Параметри, які характеризують якість поверхні (стр. 1 из 2)

Параметри, які характеризують якість поверхні

1. Фізико-механічні параметри

Один із основних показників якості машин – надійність – суттєво залежить від експлуатаційних властивостей їх деталей і з’єднань, які визначаються технологією виготовлення.

Надійність деталі багато в чому залежить від стану поверхневих шарів, оскільки руйнування починається якраз із зовнішніх поверхонь. Вимоги до їх якості безперервно підвищуються в міру інтенсифікації режимів роботи деталей.

Якість поверхні – це комплексний показник, що характеризується фізико-механічними і геометричними параметрами поверхневого шару.

До фізико-механічних параметрів відносять: твердість; деформаційне зміцнення (наклеп); залишкові напруження.

Твердість – це здатність поверхні чинити опір проникненню більш твердого тіла.

Розрізняють твердість вихідного матеріалу (серцевини) і поверхневого шару. З точки зору експлуатації деталей, більший інтерес викликає твердість поверхневого шару, яка звичайно вища твердості серцевини.

Зміцнення поверхневого шару відбувається на фінішних операціях та операціях що їм передують (технологічна спадковість).

В лабораторних умовах глибину та інтенсивність зміцнення поверхневого шару визначають методом вдавлювання алмазної піраміди на приладі ПМТ-3. У виробничих умовах твердість матеріалу вимірюють за Брінелем, Роквеллом, Вікерсом та іншими способами. При застосуванні методу Роквелла застосовують твердоміри Супер-Роквелла. Співвідношення чисел твердості, визначених різними методами, наведені в табл.

Наклеп характеризується наступними показниками:

· товщиною наклепаного шару h' (це – глибина шару, здеформованого в результаті силової взаємодії інструмента з оброблюваною поверхнею);

· інтенсивністю наклепу, яка визначається відношенням мікротвердості Н_mп досліджуваної поверхні до мікротвердості матеріалу, розташованого під наклепаним шаром (рис. 1):

Н_{m с}; I = H_μп/Н_μс.

Залишкові напруження характеризують: величина, характер розподілу і знак внутрішніх напружень.

Внутрішні напруження – це прояв внутрішніх сил у поверхневих шарах металу після закінчення силової чи теплової дії. Вони можуть бути розтягуючими і стискаючими (рис. 2).

Таблиця 1. Порівнювальна таблиця твердості металів і сплавів

твердість по
Бринелл	Віккерс	Бринелл	Віккерс	Роквелл	Супер Роквелл	Бринелл	Віккерс	Роквелл	Супер Pоквелл	Бринелл	Віккерс	Роквелл	Супер Роквел
146	147	202	201	–	–	293	291	31	32,9	460	502	48	49,3
149	149	207	209	18	20,2	302	305	33	34,8	477	534	49	50,3
153	152	212	213	19	21,2	311	312	34	35,8	495	551	51	52,2
156	154	217	217	20	22,2	321	320	35	36,8	512	587	52	53,2
159	159	223	221	21	23,1	332	335	36	37,7	532	606	54	55,2
163	162	229	226	22	24,0	340	344	37	37,7	555	649	56	57,1
166	165	235	235	23	25,0	351	361	38	39,6	578	694	58	59,0
170	171	241	240	24	26,0	364	380	39	40,6	600	746	59	60,0
174	174	248	250	25	27,0	375	390	40	41,6	627	803	61	62,0
179	177	255	255	20	28,0	387	401	41	42,5	652	887	63	64,1
183	183	262	261	27	39,0	402	423	43	44,0	–	940	65	65,8
187	186	269	272	28	30,0	418	435	44	45,4	–	1021	67	67,8
192	190	277	278	29	31,0	430	460	45	46,4	–	1114	69	–
196	197	286	285	30	31,9	444	474	47	48,4	–	1220	72	–

Рис. 1 Глибина h та інтенсивність наклепу І

Рис. 2. Розподіл внутрішніх напружень у поверхневому шарі: 1 – стискаючі напруження; 2 – розтягуючі напруження

Глибина та інтенсивність наклепаного шару, а також внутрішні напруження на кресленнях не вказуються головним чином через відсутність надійних методів контролю цих параметрів у виробничих умовах. Шорсткість і твердість завжди вказуються на робочих кресленнях.

