Тема 1.4 Качество поверхности детали.

Обработанные поверхности не явл-ся идеально гладкими; они имеют шероховатости, величина форма котор. зависит от метода обработки, формы и состояния инструмента, а так же от свойств материала обрабатываемой детали. Величина шероховатости, или как её называют, микрогеометрия поверхности, характеризует чистоту обработки.

Качество обработанной поверхности характеризуется также физико-механическими свойствами поверхностного слоя, котор. во время обработки под действием давления при резании,трения инструмента о поверхность детали и пластических деформаций изменяется и отличаются от св-в необработанных поверхностей.

От чистоты и качества пов-ти зависят износостойкость трущихся поверхностей, усталостная прочность, устойчивость против коррозии, надёжность неподвижных посадок.

Шероховатостью поверхности согласно ГОСТу 25142 - 82 называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины. Базовая длина l — длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Базовая линия (поверхность) — линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Шероховатость поверхности оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства поверхностного слоя, следовательно, детали в целом. К показателям, характеризующим эксплуатационные свойства поверхностного слоя, относятся: действительное напряжение на поверхности двух взаимодействующих тел и, как следствие, контактная жесткость; прочность деталей из-за концентрации напряжений в отдельных рисках на поверхности; характер процесса трения между сопрягаемыми поверхностями в паре трения; изменение посадки в процессе сборки (с натягом) или при эксплуатации (с зазором); антикоррозионная стойкость повехностей; плотность и герметичность соединений; адгезионная способность к гальваническим и лакокрасочным покрытиям; декоративные свойства; удобство содержания поверхностей в чистоте и т. п..

Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля т, т. е. базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально. Систему отсчета шероховатости от средней линии профиля называют системой средней линии.

Если для определения шероховатости выбран участок поверхности длиной l, другие неровности (например, волнистость), имеющие шаг больше l, не учитывают.

Длина оценки L - длина, на которой оценивают шероховатость. Она может содержать одну или несколько базовых длин l. Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Параметры шероховатости. Согласно ГОСТу 2789 – 73* шероховатость поверхности изделий независимо от материала и способа изготовления можно оценивать следующими параметрами (рис. 2.11):

Рис. 2.11. Профилограмма поверхности

1. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений про­филя в пределах базовой длины:

,

где l — базовая длина; n — число выбранных точек профиля на базовой длине; у — расстояние между любой точкой профиля и средней линией (отклонение профиля).

2. Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

или ,

где определяются относительно средней линии, а h_{i max}, h_{i min} –относительно произвольной прямой, параллельной средней линии и не пересекающей профиль.

3. Наибольшая высота неровностей профиля Rmax — расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.

4. Средний шаг неровностей профиля Sm — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины:

,

где Sm_i — шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, заключенного между точками пересечения смежных выступов и впадин профиля со средней линией.

5. Средний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины:

,

S_i — шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, заключенного между проекциями на нее наивысших точек двух соседних местных выступов профиля.

6. Относительная опорная длина профиля tр — отношение опорной длины профиля к базовой длине:

,

где h_р - опорная длина профиля — сумма длин отрезков b_i, отсекаемых на заданном уровне р в материале профиля линией, эквидистантной средней линии т в пределах базовой длины (см. рис. 2.11):

.

Опорную длину профиля определяют на уровне сечения профиля р, т. е. на заданном расстоянии между линией выступов профиля и линией,

Числовые значения параметров шероховатости Ra, Rz, Rmax, Sm, S и tp приведены в ГОСТе 2789 – 73*.

Обозначение шероховатости на чертежах.ГОСТ 2.309 – 73* устанавливает обозначения шероховатости поверхностей и правила нане-

сения их на чертежах изделий.

На рис. 2.13 приведена структура обозначения шероховатости. При обозначении шероховатости только по параметру применяют знак без полки.

Примеры обозначения шероховатости на чертежах приведены на рис. 2.14. В обозначении числового значения

параметра Ra символ не указывается (см. рис. 2.14).

а) б) в)

Рис. 2.14. Примеры обозначения шероховатости на чертежах

Если параметры Rа, Rz, Rmax определены на базовой длине в соответствии с ГОСТом 2789 – 73*, то эти базовые длины не указываются в требованиях к шероховатости (рис. 2.14, б).

При необходимости дополнительно к параметрам шероховатости поверхности устанавливаются требования по направлению неровностей поверхности (табл. 2.5), а также по способу или последовательности спосо­бов получения (обработки) поверхности. При этом способ обработки указывают только в случаях, когда он является единственно приемлемым для получения требуемого качества поверхности.

Таблица 2.5

Направления неровностей поверхности по ГОСТу 2789 – 73*

Типы направления неровностей	Схематическое изображение	Условное обозначение
Параллельное
Перпендикулярное
Перекрещивающееся
M Произвольное
C Кругообразное
R Радиальное

При указании двух и более параметров шероховатости поверхности значения параметров записывают сверху вниз в следующем порядке: высота неровностей профиля, шаг неровностей профиля, относительная опорная длина профиля (рис. 2.14, а).

