанной поверхности влияет множество факторов.
1) Прежде всего она зависит от метода обработки. Каждому методу обработки свойствен определенный диапазон высоты микронеровностей, форма и схема расположения штрихов от режущего инструмента на обрабатываемой поверхности, определяемые кинематикой движения инструмента относительно заготовки (параллельные, кругообразные, пересекающиеся, по спирали).
2) Режимы резания влияют на шероховатость поверхности.
При скорости резания 20 – 25 м/мин высота микронеровностей достигает наибольшего значения. При дальнейшем увеличении скорости резания, при прочих неизменных условиях, шероховатость поверхностей постепенно уменьшается (рис. 3). Зона увеличенной шероховатости связана с образованием нароста на режущей кромке инструмента. С увеличением скорости резания наростообразование прекращается и шероховатость уменьшается. На шероховатость поверхности влияют захват и отрыв слоев, расположенных под режущей кромкой инструмента (при обработке стальных заготовок) и явления хрупкого выламывания частиц материала (при обработке заготовок из серого чугуна и твердых цветных сплавов). При высоких скоростях резания стружка отделяется режущим инструментом более плавно без вырывания частиц металла.
Подача по-разному влияет на шероховатость поверхности при разных методах обработки. При точении стандартными проходными резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закругления вершины (до 2 мм) подача заметно влияет на шероховатость (кривая 1 на рис. 4). При точении резцами с широкой режущей кромкой (кривая 2) шероховатость поверхности не зависит от подачи, что позволяет повысить производительность отделочных операций. При сверлении и зенкеровании отверстий, торцовом и цилиндрическом фрезеровании и других методах обработки (кривая 3) подача незначительно влияет на шероховатость поверхности.
Рис. 3 Влияние скорости резания на шероховатость обработанной поверхности.
Рис. 4 Влияние подачи на шероховатость обработанной поверхности.
Глубина резания не оказывает заметного влияния на шероховатость поверхности, если жесткость технологической системы достаточно велика. В некоторых случаях (при снятии корки или удалении наклепанного слоя) увеличение глубины резания уменьшает шероховатость поверхности, так как инструмент работает по основному металлу.
3) Форма режущей кромки инструмента также влияет на шероховатость поверхности. Однако образование микронеровностей нельзя объяснить только следом движения режущей кромки в материале заготовки. Фактическая шероховатость, особенно при чистовой и тонкой обработке, получается больше расчетной, найденной из геометрических соотношений.
Микронеровности образуются также вследствие трения задней поверхности инструмента по обрабатываемой поверхности, которое возрастает по мере износа режущего инструмента. Уменьшение неровностей и зазубрин на режущей кромке путем ее доводки способствует получению более гладкой обработанной поверхности. Это особенно заметно при чистовой обработке развертками, протяжками, широкими резцами.
4) На шероховатость поверхности влияют механические свойства, химический состав и структура материала заготовок. При обработке заготовок из мягкой низкоуглеродистой стали получается более шероховатая поверхность, чем при обработке заготовок из твердой стали с большим содержанием углерода. Заготовки из стали с повышенным содержанием серы (автоматные стали) и из стали с присадкой свинца после обработки имеют менее шероховатую поверхность, чем заготовки из углеродистой стали. Заготовки из сталей с мелкозернистой структурой обрабатываются лучше заготовок из сталей с крупнозернистой структурой. Заготовки из стали со структурой пластинчатого перлита обрабатываются хуже заготовок из сталей с глобулярным перлитом.
5) Соответствующим выбором смазочно-охлаждающей жидкости можно уменьшить шероховатость и повысить стойкость инструмента. При применении минеральных осененных и растительных масел высота микронеровностей уменьшается на 25 – 40% по сравнению с обработкой без охлаждения. Шероховатость поверхности при шлифовании можно уменьшить тщательной фильтрацией охлаждающей жидкости от частиц абразива.
6) На шероховатость поверхности влияет жесткость технологической системы Различная жесткость в сечениях заготовки, обусловленная условиями ее закрепления, вызывает появление неодинаковой шероховатости обработанной поверхности. При консольном закреплении вала шероховатость поверхности повышается на свободном конце вала; при обработке вала в центрах с вращающимся задним центром шероховатость поверхности повышается у заднего центра при длине вала L до 15d, а при большей длине вала повышается от заднего центра к середине его длины и затем уменьшается по мере приближения к переднему центру. Неоднородность шероховатости поверхности, определяемая отношением Rzmax/Rzmin, может достигать 2—3.
7) Вибрации элементов технологической системы периодически изменяют положение режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности, создавая на ней выступы и впадины. На процесс вибрации влияют жесткость системы, зазоры в ее звеньях, неуравновешенность вращающихся частей и дефекты приводов станка.
