Шероховатость поверхности

Основоположником учения о качестве поверхности был русский ученый проф. В. Л. Чебышев.

При различных процессах механической обработки на обрабатываемых поверхностях образуются неровно­сти - шероховатость, представляющая собой чередую­щиеся выступы (гребенки) и впадины. Кроме того, по­верхность обработки приобретает волнистость и особые измененные физико-механические свойства.

Шероховатость поверхности в значительной степени определяет качество и срок службы деталей машин, агре­гатов, приборов. В частности, износ трущихся поверхно­стей зависит от их шероховатости. Большая шерохова­тость поверхностей сопрягаемых деталей ведет при работе к быстрому изменению посадок. Поэтому для длительного сохранения посадок необходимо вводить процессы чистовой обработки, уменьшающие шерохова­тость.

Однако весьма малая шероховатость может вызвать выдавливание смазывающего вещества, а вследствие это­го появление полусухого или сухого трения, характери­зующегося интенсивным износом. Коэффициент трения также зависит от шероховатости поверхности. Шерохова­тость поверхности оказывает влияние на антикоррозион­ную стойкость. При большой шероховатости корроди­рующие вещества, сосредотачиваясь на дне впадин неровностей поверхности, вызывают интенсивный про­цесс коррозии.

Разрушение деталей при знакопеременной нагрузке начинается с появления микроскопических трещин, ко­торые, увеличиваясь, приводят к их поломке. Поверх­ностные неровности можно рассматривать как первона­чальные трещины, в которых концентрируется напряже­ние усталости. По данным проф. С. В. Серенсена, поверхности с малой шероховатостью имеют повы­шенный предел усталости материала.

К настоящему времени еще не установлен общий кри­терий оценки качества поверхности, охватывающий как

геометрическое ее очертание, так и физико-механические свойства поверхностного слоя материала. Действующий в СССР ГОСТ 2789 - 73 (соответствующий рекомендации СЭВ по стандартизации РС6 — 71) оценивает качество обработанной поверхности лишь по ее шероховатости, т. е. по микрогеометрии.

Параметрами шероховатости (одним или нескольки­ми) являются:

Ra — среднее арифметическое отклонение профиля (микрогеометрии);

Rz — высота неровностей профиля по 10 точкам;

Rmax — наибольшая высота неровностей профиля;

Sm — средний шаг неровностей;

S — средний шаг неровностей по вершинам. Стандартом установлены возможные направления не­ровностей: параллельное, перпендикулярное, перекрещи­вающееся, произвольное, кругообразное и радиальное. Неровности, характеризующие шероховатость, и количе­ственная оценка параметров шероховатости ограничи­ваются базовой длиной l, величина которой увеличивает­ся с повышением шероховатости.

Обозначение шероховатости на чертежах выполняется по ГОСТ 2.309 — 73. Структура обозначения шероховато­сти показана на рис. 17.3.

Методы оценки шероховатости (микрогеометрии) по­верхности можно отнести к двум группам: 1) методы сравнительной оценки, при которых не выявляется абсо­лютная величина неровностей поверхности, а лишь дает­ся оценка общего ее состояния в сравнении с эталоном шероховатости (или образцовой деталью); при этом ис­пользуют лупу или сравнительный микроскоп; 2) про­фильные методы, с применением которых определяется истинная высота микронеровностей в абсолютных единицах. К ним относятся измерения на профилографах и профилометрах разных конструкций, двойном микро­скопе Линника и других приборах.

Выбор заготовок

Для получения деталей применяют различные заго­товки: металлические, пластмассовые, керамические и др. Металлические заготовки изготовляют литьем, горячей и холодной штамповкой, сваркой и другими методами. Вид заготовки, ее конфигурации и размеры зависят от типа производства, формы детали и требований, предъ­являемых к ней в отношении точности и шероховатости поверхностей.

Например, литьем в песчаные формы получают заго­товки в мелкосерийном и единичном производствах, од­нако заготовки крупных деталей — станин, корпусов, рам (главным образом из чугуна) отливают в серийном, а иногда и в массовом производстве. Наряду со многими недостатками литье в песчаные формы имеет достоин­ство — небольшие первоначальные затраты на оснастку.

