Поверхностный слой детали и его свойства

Геометрические характеристики поверхности.

Качество поверхностей деталей машин определяется геометрическими характеристиками и физико-механическими свойствами поверхностного слоя. К геометрическим характеристикам относится: форма детали, волнистость поверхности, шероховатость, направление неровностей.

Рисунок

Схема реальной поверхности.

Отклонение от правильной геометрической формы оценивается отношением длины неровности L1 и высоте h1 и характеризуется величиной L1/h1>1000. Величина микронеровностей (овальность, конусообразность, бочкообразность) обычно составляет 30-50% допуска на размер деталей.
Волнистость поверхности, то есть, наличие закономерно повторяющихся волнообразных отклонений характеризуется отношением L2/h2=50-100. Волнистость вызывается вибрациями, возникающими в процессе обработки на станках при определенных условиях (неуравновешенность вращающихся частей станка и деталей, неравномерность процесса резания до колебания режущего инструмента). Шероховатость поверхности характеризуется отношением: L3/h3<50. Шероховатость реальной поверхности объясняется как самой природой атомно-молекулярного строения твердого тела, так и следствием механической обработки резанием, в результате которой, на поверхности остаются следы воздействия режущей кромки инструмента в виде выступов и впадин. Шероховатость образуется в направлении как главного рабочего движения (продольная шероховатость), так и в направлении подачи(поперечная шероховатость). Оценка шероховатости осуществляется в направлении ее наибольшего значения (обычно поперечная шероховатость в 2-3 раза превышает продольную).

Рисунок.
Профиль реальной поверхности.

Направление неровностей после механической обработки оказывает существенное влияние на износ при одинаковой шероховатости, поэтому, для определенных условий эксплуатации необходимо выбирать оптимальную направленность неровностей поверхностей по отношению к главному рабочему движению деталей сопряжения.
В соответствии с гост 25142-82 шероховатость поверхностей деталей оценивается следующими параметрами: средним арифметическим отклонением профиля Ra, высотой неровности профиля Rz, наибольшей высотой неровности профиля Rmax, средним шагом неровности Sn, средним шагом местных выступов профиля S, опорной длиной профиля, относительной опорной длиной профиля t_p.
На рисунке 2 приведен профиль реальной поверхности с обозначением элементов параметров шероховатости.
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra определяется как среднее арифметического абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l. Расстояние до средней линии суммируется без учета алгебраического знака.
Относительная опорная длина профиля (в процентах) - отношение опорной длины профиля к базовой длине.

Оценка шероховатости поверхности.
Шероховатость поверхности может оцениваться качественно и количественно.
Качественная оценка осуществляется рефлектометрами или пневматическими приборами. Принцип работы рефлектометра основан на регистрации гальванометра величины микротока, возникающего в фотоэлементе, на который попадает отраженный луч света. Чем более шероховата поверхность, тем хуже ее отражательные свойства. Сравнивая показания гальванометра при отражении света от образца и от исследуемой поверхности детали, судят о степени соответствия шероховатости детали по эталону.
Пневматические приборы измеряют расход воздуха, проходящего через калиброванные поверхности наконечника, который прижимается к исследуемой поверхности.
Количественная оценка шероховатости поверхности заключается в изменении высоты микронеровностей и осуществляется с помощью контактных (электрических) или бесконтактных (оптических) приборов.

Физико-механические свойства поверхностного слоя.
Физико-механические свойства поверхности характеризуются длиной и степенью наклепа, микротвердостью, характером и величиной внутренних напряжений.
Для определения глубины и степени наклепа применяют методы: - косых срезов;
- химического травления, электрического полирования;
- генно-структурного анализа.
Микротвердость может быть определена прибором, с помощью которого, в поверхность образца вдавливается алмазный наконечник в виде пирамиды.

Обеспечение требуемой шероховатой поверхности.
Шероховатость поверхности зависит от следующих факторов:
-вида и режима обработки;
-инструмента;
-станка;
-химического состава и микроструктуры обрабатываемого материала.

Формирование физико-механических свойств поверхностного слоя.
В процесс обработки поверхностного слоя под действием сил резания происходит упругая и пластическое деформирование, приводящее к наклепу, одновременно происходит нагрев поверхностного слоя, приводящий к потере упрочнения, то есть, постоянно действует комплекс силовых и тепловых факторов, и в зависимости от того, какие факторы преобладают, получается упрочнение (наклеп) или разупрочнение поверхностного слоя.
Снижение остаточных напряжений поверхностного слоя.
Не останавливаясь на физических процессах образования остаточных напряжений в поверхностном слое. Режимы резания, для которых характерны повышенные силы резания и пластические деформации вызывают рост остаточных напряжений сжатия и снижение растягивающих напряжений, за исключением обработки пластических металлов, когда повышение влияния силового поля может привести к усилению растягивающих и уменьшению остаточных напряжений. При обработке пластических материалов: с увеличением подачи происходит рост остаточных напряжений растяжения. С повышением скорости резания возрастают растягивающие напряжения; затупление режущего инструмента также приводит к возрастанию растягивающих напряжений. Таким образом, ухудшение охлаждения обрабатываемого материала, увеличение частоты вращения круга, затупление, засаливание, повышение его твердости, увеличение глубины шлифования и подачи, снижение частоты вращения изделия приводят к тому, что остаточные напряжения и растяжения растут, а сжатие снижается.

Дата добавления: 2013-12-12