Параметри, які характеризують якість поверхні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Параметри, які характеризують якість поверхні

1. Фізико-механічні параметри

Один із основних показників якості машин - надійність - суттєво залежить від експлуатаційних властивостей їх деталей і з'єднань, які визначаються технологією виготовлення.

Надійність деталі багато в чому залежить від стану поверхневих шарів, оскільки руйнування починається якраз із зовнішніх поверхонь. Вимоги до їх якості безперервно підвищуються в міру інтенсифікації режимів роботи деталей.

Якість поверхні - це комплексний показник, що характеризується фізико-механічними і геометричними параметрами поверхневого шару.

До фізико-механічних параметрів відносять: твердість; деформаційне зміцнення (наклеп); залишкові напруження.

Твердість - це здатність поверхні чинити опір проникненню більш твердого тіла.

Розрізняють твердість вихідного матеріалу (серцевини) і поверхневого шару. З точки зору експлуатації деталей, більший інтерес викликає твердість поверхневого шару, яка звичайно вища твердості серцевини.

Зміцнення поверхневого шару відбувається на фінішних операціях та операціях що їм передують (технологічна спадковість).

В лабораторних умовах глибину та інтенсивність зміцнення поверхневого шару визначають методом вдавлювання алмазної піраміди на приладі ПМТ-3. У виробничих умовах твердість матеріалу вимірюють за Брінелем, Роквеллом, Вікерсом та іншими способами. При застосуванні методу Роквелла застосовують твердоміри Супер-Роквелла. Співвідношення чисел твердості, визначених різними методами, наведені в табл.

Наклеп характеризується наступними показниками:

товщиною наклепаного шару h' (це - глибина шару, здеформованого в результаті силової взаємодії інструмента з оброблюваною поверхнею);

інтенсивністю наклепу, яка визначається відношенням мікротвердості Н_п досліджуваної поверхні до мікротвердості матеріалу, розташованого під наклепаним шаром (рис. 1):

Н _с; I = H_мп/Н_мс.

Залишкові напруження характеризують: величина, характер розподілу і знак внутрішніх напружень.

Внутрішні напруження - це прояв внутрішніх сил у поверхневих шарах металу після закінчення силової чи теплової дії. Вони можуть бути розтягуючими і стискаючими (рис. 2).

Таблиця 1. Порівнювальна таблиця твердості металів і сплавів

Рис. 1 Глибина h та інтенсивність наклепу І

Рис. 2. Розподіл внутрішніх напружень у поверхневому шарі: 1 - стискаючі напруження; 2 - розтягуючі напруження

Глибина та інтенсивність наклепаного шару, а також внутрішні напруження на кресленнях не вказуються головним чином через відсутність надійних методів контролю цих параметрів у виробничих умовах. Шорсткість і твердість завжди вказуються на робочих кресленнях.

Крім переліченого, фізико-механічні властивості поверхневого шару характеризуються певною орієнтацією їх деформованих зерен, зміною їх форми і розмірів, цілісністю матеріалу поверхневого шару, наявністю в ньому макро- і мікротріщин, структурними перетвореннями тощо.

2. Геометричні параметри

поверхня механічний деформаційний технологічний

До геометричних параметрів відносять: макро- та мікрогеометрію поверхні, хвилястість.

Макрогеометрія поверхні характеризується похибками форми (овальність, конусність, бочкоподібність), які відносяться до параметрів точності обробки.

Мікрогеометрія поверхні (шорсткість) обумовлена наявністю мікронерівностей, які є результатом взаємодії оброблюваної поверхні з різальним інструментом на фінішних операціях.

Шорсткість прийнято визначати за профілем, який утворюється в перерізі цієї поверхні площиною, перпендикулярною до номінальної (зображеної на кресленні) поверхні. При цьому профіль розглядається на довжині базової лінії, яка використовується для виділення нерівностей і кількісного визначення їх параметрів.

При стандартизації шорсткості поверхні за основу прийнята система відліку, в якій за базову лінію служить середня лінія профілю.

Середня лінія профілю - це базова лінія, що має форму номінального профілю і проведена так, що в межах базової довжини l середнє квадратичне відхилення профілю до цієї лінії мінімальне.

