Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Качество поверхностного слоя детали

Другим важнейшим показателем качества детали, обеспечивающим выполнение ею служебного назначения, и выполнение которого связано с существенными затратами при изготовлении деталей, является качество поверхностного слоя.

Под поверхностным слоем детали понимается как сама поверхность, полученная в результате обработки, так и слой материала, непосредст­венно прилегающий к ней.

Детали работают в разнообразных условиях. В зависимости от на­значения изделия и условий его работы детали могут подвергаться кор­розионному воздействию, воспринимать большие нагрузки, испытывать контактное взаимодействие с другими деталями и т. д. Поэтому детали должны обладать контактной жесткостью, сопротивлением усталости, коррозионной стойкостью, износостойкостью и другими свойствами, во многом зависящими от качества поверхностного слоя. Например:

— скорость и характер изнашивания детали в значительной степени зависят от высоты неровностей поверхности, их направления, твердости поверхностного слоя и др.;

—прочность неподвижных посадок сопрягаемых деталей непосред­ственно связана с шероховатостью сопрягаемых поверхностей;

— сопротивление усталости деталей зависит от шероховатости их поверхностей, наличия отдельных повреждений, способствующих кон­центрации напряжений и т. д.

В связи с изложенным наружный слой детали, как правило, по сво­им физико-химическим свойствам отличается от свойств основного ма­териала детали. Он формируется при изготовлении и эксплуатации и по глубине может составлять от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Поверхностный слой характеризуется геометрическими характеристиками и физико-химическими свойствами (рис. 1.2.12).

Под геометрическими характеристиками поверхностного слоя по­нимают макроотклонение, волнистость, шероховатость и субшерохова­тость [8].

Макроотклонение 1 поверхности - это неровность высотой 10~2... 103 мкм на всей ее длине или ширине.

Волнистость 2 поверхности — совокупность неровностей высотой примерно мкм с шагом большим, чем базовая длина /, исполь­

Зуемая для ее измерения.

Под шероховатостью 3 поверхности понимают совокупность не­ровностей высотой 10~2...103 мкм с шагом меньшим, чем базовая длина, используемая для ее измерения.

Субшероховатость 4 - это субмикронеровности высотой примерно 10 3 10 2 мкм, накладываемые на шероховатость поверхности.

Верхняя зона 5 толщиной около 10... 100 мкм - это адсорбированный из окружающей среды слой молекул и атомов органических и неоргани­ческих веществ (например, воды, СОЖ, растворителей, промывочных жидкостей).

Промежуточная зона 6 толщиной примерно

10"3... I мкм представ­ляет собой продукты химического воздействия металла с окружающей средой (обычно оксидов).

Граничная зона 7 имеет толщину, равную нескольким межатомным расстояниям со значительно измененными кристаллической и электрон­ной структурой и химическим составом.

Зона 8 имеет толщину примерно 10~\..10 мм с измененными физи­ко-химическими свойствами по сравнению со свойствами основного ма­териала, где под физико-химическими свойствами поверхностного слоя понимают остаточные напряжения, наклеп и структуру.

Поверхностные остаточные напряжения оцениваются макронапря­жениями 1-го рода, макронапряжениями 2-го рода и статическими иска­жениями решетки (напряжения 3-го рода).

Поверхностные напряжения или наклеп оцениваются степенью де­формирования, глубиной наклепа, степенью наклепа, градиентом наклепа и макродеформацией решетки.

Структура поверхностного слоя оценивается: размером зерна; плот­ностью дислокаций; концентрацией вакансий; размером блоков; углом разориентации блоков; размером областей когерентного рассеяния; сред - неквадратическим смещением атомов, вызванным статическими искаже­ниями решетки; среднеквадратическим смещением атомов, вызванным их тепловыми колебаниями.

Оценка геометрических характеристик и физико-химических свойств может быть непараметрической и параметрической.

Непараметрическая оценка заключается в графическом изображе­нии макроотклонения, волнистости, шероховатости, субшероховатости, структуры, распределения остаточных напряжений и наклепа поверхно­стного слоя для визуального сравнения. В частности, для непараметриче­ской оценки шероховатости используют профилограммы, кривые опор­ных длин профиля, кривые распределения ординат или вершин профиля, спектрограммы профиля, топограммы и т. п.

При параметрической оценке характеристик поверхностного слоя деталей машин используются приведенные ниже параметры.

Макроотклонение (отклонение формы) (рис. 1.2.13) характеризуется:

- максимальным макроотклонением //max, мкм;

- высотой сглаживания макроотклонения (расстояние от средней линии профиля до огибающей) Hp, мкм.

Отклонение формы нормируется значением допуска формы поверх­ности и рекомендована ее взаимосвязь с допуском на размер.

Волнистость характеризуется (рис. 1.2.14):

- средним арифметическим отклонением профиля волн Wa, мкм;

- базовой длиной /w;

- средней высотой волн Wz, мкм;

- наибольшей высотой профиля волн Иглах, мкм;

- высотой сглаживания волнистости Wp\

- относительной опорной длиной профиля волн tpw, %;

- средним шагом волн Smw, мм;

- средним радиусом выступов волн Rwcp, мм.

- текущее расстояние от средней линии до вершины волны /У,;

- текущее расстояние от средней линии до впадины волны Н\;

- текущее значение ординаты у,-;

- текущее значение шага волны Smw,.

Для оценки волнистости поверхности на практике используют раз­личные отраслевые нормали и рекомендации. Так, в подшипниковой промышленности при шлифовании колец (диаметром 18...120 мм) класса Н (класса 0 ) волнистость по высоте составляет 40... 110 % шероховато­сти, а по классу С (4 - 5-й классы) — 15... 60 %.

Волнистость в зависимости от ее высоты подразделяют на девять классов:

Высота волны, мкм.............. 1 2 4 8 16 32 64 125 250

Класс волнистости................ I II III IV V VI VII VIII IX

Шероховатость в соответствии с ГОСТ 2789—73 характеризуется параметрами, приведенными на рис. 1.2.14:

- наибольшая высота профиля волн /?тах;

- глубина сглаживания профиля Rw,

- высота сглаживания профиля Rp\

- текущая величина ординаты профиля шероховатости

- высота /-го наибольшего выступа профиля /?,;

- высота /-й наибольшей впадины профиля /г,';

- значение /'-го шага неровностей по средней линии в пределах ба­зовой длины 5/и,;

- опорная длина /-го выступа профиля цр, на уровне р;

- радиус /-го выступа профиля шероховатости рт,;

- значение /-го шага по вершинам местных выступов S,;

- базовая длина L.