Шероховатость поверхностей

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 характери-стик качества поверхности деталей и оказывает влияние на эксплуатационные показа-тели. В условиях эксплуатации машины или прибора, внешним воздействиям, в пер¬вую очередь, подвергаются поверхности их деталей. Износ трущихся поверхностей, зарож-дение трещин усталости, смятие, коррозионное и эрозионное разрушения, разрушение в результате кавитации и др. — это процессы, протекающие на поверх¬ности 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, обеспечиваю-щих высокие эксплуатационные свойства деталей машин и приборов и обусловливает-ся свойствами металла и методами обработки: механической, электрофизической, элек-трохимической, термической и т. д. В процессе механической обработки (резание лез-вийным инстру¬ментом, шлифование, полирование и др.) поверхностный слой дефор-мируется под действием нагрузок и температуры, а также загрязняется примесями (час-тицы абразива, кислород) и другими инородными включениями.

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

Рис. 1

Классификация геометрических характеристик качества поверхности

Взаимосвязь параметров качества поверхности деталей и их эксплуатацион¬ных 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 раз¬мера и шероховатостью по-верхности и т. д. )

Трение и износ деталей в значительной степени связаны с макронеровностями, волнистостью, микронеровностями, а также с направлением штрихов (следов) обработ-ки. На рис.2 показано влияние шероховатости поверхности на износостойкость деталей машин. При взаимном перемещении контактирующих плоских (рис.2 а) или цилиндри-ческих (рис.2 б) поверхностей, имеющих мик¬ронеровности (шероховатость), в перво-началь¬ный момент происходит срез, отламывание и пластический сдвиг вершин неров-ностей, так как их контакт происходит по вершинам не¬ровностей. 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 изнаши-вание (приработка). При правильном режиме смазывания (рис.2 в) изнашивание про-текает медленно (участок II), что обусловлено образованием равновесной шероховато-сти. Этот период времени определяет срок службы детали. Катастрофическое изнаши-вание пары характеризуется участком III.

На рис.2 д кривая 2 характеризует износ поверхностей с меньшими началь¬ными ше-роховатостями, чем кривая l. В этом случае величина и время приработочного изнаши-вания уменьшаются, а интенсивность эксплуатационного изнашивания остается той же. При меньшей шероховатости сопряжен¬ных 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 окруж-ности; 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. Вы-сота неровностей волнистости и высота шероховатости примерно одинаковы, отноше-ние же шагов к высоте различны.

Волнистость — совокупность периодически повторяющихся неровностей на по-верхности, которые образуются прежде всего в связи с колебаниями или относи¬тельными колебательными движениями в системе станок—инструмент—изделие.

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

2.Шероховатость, как геометрическое состояние поверхности.

Прочность деталей также зависит от шероховатости поверхности. Разрушение дета-ли, особенно при переменных нагрузках, в большей степени объясняется концентраци-ей напряжений, вследствие наличия неровностей. Чем меньше шерохова¬тость, тем меньше возможность возникновения поверхностных трещин от усталости металла. От-делочная обработка деталей (доводка, полирование и т. п.) обеспечивает значительное повышение предела их усталостной прочности.

Уменьшение шероховатости поверхности значительно улучшает антикорро¬зионную стойкость деталей. Это имеет особенно важное значение в том случае, когда для по-верхностей не могут быть использованы защитные покрытия (поверхности цилиндров двигателей и др.).

Надлежащее качество поверхности играет немаловажную роль и в сопряжениях, от-вечающих условиям плотности, герметичности, теплопроводности. С пони¬жением ше-роховатости 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, облегчает-ся очистка деталей от адсорбированных газов, паров и пыли.

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

Высокой точности всегда отвечают малые шероховатости и волнистость поверх¬ности. Это определяется не только условиями работы сопряженных деталей, но и необ-ходимостью получения надежных результатов измерения в производстве. Умень¬шение шероховатости поверхности вносит большую определенность в характер сопряжения, так как размер зазора (или натяга), полученный в результате контроля деталей, отлича-ется 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 прида-ния 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 изде¬лий. 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 по-верхности (раковины и пр.), поэтому при контроле шероховатости поверхности влия-ние 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 незави-симо от способа ее получения или обработки. Это дает возможность применять требо-вания стандарта к поверхностям, обработан¬ным резанием и другими методами, напри-мер литьем, прессованием, электрофизи¬ческими и электрохимическими методами и т. д.

3. Параметры для нормирования шероховатости поверхности.