Лінія, яка еквідистантна середній лінії і проходить через найвищу точку профілю в межах базової довжини, називається лінією виступів профілю. Лінія, яка еквідистантна середній лінії і проходить через нижню точку профілю в межах базової довжини, називається лінією западин профілю.

Відстань між лінією виступів профілю та лінією западин профілю в межах базової довжини представляє собою найбільшу висоту нерівностей профілю R_max.

Висота виступу профілю У_pm - це відстань від середньої лінії профілю до найвищої точки виступу профілю.

Глибина западини профіля У_vm - це відстань від середньої лінії профілю до найнижчої точки западини профілю.

Нерівність профілю - це виступ профілю та сполучена з ним западина профілю.

Крок нерівностей профілю - це довжина відрізка середньої лінії профілю, що містить виступ профілю та сполучену з ним западину профілю (рис. 3).

Рис. 3. Схема вимірювання нерівностей

Середній крок нерівностей профілю S_m - це середнє значення кроку нерівностей профілю по середній лінії в межах базової довжини.

Кроком місцевих виступів називається довжина відрізка середньої лінії між проекціями на неї двох найвищих точок сусідніх місцевих виступів профілю.

Середнім кроком S_i місцевих виступів профілю називається середнє значення кроку місцевих виступів в межах базової довжини.

Для оцінки шорсткості поверхні в машинобудуванні одержав велике поширення висотний критерії R_z.

Висота нерівностей профілю по десяти точках R_z представляє собою суму середніх абсолютних значень висот п'яти найбільших виступів профілю і глибин п'яти найбільших западин профілю в межах базової довжини, тобто (рис. 3) [2]:

,

де - висота і-го найбільшого виступу профілю;

- глибина і-ої найбільшої западини профілю.

Таке ж велике значення в машинобудуванні при оцінці шорсткості поверхні має і критерій R_a.

Середнє арифметичне відхилення R_a профілю - це середнє арифметичне абсолютних значень відхилень профілю в межах базової довжини ?:

або приблизно:

,

де y - відхилення профілю, яке визначається відстанню між будь-якою точкою профілю та середньою лінією і виміряне по нормалі, проведеній до середньої лінії через цю точку;

? - базова довжина;

n - число вибраних точок на базовій довжині.

Середнє квадратичне відхилення профілю R_q -це середнє квадратичне значення відхилень профілю в межах базової довжини [4]:

або приблизно:

.

При визначенні значень R_a і R_q безпосереднім вимірюванням на відповідних приладах їх величина встановлюється в межах довжини оцінки, що включають декілька базових довжин. За НСО 3274 базова довжина в числовому вираженні дорівнює кроку приладу.

На такі експлуатаційні властивості поверхні, як зносостійкість, контактна жорсткість та інші, суттєво впливає фактична поверхня дотику деталі зі сполученими деталями виробу. Ця величина з відомим наближенням може бути частково оцінена критерієм з_p [4].

Опорна довжина з_p профілю визначається сумою довжин відрізків в межах базової довжини, що обмежуються на заданому рівні в матеріалі профілю лінією, еквідистантною середній лінії.

Для співставлення розмірів опорних поверхонь, оброблених різними методами, зручно користуватись поняттям відносної опорної довжини t_p профілю, яка визначається відношенням довжини профілю до базової довжини, тобто [4]:

,

де в_і - довжина відрізка, що відсікається в матеріалі виступу профілю;

p - рівень перерізу профілю, який визначається відстанню між лінією виступів профілю та лінією, що перетинає профіль еквідистантно лінії виступів профілю.

Опорна довжина з_p профілю і відносна опорна довжина t_p профілю встановлюються на потрібному рівні перерізу P профілю, який визначається відстанню між лінією виступів профілю та лінією, що перетинає профіль еквідистантно лінії виступів профілю, вона виражається у відсотках від R_max.

При проектуванні виробу, в залежності від функціональних вимог, які ставляться до його робочих поверхонь, параметри шорсткості вибирають за державним стандартом.

Значення шорсткості, що рекомендується для використання при конструюванні та технологічному проектуванні, наведені в табл. 2 [2].

Таблиця 2 Значення шорсткості, що рекомендуються при певних видах обробки