Физико-механические свойства.

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.

 

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.

 

Шероховатость поверхности.

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности деталей и оказывает влияние на эксплуатационные показатели.

В условиях эксплуатации машины или прибора, внешним воздействиям, в первую очередь, подвергаются поверхности их деталей. Износ трущихся поверхностей, зарождение трещин усталости, смятие, коррозионное и эрозионное разрушения, разрушение в результате кавитации и др. – это процессы, протекающие на поверхности деталей и в некотором прилегающем к поверхности слое. Естественно, что придание поверхностям деталей специальных свойств, способствует существенному повышению показателей качества машин в целом и в первую очередь показателей надежности.

Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами на базовой длине.

Ещё одно немаловажное уточнение – шаг неровности относительно базовой длины очень и очень мал (иначе будет волнистость).

Щуповой метод

Щуповой метод измерения шероховатости поверхности относится к контактным и реализуется с помощью профилометра. Прибор представляет собой датчик, оснащённый тонкой остро заточенной алмазной иглой с ощупывающей головкой.

Игла перемещается по нормали к исследуемой поверхности. Естественно, в местах микронеровностей (впадин и выступов) возникают механические колебания относительно головки. Эти колебания передаются на датчик, который преобразует механическую энергию в электрическую. Сигнал, генерируемый преобразователем, усиливается и измеряется: его параметры точно характеризуют неровности поверхности детали или изделия.

В зависимости от типа преобразователя полезных сигналов профилометры подразделяются на индуктивные, электронные, индукционные и пьезоэлектрические, причём наибольшее распространение получили устройства первого вида. Кроме этого, существует ещё одна разновидность приборов – профилографы, позволяющие не только измерить но и записать параметры профиля в заранее подобранном горизонтальном и вертикальном масштабах.

Исследование неровности проводится в несколько этапов: профиль «ощупывается» определённое количество раз, и лишь на основе серии измерений вычисляется окончательное – усредненное – значение параметра: количественная характеристика неровности относительно длины участка.

Оптические методы

Группа оптических – бесконтактных – способов измерения шероховатости поверхности достаточно обширна. Самыми распространёнными входящими в неё методами являются следующие:

· светового и теневого свечения;

· микроинтерференционный;

· растровый.

Рассмотрим каждый метод детальнее.

Растровый метод

Суть данного метода достаточно проста: на исследуемую поверхность накладывается изготовленная из стекла пластинка, на которую нанесена растровая сетка (система равноудалённых параллельных линий) с достаточно малым шагом.

При наклонном падении световых лучей в местах микронеровностей штрихи отраженной сетки накладываются на штрихи реальной – возникают муаровые полосы, свидетельствующие о наличии впадин и выступов на изучаемой поверхности. Точное измерение параметров неровности осуществляется по изложенной в ГОСТ методике с помощью растрового микроскопа.

Стоит отметить, что данный метод используется при исследовании лишь тех поверхностей, следы обработки на которых имеют преимущественное направление.

Метод слепков

Описанный ниже метод используют для оценки шероховатостей труднодоступных поверхностей и поверхностей, имеющих сложную конфигурацию.

Метод слепков заключается в снятии негативных копий (материалом для их изготовления, как правило, служит парафин, гипс или воск) поверхности и их дальнейшем исследовании оптическими или щуповым методами. Иными словами, метод слепков не является самостоятельным методом и используется лишь в сочетании с вышеописанными способами измерения шероховатости поверхности.

 

РАЗДЕЛ 4

Качество поверхности.

Физико-механические свойства.