Таблица 2.5

Влияние микрогеометрии пов-ти на износостойкость трущихся деталей объясняется тем, что при скольжении одной пов-ти относительно др, происходит разрушение выступающих частей гребешков, отрыв частиц металла в результате сваривания их в местах точечного контакта при нарушении целостного масляного слоя.

В начале процесса приработки деталей износ происходит быстро вследствие усиленного истирания верхних гребешков; затем износ происходит медленно. Он вызывается разрушением трущихся поверхностей в рез-те абразивного действия частиц, образующихся при разрушении гребешков, пыли и грязи, попадающих вместе со смазкой, а также электрохимическими процессами.

Уменьшение микронеровности при обработке повышает износостойкость пов-тей. Микрогеометрия пов-ти оказывает значительное влияние на усталостную прочность, т.к. имеющиеся на пов-ти детали риски вызывают концентрацию напряжений и могут привести к разрушению детали. Например, при наличии рисок от обработки на образцах из конструкционной, углеродистой стали их прочность снижается до 20%, а на образцах из легированных сталей – почти вдвое.

Понижение коррозионной стойкости грубо обработанных деталей объясняется тем, что впадины между гребешками, в котор. Сосредотачивается влага, явл-ся очагами распространения коррозии в теле детали.

Величина шероховатости влияет на надёжность неподвижных посадок, т.к. при разрушении выступов гребешков, по котор. Определяется р-р деталей, может уменьшиться расчетный натяг.

В отдельных случаях пов-ти деталей обрабатывают с повышенной частотой для обеспечения хорошего внешнего вида или для подготовки к гальваническим покрытиям.

Шероховатость поверхности определяется одним из следующих параметров:

а) средним арифметическим отклонением профиля Ra, которое равно среднему значению расстояний ( у1,у2,у3,……уn) точек измеренного профиля до его средней линии m.

б) высотой неровностей Rz, котор. Равна среднему расстоянию между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов с пятью низшими точками впадин, измеренному от линии, параллельной средней линии профиля:

Rz=(h1+h3+…..h9)-(h2+h4+…..h10)

Базовая длина согласно ГОСТу 2789-73 принимается в пределах 0,08-8 мм для разных классов точности.

Установлено 14 классов чистоты поверхности, для котор. Максимальные числовые значения шероховатости Ra и Rz соответствуют определённым базовым длинам. На этой базовой длине осуществ-ся измерение шероховатости поерхности, котор. должно производиться в направлении наибольшего значения параметра Ra или Rz.

ГОСТ 2789-73 устанавливает следующие параметры шероховатости:

Ra- среднее арифметическое отклонение профиля (Ra = 400…..0,008 мкм);

Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам (Rz = 1600….0,025 мкм);

Sm- средний шаг неровностей (Sm=12,5….0,002 мм);

l–длина профиля.

Параметр Ra является предпочтительным.

В соответствии с ГОСТ 2.309-73 для обозначения шероховатости поверхностей, вид обработки котор. не установлен, применяется знак .

Шероховатость пов-ти, образуемой удалением слоя металла, например, точением, сверлением, фрезерованием, шлифованием, травлением и др. обозначают знаком , а шероховатость пов-ти, образуемой без удаления слоя металла, например, литьём, штамповкой и пр, а также не обрабатываемой по данному чертежу - знак .

Значение параметра шероховатости указывают: для параметра Ra без символа, например,

а для остальных параметров – после соответствующего символа, например .

При необходимости указания кроме параметра вида обработки базовой длины, условного обозначения направления неровностей применяют знак с полкой, например,

Волнистость поверхности представляет собой совокупность периодически чередующихся возвышенностей и впадин с отношением L=50….1000

h

Волнистость является следствием вибрации технологической системы, а также неравномерности процесса резания.

Оценку чистоты поверхности можно производить двумя методами: качественным и количественным.

При качественном методе обработанную поверхность сравнивают с образцом-эталоном визуально, путём ощупывания или сопоставления обработанной поверхности с эталоном под микроскопом. Этим методом можно определять чистоту пов-ти не выше 7-8-го класса.

При количественной оценке применяют оптико-механические профилографы ( для замера чистоты поверхностей 3-10-го классов, точность измерения 0,1-0,2 мкм), электродинамические, пьезоэлектрические и индуктивные профилометры ( для оценки чистоты в пределах 5-12-го классов), двойной микроскоп Линника ( для замеров средней высоты гребешков пов-тей 3-8 классов) и микроинтерферометр Линника (позволяющий измерить неровности для контроля в пределах 10-14 классов чистоты)

На оптико-механических и электрических приборах высота неровностей определяется путём контакта измерительной иглы с с проверяемой поверхностью.

Классы шероховатости поверхности по ГОСТ 2789.

Для классов 6-12 основной является шкала Ra (мкм), а для классов 1-5и 13-14 –шкала Rz(мкм).

Некоторые методы обработки, которые обеспечивают следующие классы шероховатости поверхности по ГОСТ 2789.