В зависимости от частоты и амплитуды колебаний изменяются форма и размеры неровностей. При относительно невысокой частоте и большой амплитуде колебаний на обрабатываемой поверхности образуется волнистость; на отдельных участках поверхности она изменяется в зависимости от жесткости технологической системы в различных сечениях обрабатываемой заготовки. Вибрации технологической системы являются основной причиной появления волнистости. Волнистость может возникать в результате копирования неровностей заготовки, а также от действия остаточных напряжений в нежестких заготовках.
8) Квалификация рабочего
Зная влияние технологических факторов на шероховатость поверхности, можно назначить условия обработки, обеспечивающие достижение заданной шероховатости поверхности.
5.5 Пути улучшения качества поверхностей.
Качество поверхности деталей машин зависит в основном от метода и режимов проведения отделочной обработки. При определенных условиях поверхностный слой может быть упрочнен, а иногда ослаблен; поэтому путем технологического воздействия необходимо в поверхностном слое создавать такие механические свойства и остаточные напряжения, которые в наибольшей степени соответствуют условиям длительной и надежной эксплуатации. Целенаправленное формирование поверхностного слоя с заданными свойствами в процессе изготовления детали является одной из важнейших задач технологии машиностроения.
Качество поверхностного слоя может быть повышено в результате применения как обычных методов при определенных режимах, так и специальных (упрочняющих) методов обработки. Поверхностные слои деталей машин формируются в основном на окончательных операциях механической обработки. На формирование этих слоев влияют операции предшествующей обработки, и даже заготовительные процессы. При положительном влиянии припуски на чистовую и отделочную обработку, а также последовательность выполнения операций устанавливают так, чтобы сохранить у детали, полученные ею в силу технологической наследственности положительные качества (наклеп поверхностного слоя, остаточные напряжения, высокую поверхностную твердость, отбеленную корку у отливок и пр.). Остаточные напряжения растяжения в поверхностном слое вынуждают увеличивать припуск на последующую отделочную обработку. Наиболее важно получить высокое качество поверхностного слоя после шлифования и тонкого точения.
2) Обкатывание роликами и шариками применяют для отделки и упрочнения деталей. Обкатывание цилиндрических поверхностей производят стальными закаленными или твердосплавными роликами; реже стальными шариками, закрепленными в державке. Обкатывание переходных поверхностей и канавок производят радиусными роликами, а консольно-закрепленных нежестких деталей (при обработке на автоматах) с помощью трехроликовых головок. Обкатывание роликами после чистовой обработки лезвийным инструментом уменьшает высоту микронеровностей в 2—3 раза и увеличивает несущую поверхность. После обкатывания обточенных деталей из стали 45 уплотняющими роликами их предел выносливости может быть повышен в 2 раза. Если целью обработки является упрочнение поверхности, то силы обкатывания увеличивают; однако в этом случае несколько снижается точность обработки.
По критериям работоспособности и причинам выхода деталей машин из строя их можно разбить на три группы.
К первой группе относятся детали, работоспособность которых лимитируется износостойкостью трущихся поверхностей. В зависимости от вида износа следует применять различные методы упрочнения. При абразивном износе эффективны упрочнения поверхностной закалкой; химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование, сульфидирование и др.); наплавкой; гальваническое (хромирование, аэрирование и др.). При коррозионно- и молекулярно-механическом износе кроме перечисленных методов можно применять упрочнение поверхностно-пластическим Деформированием с созданием большей глубины наклепа, упрочнение поверхностной закал кои и химико-термической обработкой, а также комбинацию последних методов с последующим наклепом.
Ко второй группе относятся детали, выходящие из строя в результате износа трущихся поверхностей и разрушения поверхностей контакта. По характеру работы они являются средненагруженными и подвержены переменным напряжениям. Явления усталости у этих деталей наблюдаются главным образом в поверхностных слоях металла. Рекомендуемые методы упрочнения: поверхностно-пластическое деформирование (глубина наклепа 0,5 мм и более), поверхностная закалка, химико-термическая обработка (самостоятельно и в комбинации с наклепом).
К третьей группе относятся тяжелонагруженные детали. Их материал подвержен переменным напряжениям, величина которых может быть выше предела выносливости. Детали этой группы выходят из строя в результате явлений усталости, вызывающих разрушение по всему сечению детали. Методы упрочнения: поверхностно-пластическое деформирование (дробеструйный наклеп чеканка обкатывание роликами), поверхностная закалка, химико-термическая обработка и сочетание двух последних методов с последующим наклёпыванием.
Применение методов упрочняющей технологии повышает долговечность машин, сокращает потребность в материалах и запасных частях, позволяет уменьшить габаритные размеры и массу деталей вследствие повышения допускаемых напряжений, а также снижает расходы на изготовление и эксплуатацию машин.
