Качество поверхности и е влияние на эксплуатационные характеристики детали. 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.3 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. 3 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.4 показано влияние шероховатости поверхности на износостойкость деталей машин.
При взаимном перемещении контактирующих плоских рис.4 а или цилиндрических рис.4 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.4 г, д. Сначала сравнительно быстро участок I за период времени T1 происходит начальное изнашивание приработка.
При правильном режиме смазывания рис.4 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.4 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 е 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 115 окружности. 3.1.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.5. 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. 3.2