Геометрические характеристики качества поверхности

РАЗДЕЛ 4

Качество поверхности.

Физико-механические свойства.

Геометрические характеристики качества поверхности.

Шероховатость поверхности.

Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства детали.

Дополнительно

Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства детали.

Методы определения шероховатости.

Контроль чистоты поверхности (дополнительно).

Качество поверхности.

Качество поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей машин и приборов и обусловливается свойствами металла и методами обработки.

Под качеством поверхности детали (заготовки) понимают состояние ее поверхностного слоя как результат воздействия на него одного или нескольких последовательно применяемых технологических методов.

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. Он характеризуется геометрическими и физико-механическими свойствами.

 

Физико-механические свойства.

Физико-механические свойства поверхностного слоя определяют отклонениями физических и механических свойств верхнего слоя металла от свойств металла в сердцевине детали, то есть его твердостью, структурными и фазовыми превращениями, величиной, знаком, и глубиной распространения остаточных напряжений, деформацией кристаллической решетки материала. При применении химико-термических методов обработки изменяется также химический состав материала поверхностного слоя. (Физические характеристики - это микроструктура, микротвердость и поверхностные напряжения на поверхности детали).

Например.

При резании поверхностный слой детали претерпевает пластические деформации, поэтому его свойства оказываются отличными от свойств исходного металла (заготовки). Металл в этом слое оказывается упрочненным, его твердость повышается, в нем возникают внутренние напряжения.

При чистовом фрезеровании толщина упрочненного слоя не превышает нескольких сотых миллиметра, при черновом фрезеровании цилиндрической фрезой достигает 0,12 мм (средние значения 0,04…0,08 мм) и при черновом фрезеровании торцовой фрезой 0,2 мм (средние значения 0,06…0,10 мм).

Упрочнения приводят к появлению внутренних напряжений в поверхностном слое, которые понижают усталостную прочность детали и вызывают ускоренное разрушение ее в работе.

Поэтому при обработке стремятся не применять затупленного инструмента, уменьшать при помощи интенсивного охлаждения температуру в зоне резания, по возможности разделять съем припуска на черновой и чистовой переходы, не увеличивать без необходимости подачу.

Дополнительно.

В готовой детали качество обработанных поверхностей в основном обеспечивается при окончательной обработке предварительная обработка, а также заготовительные процессы в определенной степени влияют на качество поверхности готовой детали в силу технологического наследования исходных свойств заготовки на разных этапах ее обработки. Необработанные поверхности сохраняют качество, полученную при изготовлении заготовки. Достижения требуемого качества поверхностей деталей машин и поддержание ее на заданном уровне в производственных условиях является задачей построения всего технологического процесса.

Причины измененных физических свойств.

1. При воздействии режущего инструмента на обрабатываемой материал, его поверхностный слой подвергается пластической деформации, сопровождающейся упрочнением и изменением некоторых физических свойств, а именно: разрушением и вытягиванием (переориентацией) кристаллических зерен металла; изменением микроструктуры, в следствии деформации кристаллической решетки; возникновением явлений наклепа.

2. Выделяющаяся в зоне резания теплота (при нагреве до 1000°С и более) мгновенно нагревает также и поверхностные слои металла до высоких температур. Быстрое охлаждение эмульсией, маслами и т.п. СОЖ приводит к явлениям микрозакалки, т.е.к резкому местному повышению твердости в поверхностном слое. Косой срез позволяет определить глубину поверхностного слоя по твердости.

3. Оба эти явления влекут за собой появление остаточных напряжений в поверхностном слое - растягивающих или сжимающих, поскольку основные слои металла остаются в процессе резания холодными. Поверхностные или остаточные напряжения всегда будут сжимающими при обкатывании шарами и роликами и растягивающими при шлифовании. Величина их остигает 50-100кг/мм². Характеристика поверхностного слоя получается разной при разных методах обработки. Различной она получается и для разных по вязкости обрабатываемых материалов. Физические свойства поверхностного слоя в большей степени влияют на эксплуатационную характеристику данной поверхности. Физически нарушенный поверхностный слой материала при различных методах обработки составляет, примерно:

       Точение черновое                       60-120мкм.

       Точение получистовое               20-50мкм.

       Точение чистовое                        20-30мкм.

       Точение тонкое (алмазное) 5-10мкм.

       Шлифование черновое               20мкм.

       Шлифование чистовое               5-15мкм.

       Развертывание                              5-10мкм.

       Фрезерование чистовое              20-50мкм.

       Сверление и рассверливание     25-70мкм.

Физические характеристики в чертеже детали можно уточнить по марке материала и приведенного стандарта на материал. Конструктор имеет право уточнить требования и по физическим характеристикам. Например указать требование на повышенную твердость поверхностного слоя (калить HRC).

 

Геометрические характеристики качества поверхности.

Геометрические характеристики качества поверхности показаны на рисунке 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.

 

1. Макронеровностей - погрешностей формы, К > 1000.

2. Волнистости - совокупности неровностей на поверхности, которые образуются в связи с колебаниями или относительными колебательными движениями (вибрациями) в системе СПИД, вследствие недостаточной жесткости. 1000 > К > 50. (Под волнистостью поверхности понимают совокупность неровностей, которые периодически чередующихся с относительно большим шагом, превышает принятую при измерении шероховатости базовую длину).

3. Шероховатости - совокупности микронеровностей на поверхности, которые образуются как результат того или иного принятого метода обработки этой поверхности и создающей рельеф поверхности. К < 50.

4. Субмикронеровностей - неровностей на впадинах и выступах микронеровностей.

Все перечисленные отклонения от теоретической формы поверхности должны укладываться в поле допуска.

На геометрическое качество поверхности при механической обработке в основном влияют следующие факторы:

1) режимы резания (скорость, обороты, подача, глубина резания, род охлаждаемой жидкости);

2) вибрации вследствие недостаточной жесткости станка, приспособления, инструмента и детали;

3) геометрия, качество, состояние заточки и износ режущего инструмента (например, радиус закругления режущей кромки, трение задней поверхности зуба об обработанную поверхность);

4) механические свойства обрабатываемого материала и материала инструмента.