Литье в кокиль наиболее целесообразно применять в серийном и массовом производствах для отливок сред­ней сложности из цветных сплавов и чугуна с размерами по 12-му квалитету точности.

По сравнению с литьем в песчаные формы, литье в кокиль обеспечивает большую производительность труда, более высокую точность и меньшую шерохова­тость, лучшую структуру металла, повышающую меха­нические свойства на 10 — 20%. Факторами, ограничи­вающими применение литья в кокиль, являются высокая стоимость кокиля и трудность получения отливок слож­ной конфигурации.

Литье под давлением применяют для получения не­больших, в основном тонкостенных заготовок сложной конфигурации, требующих при других способах отливки длительной механической обработки. Оно является на­иболее производительным способом литья, обеспечивает достаточно высокую точность, повышенные свойства ме­талла, возможность сопряжения нескольких деталей и ар­мирования. Однако пресс-формы для литья под давле­нием имеют высокую стоимость, а в отливках имеется воздушно-газовая пористость.

Высокая стоимость форм позволяет применять такое литье лишь в крупносерийном и массовом производствах, но, изготовляя формы из нормализованных частей, его можно применять в серийном производстве даже при небольших партиях. Вакуумирование металла уменьшает пористость отливок.

Литьем по выплавляемым моделям получают точные (прецизионные) заготовки сложной формы, которые нель­зя отлить другими способами, в частности из трудно­обрабатываемых сплавов. Заготовки, полученные таким способом, как правило, не проходят механическую обра­ботку. Применение этого метода рграничивается значи­тельной стоимостью пресс-форм для восковых моделей и формовочного материала.

Горячей обработкой давлением получают заготовки с повышенными механическими свойствами, малыми припусками на обработку. Горячей штамповкой чаще по­лучают заготовки деталей с толстыми стенками из же­лезных, медных, алюминиевых и магниевых сплавов. Стоимость штампов достаточно высокая, хотя по сравне­нию со стоимостью пресс-форм для литья под давлением она в 1,5 — 2 раза ниже, а срок их службы в 2 — 3 раза больше. Горячую штамповку применяют в серийном и массовом производствах.

Холодной штамповкой получают плоские или объемные заготовки из листового материала.

Сваркой получают обычно заготовки каркасных дета­лей, к которым не предъявляются жесткие требования по деформации.

Для получения заготовок из листового материала в серийном и массовом производствах широко приме­няется холодная штамповка. При наличии универсальных штампов для поэлементной штамповки она может ис­пользоваться и в мелкосерийном производстве.

Размеры заготовок складываются из размеров дета­лей, для которых они предназначены, и всех межопера­ционных припусков и допусков. Существует методика расчета размеров заготовок.

Дальнейшее совершенствование заготовительного производства связано с получением наиболее точных за­готовок и внедрением в производство прогрессивных ме­тодов формообразования, обеспечивающих повышение производительности труда, снижение себестоимости из­делий, повышение коэффициента использования материа­лов. Количество точных заготовок будет увеличиваться за счет новых методов обработки металлов давлением, • расширения использования прогрессивных методов литья, порошковой металлургии, новых сортаментов ме­таллов и сплавов с повышенными техническими и техни­ко-экономическими характеристиками, применения эко­номичных профилей проката.

В частности, прокатка и волочение обеспечивают бо­лее высокие механические свойства металла заготовок, меньшие отходы материала. Производительность про­катки превышает производительность штамповки в 4 —8 раз. Как указано в Основных направлениях экономиче­ского и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года, выпуск металлических порош­ков для порошковой металлургии уже в одиннадцатой пятилетке должен повыситься в 3 раза.

В заготовительном производстве будут расширяться методы дистанционного управления технологическими процессами и оборудованием, а также централизованное управление ими с единого диспетчерского пульта. Широ­кое применение найдут автоматизированные системы управления комплексами технологических процессов (АСУТП).