Точение,строгание, растачивание: Классы шероховатости

Черновое 1-4-й

Чистовое 4-7-й

Тонкое 7-9-й

Фрезерование (цилиндрическое)

Черновое 2-5-й

Чистовое 5-7-й

Тонкое 6-8-й

Шлифование:

Предварительное 6-7-й

Чистовое 8-9-й

Тонкое 9-10-й

Притирка:

Грубая 8-9-й

Средняя 9-10-й

Тонкая 10-13-й

Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояния между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину l. Волнистость занимает промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности. Условно границу между различными порядками отклонений поверхности можно установить по значению отношения шага S_w к высоте неровностей W_z. При (S_w/W_z) < 40 отклонения относят к шероховатости поверхности, при 1000 ³(S_w/W_z) ³ 40 — к волнистости, при (S_w/W_z) > 1000 —к отклонениям формы.

Параметры волнистости установлены рекомендацией СЭВ (РС 3951 - 73).

Высота волнистости (рис. 2.27, а) W_z = (1/5)×(W₁+W₂+W₃+W₄+W₅).

Наибольшая высота волнистости W_max — расстояние между наивысшей и наинизшей точками измеренного профиля в пределах длины L_w, измеренное на одной полной волне.

Средний шаг волнистости (рис. 2.27, б) .

Размерный анализ.

Качество изготовления и сборки деталей обеспечиваются правильной простановкой размеров на рабочих и сборочных чертежах. В большинстве случаев отдельные раз-ры , отнесённые к одной или к группе деталей, находятся во взаимосвязи друг с другом; изменение одного из размеров влияет на один или несколько других размеров.

Размерной цепью называется совокупность р-ров (звеньев), образующих замкнутый контур и отнесённых к одной детали или к группе деталей.

Звеномразмерной цепи называется один из раз-ров, образующих размерную цепь.

Различают следующие виды размерных цепей:

1) с линейными размерами и параллельными звеньями; к ним относится большинство размерных цепей.

Рис.

2)с линейными размерами и непараллельными звеньями; к этой группе может быть отнесён любой многоугольник, если каждая сторона его задана линейным размером, причём если спроектировать все размеры А-Е на одну ось, то эту группу можно свести к первому виду размерных цепей;

Рис.

3) с угловыми размерами; для этого вида цепей характерны детали с несколькими отверстиями, равномерно расположенными по окружности, если расстояния между центрами отверстий заданы в угловых единицах, а также детали, требующие при обработке деления окружности на равное число частей , например, зубчатые и червячные колёса, фрезы и т.п; из-за трудности точного измерения угловых величин угловые размерные цепи часто заменяют линейными с непараллельными звеньями; контроль размеров возможен с помощью калибров для межцентровых расстояний.

Рис.

4) пространственные,звенья которых расположены в непараллельных плоскостях; такие размерные цепи встречаются очень редко и для их решения проектируют все раз-ры на одну плоскость.

Наименьшее число звеньев размерной цепи равно трём .

Все звенья размерной цепи подразделяют на две группы: составляющие звенья и замыкающее звено.

Замыкающим звеном называют звено, получаемое в процессе изготовления и измерения последним. Получение того или иного звена в качестве замыкающего зависит от порядка обработки заготовок или сборки деталей.

Так, при обработке ступенчатого вала ( рис.1), чтобы звено В было обработано последним,

Нужно сначала отрезать заготовку размером А, затем, обтачивая вал в размере малого диаметра d, выдержать в пределах заданной точности размер Б, и тогда размер В получится последним.

Если в качестве замыкающего звена нужно иметь общий размер ступенчатого вала по длине А, то в этом случае заготовку берут несколько большей длины, чем размер А. В начале обтачивают меньшую ступень вала на длину В, а затем отрезают готовую деталь, выдерживая размер Б. Общая длина вала при этом будет замыкающим звеном, имеющим размер А.

Т.о, меняя порядок обработки, можно в качестве замыкающего звена получить любое звено размерной цепи.

Звено размерной цепи , изменение котор. вызывает изменение исходного звена (для его решения и используется размерная цепь) или замыкающего звена, называется составляющим.

Составляющие звенья размерной цепи подразделяются на две группы: увеличивающие и уменьшающие.

Увеличивающимназывают такое звено, которое при своём увеличении увеличивает размер исходного или замыкающего звена.

Уменьшающее звено при своём увеличении уменьшает размер исходного или замыкающего звена.Так, если у ступенчатого вала (рис.!) принять в качестве замыкающего звено В, то звено А будет увеличивающим, а звено Б – уменьшающим.

Правильность размерного расчёта зависит от правильности нахождения увеличивающих и уменьшающих звеньев.

Общее правило для нахождения увеличивающих и уменьшающих звеньев заключается в составлении уравнения номинальных размеров, связывающего все члены размерной цепи, и решения его относительно номинального раз-ра замыкающего звена. Тогда все члены правой части уравнения со знаком «+» будут увеличивающими звеньями, а со знаком «-»