Крім переліченого, фізико-механічні властивості поверхневого шару характеризуються певною орієнтацією їх деформованих зерен, зміною їх форми і розмірів, цілісністю матеріалу поверхневого шару, наявністю в ньому макро- і мікротріщин, структурними перетвореннями тощо.

2. Геометричні параметри

поверхня механічний деформаційний технологічний

До геометричних параметрів відносять: макро- та мікрогеометрію поверхні, хвилястість.

Макрогеометрія поверхні характеризується похибками форми (овальність, конусність, бочкоподібність), які відносяться до параметрів точності обробки.

Мікрогеометрія поверхні (шорсткість) обумовлена наявністю мікронерівностей, які є результатом взаємодії оброблюваної поверхні з різальним інструментом на фінішних операціях.

Шорсткість прийнято визначати за профілем, який утворюється в перерізі цієї поверхні площиною, перпендикулярною до номінальної (зображеної на кресленні) поверхні. При цьому профіль розглядається на довжині базової лінії, яка використовується для виділення нерівностей і кількісного визначення їх параметрів.

При стандартизації шорсткості поверхні за основу прийнята система відліку, в якій за базову лінію служить середня лінія профілю.

Середня лінія профілю – це базова лінія, що має форму номінального профілю і проведена так, що в межах базової довжини l середнє квадратичне відхилення профілю до цієї лінії мінімальне.

Лінія, яка еквідистантна середній лінії і проходить через найвищу точку профілю в межах базової довжини, називається лінією виступів профілю. Лінія, яка еквідистантна середній лінії і проходить через нижню точку профілю в межах базової довжини, називається лінією западин профілю.

Відстань між лінією виступів профілю та лінією западин профілю в межах базової довжини представляє собою найбільшу висоту нерівностей профілю R_max.

Висота виступу профілю У_pm – це відстань від середньої лінії профілю до найвищої точки виступу профілю.

Глибина западини профіля У_vm – це відстань від середньої лінії профілю до найнижчої точки западини профілю.

Нерівність профілю – це виступ профілю та сполучена з ним западина профілю.

Крок нерівностей профілю – це довжина відрізка середньої лінії профілю, що містить виступ профілю та сполучену з ним западину профілю (рис. 3).

Рис. 3. Схема вимірювання нерівностей

Середній крок нерівностей профілю S_m – це середнє значення кроку нерівностей профілю по середній лінії в межах базової довжини.

Кроком місцевих виступів називається довжина відрізка середньої лінії між проекціями на неї двох найвищих точок сусідніх місцевих виступів профілю.

Середнім кроком S_i місцевих виступів профілю називається середнє значення кроку місцевих виступів в межах базової довжини.

Для оцінки шорсткості поверхні в машинобудуванні одержав велике поширення висотний критерії R_z.

Висота нерівностей профілю по десяти точках R_z представляє собою суму середніх абсолютних значень висот п’яти найбільших виступів профілю і глибин п’яти найбільших западин профілю в межах базової довжини, тобто (рис. 3) [2]:

,

де

– висота і-го найбільшого виступу профілю;

– глибина і-ої найбільшої западини профілю.

Таке ж велике значення в машинобудуванні при оцінці шорсткості поверхні має і критерій R_a.

Середнє арифметичне відхилення R_a профілю – це середнє арифметичне абсолютних значень відхилень профілю в межах базової довжини ℓ:

або приблизно:

,

де y – відхилення профілю, яке визначається відстанню між будь-якою точкою профілю та середньою лінією і виміряне по нормалі, проведеній до середньої лінії через цю точку;

ℓ – базова довжина;

n – число вибраних точок на базовій довжині.

Середнє квадратичне відхилення профілю R_q –це середнє квадратичне значення відхилень профілю в межах базової довжини [4]:

або приблизно:

.

При визначенні значень R_a і R_q безпосереднім вимірюванням на відповідних приладах їх величина встановлюється в межах довжини оцінки, що включають декілька базових довжин. За НСО 3274 базова довжина в числовому вираженні дорівнює кроку приладу.

На такі експлуатаційні властивості поверхні, як зносостійкість, контактна жорсткість та інші, суттєво впливає фактична поверхня дотику деталі зі сполученими деталями виробу. Ця величина з відомим наближенням може бути частково оцінена критерієм η_p [4].