Глава 4 качество поверхности
4.1 Понятие о качестве поверхности
После механической обработки режущий инструмент оставляет на обработанной поверхности неровности в виде гребешков и впадин.
Высота и форма, а также характер расположения и направления неровностей обрабатываемых поверхностей зависят от режима обработки, условий охлаждения и смазки, геометрических параметров режущего инструмента, обрабатываемого материала, жесткости технологической системы и т. д.
Одновременно с образованием неровностей изменяется и структура поверхностного слоя. Поверхностный слой испытывает пластические деформации и приобретает наклеп, твердость его повышается, возникают внутренние напряжения.
Степень наклепа металла и глубина проникновения пластических деформаций зависят от способа обработки и режимов резания.
Следовательно, качество поверхностей деталей машин характеризуется шероховатостью поверхности, а также физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Шероховатость поверхности определяется высотой и характером микронеровностей, или так называемой микрогеометрией поверхности.
Микрогеометрия и рассматривается как геометрическое представление в форме реальной поверхности на малом ее участке.
Рис. 12 Макро- и микрогеометрия поверхности
Для микрогеометрии характерно наличие сравнительно небольших неровностей, расположенных в определенной более или менее закономерной последовательности. Это позволяет на основе результатов измерения небольшого участка поверхности судить о степени шероховатости всей обработанной поверхности. Ориентировочно можно считать, что отношение шага шероховатостей l1 к их высоте h1 (рис. 12) не превышает 50. Поверхности, обработанные металлорежущими инструментами, имеют шероховатость продольную – в направлении главного движения резания и поперечную – в направлении движений подачи. Различные способы обработки образуют различную ориентацию и характер получающихся микронеровностей. Для большинства способов характерно то, что поперечная шероховатость всегда, больше продольной. Поэтому поперечная шероховатость и является основным критерием микрогеометрии поверхности.
Профиль реальной поверхности характеризуется также макрогеометрическими отклонениями от правильной геометрической формы (овальность, конусность, бочкообразность и т. д.). Эти отклонения являются единичными, не повторяющимися на протяжении всей рассматриваемой поверхности.
У макрогеометрических отклонений значительна величина соотношения между протяженностью поверхности l2 и соответствующим отклонением h2 (рис. 12) определяемая неравенством: l2/h2 > 1000.
Между погрешностями микро- и макро геометрического характера промежуточное положение занимает волнистость. Она заключается в наличии на поверхности многократно и закономерно повторяющихся более или менее одинаковых волн. В большинстве случаев эти волны имеют характер близкий к синусоидальному, и соотношение между шагом l3 и высотой h3 обычно находится в пределах от 150 до 500 (рис. 11).
4.2 Критерий и классификация шероховатости поверхности
Рис. 13 Профили поверхности
Базовая длина l – длина участка поверхности, выбираемая для измерения шероховатости без учета других видов неровностей, имеющих шаг более l (рис. 13).
Профиль поверхности, имеющий три вида неровностей, приведен на рис. 13 а. На профиле выбраны участки, равные базовой длине l, на которых наблюдается только шероховатость поверхности, т. е. в данном случае шероховатость отделена от других видов отклонений с шагом, большим l. Шероховатость спрямленных выбранных участков поверхности, равных базовой длине l, приведена на рис. 13 б. Волнистость этой же поверхности, имеющая длину волны λ > l, приведена на рис. 13в. Погрешность формы, имеющая шаг больше λ, приведена на рис. 13г.
Шероховатость поверхности – совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах, участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине l. Шероховатость поверхности образуется в результате обработки независимо от метода и может представлять собой сочетание наложенных друг на друга неровностей с различными шагами. Длина участка измерения – минимальная длина участка поверхности, необходимая для надежного определения характеристик шероховатости, включающая в себя одну или несколько базовых длин.
Средняя линия профиля т – линия, имеющая форму геометрического профиля и делящая измеренный профиль таким образом, что в пределах базовой длины сумма квадратов расстояния (h1 h2 ...hn) точек профиля для этой линии минимальная.
Средняя линия профиля служит базовой для определения числовых значений шероховатости.
Рис.14 Микропрофиль поверхностных неровностей
Среднее арифметическое отклонение профиля Rа – среднее значение расстояний (h1, h2 ... hn) точек измеренного профиля до его средней линии в пределах базовой длины.
Расстояния до средней линии суммируются без учета алгебраического знака.
Высота неровностей по десяти точкам Rz – сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глуби пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины.
Наибольшая высота профиля Rmaх – расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.
Средний шаг неровностей профиля Sm – среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины.
Опорная длина профиля ηр – сумма длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантой средней линии.
Относительная опорная длина профиля tp – отношение опорной длины профиля к базовой длине.
