Свойства материала и структура

Раздел 4. Лекция 11. Качество поверхностей деталей машин

Определяют эксплуатационные характеристики, к которым относятся следующие:

- износостойкость;

- усталостная прочность;

- стабильность посадки (обеспечение стабильного зазора или натяга);

- коррозионная стойкость;

Износостойкость сама по себе является комплексным показателем (твердость, прочность, химический состав…).

Рисунок - Кривая изнашивания

В процессе приработки может частично изменятся геометрия трущихся поверхностей, но в большей степени меняется шероховатость.

Нормальный износ, как правило, характеризуется одинаковым наклоном кривых. Таким образом, изнашивание и продолжительность приработки зависят от шероховатости и свойств материала.

В процессе работы происходит изменение тонкого поверхностного слоя деталей машин. Эти изменения связаны с упрочнением поверхности и называются наклепом. Наклеп увеличивает износостойкость в 1,5-2 раза.

Наклеп и сжимающие напряжения на поверхности увеличивают усталостную прочность. Усталостная прочность- это способность материала выдерживать знакопеременные нагрузки. С увеличение параметров шероховатости усталостная прочность понижается. Усталостная прочность образца или детали с точеной поверхностью на 30-40% ниже, чем усталостная прочность полированного образца. Причиной этого является наличие на точеной поверхности рисок, надрезов, которые являются концентраторами напряжений и источниками возникновения трещин.

Стабильность посадок также зависит от параметров шероховатости. Так, например, подвижные посадки изменяются с увеличением износа сопряженных поверхностей, а посадки с натягом изменяются в зависимости от величины опорной поверхности.

Коррозионная стойкость повышается с уменьшением параметров шероховатости. Наклепанная поверхность более склонна к коррозионному разрушению, так как в поверхностном слое такой детали имеются микронесовершенства, являющиеся очагами коррозии.

Шероховатость можно измерять по двум параметрам и .

, где

- шероховатость, возникающая от пластической деформации;

- шероховатость, возникающая от упругой деформации;

- шероховатость, возникающая от продольной подачи;

-шероховатость, возникающая в результате копирования микронеровностей, имеющихся на лезвие инструмента;

- шероховатость, возникающая от повреждения стружкой;

-шероховатость, определяемая недостаточной жесткостью;

Основной компонент- это

В зависимости от геометрии резца шероховатость будет определяться параметрами режущей части:φ, φ, где - радиус при вершине резца.

(1)

(2)

, (1)

,

(2)

Большое влияние на величину микронеровностей оказывает пластическая деформация. При обработке материалов, не дающих нароста на режущей кромке, шероховатость определяется волной деформации, которая распространяется по обработанной поверхности.

Упругие деформации проявляются в том случае, когда происходит затупление инструмента.

Если лезвие резца имеет микронеровности, то они будут копироваться на обработанном материале, то их размер будет уже меньше, чем на самом резце.

Из-за недостаточной жесткости поверхность может получиться «граненой», а станок будет «дробить».

Параметры режима резания: наибольшее влияние на качество обработанной поверхности оказывают скорость и подача.

Рисунок - Влияние скорости. Рисунок - Влияние подачи.

Из графиков следует, что деталь следует обрабатывать с небольшой подачей и большими скоростями. При больших скоростях резания параметр шероховатости близок к расчетному. Шероховатость будет незначительно изменятся только за счет влияния пластической деформации.

При увеличении твердости (т.е. возрастает хрупкость) кривая сглаживается.

Стали, которые обрабатывают на многошпиндельных токарных автоматах называют автоматными сталями. Автоматные стали с повышенным содержанием серы и свинца после обработки имеют более низкие параметры шероховатости. Латуни, с целью повышения свойств обрабатываемой поверхности (т.е. снижения шероховатости) имеют в своем составе сотые доли мышьяка.

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей снижает параметры шероховатости.

С увеличением твердости обрабатываемой поверхности увеличивается глубина наклепа. Кроме того, наклеп увеличивается при возрастании скорости резания. Однако, при скоростях более 200 м/мин (это очень мало) глубина наклепа уменьшается, так как поверхности сильно разогреваются, и происходит разупрочнение материала.

Высокоскоростная пластическая деформация один из самых прогрессивных методов обработки материалов.