Деталей машин. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства

Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства

Обеспечение заданного качества машин и длительное сохранение его первоначального уровня во многом зависит от качества поверхностей их деталей. Основная причина (80%) выхода из строя машин это износ рабочих поверхностей сопряженных деталей. Значительно реже наблюдается поломки деталей из-за некачественного изготовления или их конструктивного несовершенства или заниженной усталостной прочности.

В период нормальной эксплуатации износ определяется физико-механическими свойствами поверхностного слоя и режимами работы трущейся пары (скорость скольжения, нагрузка, характер смазки).

Особенно большие износы происходят при частых пусках машин, когда нарушается режим смазки сопрягаемых поверхностей. Нередко это связано с их задирами и схватыванием.

На первичный износ сопрягаемых деталей влияет форма и высота микронеровностей, направление рисок (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.

В этом смысле пришабренные поверхности лучше притертых, т.к. в них имеются своеобразные углубления (карманы), удерживающие смазку. Хорошее удержание смазки обеспечивается слоем пористого хрома, пористой структурой металлокерамических деталей, а также системой мелких маслоудерживающих каналов, получаемых виброобкатыванием.

Большое влияние на износ и сокращение продолжительности работы трущейся пары оказывает волнистость и макрогеометрические погрешности сопряженных поверхностей. Эти дефекты уменьшают поверхности контакта и увеличивают удельные нагрузки против расчетных. Уменьшая волнистость и макрогеометрические погрешности можно увеличить срок службы соединения в 1,5 – 2 раза.

Износ уменьшается после термической и химико-термической обработки деталей (поверхностная закалка, борирование, цементация, ционирование, диффузионное хромирование, сульфидирование и др.), наплавкой твердых сплавов, а также гальваническим нанесением твердых покрытий (хромирование). Износостойкость чугунных деталей повышают созданием на поверхностях трения отбеленной корки.

На уменьшение износа влияет твердость структуры и химический состав поверхностного слоя. Наличие в нем остаточных напряжений на износ от трения скольжения сказывается слабо. Однако износ может изменять остаточные напряжения в поверхностном слое детали.

Наличие наклепа и остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое повышает предел выносливости материала ответственных деталей (пружины, торсионные валы).

Наклеп, возникает в результате механической обработки сопровождающеейся пластическим деформированием уменьшает износ поверхности в 1,5 – 2 раза.

Наклеп поверхностного слоя оценивается глубиной h_s и степенью наклепа U, интенсивность наклепа по глубине не поверхностного слоя – называется градиентом наклепа U_гр

;

;

где Н_mmax и Н_mисх – максимальная и исходная микронеровность слоя.

В случае перенаклепа (при высокой Н_m)износ возрастает в результате возникновения шелушения частиц металла.

Остаточные напряжения сжатия – уменьшают износ, растяжения – увеличивают. Для подшипников качения важно, чтобы направление волокон материала колец было параллельно (концентрично) поверхности колец.

Шероховатость поверхности влияет на прочность деталей, работающих в условиях циклической и знакопеременных нагрузок. Впадины микропрофиля являются своеобразными надрезами на поверхности и в значительной степени влияют на концентрацию напряжений и образование усталостных трещин. Для устранения этих дефектов для ответственных деталей выполняют отдельную дополнительную обработку (шатуны, коленчатые валы, диски и роторные турбины). Влияние шероховатости поверхности на точность очень заметна у заготовок из высокоуглеродистых сталей, работающих при ударной нагрузке.

От качества поверхности зависит контактная жесткость стыков сопрягаемых деталей. Шероховатость и волнистость поверхностей уменьшает фактическую площадь контакта, который происходит по отдельным участкам. Несущая поверхность детали зависит от шероховатости и метода обработки (микрорельефа). R_z=2,5-8 мкм (разверт и шлифов) – 10%; R_z=0,8-2,5 мкм – 40%.

При алмазном точении и обычной притирке – 63%, а в результате тонкого шлифования, смазочного выглаживания, тонкой притирке и суперфиниша – 80-90%.

Для повышения контактной жесткости необходимо:

- применять методы отделочной обработки;

- обеспечивать совпадение направления неровностей;

- повышать твердость поверхностного слоя созданием в нем наклепа.

Прочность сопряжений с натягом во многом зависит от шероховатости поверхностей. При заприсовке происходит смятие микронеровностей и фактический натяг уменьшается против расчетного. При посадке с натягом осуществляемой с тепловым воздействием, смятие микронеровностей не происходит. Прочность таких посадок выше, чем при обычной запрессовке стой же величиной натяга.

На коррозионную стойкость влияют:

- шероховатость;

- остаточные напряжения;

- наклеп, т.е. влияет метод обработки.

Чем выше R_a, R_z тем коррозионная стойкость ниже.

Режим ППД может повысить коррозионную стойкость (залечивание микротрещин, благоприятная шероховатость, остаточные напряжения сжатия и т.д.).

Сопротивление коррозии и эрозии при высоких температурах достигается плазменным напылением, гальвано и др. покрытий.

5. ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА И ВИДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Различие объемов выпуска приводит к делению производства на три типа: единичное, серийное, массовое.

Под единичным производством понимают изготовление машин (изделий), характеризуемое малым объемом выпуска. При этом считают, что выпуск таких же машин (изделий), не повторится по неизменным чертежам. Продукция единичного производства – опытные образцы, тяжелые прессы, уникальные станки т.п.

Под серийным производством понимают периодическое изготовление повторяющимися партиями по неизменным чертежам в течение продолжительного промежутка календарного времени. Возможна партия из одного изделия. Различают: мелкосерийное, среднесерийное, крупносерийное.

Продукция серийного производства – станки, компрессоры, судовые двигатели и т.п. выполняется периодически повторяющимися партиями.

Под массовым производством понимают непрерывное изготовление в больших объемах по неизменным чертежам продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна и та же операция.

Отнесение производства к какому-то типу условно. На одном и том же предприятии можно встретить все типы, поэтому определяют тип по преобладающему типу.

Тип производства (или его серийность) по коэффициенту закрепления операций (ГОСТ 14.004 – 83).

K_з.о = О/Р (1.1)

где О – число всех операций, выполняемых или подлежащих выполнению на участке (линии) в течении месяца;

Р – число рабочих мест на участке;

K_з.о – характеризует степень специализации рабочих мест.

K_з.о.<= 1 – массовое производство;

1 < k_з.о.<= - крупносерийное производство;

10 < k_з.о. <= 20 – среднесерийное производство;

20 < k_з.о. <= 40 – мелкосерийное производство;

k_з.о. > 40 – единичное производство.

Ориентировочно тип производства определяется по таблице в зависимости массы обрабатываемых деталей и их количества.

По организации производственные процессы делят на два вида: поточный; непоточный.

Таблица 1.

Определение типа производства.

Механическая масса обрабатываемой детали (заготовки), кг	Тип производства
Единичное	Мелкосерийное	Серийное	Крупносерийное	Массовое
До 200	До 1000	1000…5000	5000…10000	10000…1000000	Св.100000
До 2000		20…500	500…1000	1000…5000	Св. 5000
До 30000		5…100	100…300	300…1000	Св. 1000
Св. 30000		3…10	10…50	-------	------

Дата добавления: 2014-01-20