2. Качество поверхности и технологические методы повышения эксплутационных свойств деталей машин

   1. Основные параметры качества поверхности деталей

Качественными характеристиками поверхностного слоя детали являются: шероховатость, волнистость, физико-механические свойства (теплопроводность, предел прочности, микротвердость и др.), микроструктура (для металла), остаточные напряжения, химический состав материала поверхностного слоя (для неметаллов).

В зависимости от направления измерения, шероховатость может быть продольной и поперечной. Метод обработки и вид инструмента оказывают влияние на направление и форму неровностей.

На рис. 2.10 показаны виды микрорельефа (направления неровностей) обработанных поверхностей.

Рис.2.10. Схематическое изображение микрорельефа поверхности: а – параллельный; б – перпендикулярный; в – перекрещивающийся; г – произвольный; д – кругообразный; е – радиальный.

Иногда на поверхности возникают неровности в виде волн(волнистость). Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и погрешностью формы.

На рис.2.11 показаны шероховатость и волнистость поверхности.

Для шероховатости (см. рис. 2.11) отношение S_m/R_z < 50, для волнистости–S_w/w = 50…1000. ЕслиSw/w >1000, то поверхность рассматривается с точки зрения макрогеометрии.

При обработке заготовок резанием металл поверхностного слоя подвергается комплексному воздействию сил резания, высоких температур, химически активных жидкостей и газов. В результате, физико-механические свойства, структура, а при некоторых видах обработки, и химический состав этого слоя существенно отличаются от свойств исходного металла.

Под воздействием сил резания в металле поверхностного слоя происходит пластическая деформация, сопровождающаяся его деформационным упрочнением (наклепом).

Наклеп поверхностного слоя характеризуют глубиной и степенью наклепа. Степень наклепа определяется по формуле

U_н = (Н_пов – Н_исх) 100% / Н_исх, (2.19)

гдеН_повиН_исх – микротвердость, соответственно, обработанной поверхности и исходного (ненаклепанного) металла в МПа.

Одновременно с упрочнением металла поверхност­ного слоя, под влиянием нагрева зоны резания, происходит разупрочнение этого слоя. Фактическое состояние металла поверхностного слоя после обработки определяется соотношением процессов упрочнения и разупрочнения, которое зависит от преобладания влияния в зоне резания силового или теплового факторов.

В процессе резания пластическая деформация сопровождается изменениями структуры метала поверхностного слоя, что приводит к повышению твердости, хрупкости и предела прочности; к снижению пластичности и вязкости. Структурные изменения металла слоя происходят также из-за нагрева слоя в процессе обработки, чаще всего при шлифовании.

В поверхностном слое образуются остаточные напряжения в результате воздействия силового и теплового факторов. Величина, знак и глубина распространения остаточных напряжений в поверхностном слое зависят от методов обработки, режимов резания, геометрии инструмента, теплопроводности металла и от других физико-механических свойств материала детали. Изменения условий обработки, связанные с увеличением силового фактора и с повышением степени пластической деформации, способствуют увеличению остаточных напряжений сжатия. При повышении температуры нагрева слоя и увеличении продолжительности теплового воздействия увеличиваются напряжения растяжения.

Механические, тепловые и физико-химические воздействия на поверхность металла детали в процессе обработки и эксплуатации меняют соотношение атомов основного металла, что приводит к появлению свободной поверхност­ной энергии и большой ад­сорбционной активности по­верхностного слоя детали .

На рис.2.12 показана структура поверхностного слоя детали.

В результате воздействия на поверхность заготовки целого комплекса факторов, в изготовленной детали поверхностный слойтолщинойh(рис.2.12) получает новые физико-меха­нические свойства, отличные от свойств основного металла детали.