3.2. Шероховатость и её влияние на эксплуатационные характеристики деталей машин

Идеально правильная поверхность не может быть получена никакими методами обработки. Любая поверхность физического тела несовершенна. Степень несовершенства зависит от масштаба рассмотрения.

Различают следующие отклонения от геометричной правильной поверхности:

1. Макрогеометрические отклонения

а) конусность, овальность, выгнутость (L:Н1000, гдеL– шаг неровностей, Н – высота неровностей);

б) волнистость (L:Н50……1000).

2. Микрогеометрические отклонения (1<L:Н<50). Рассматриваются на малых участках с длиной квадрата до 1 мм. Микрогеометрию поверхности называют шероховатостью.

3. Субмикрогеометрические отклонения (L:Н1). Рассматриваются на участках поверхности, размеры которых соизмеримы с межатомными расстояниями.

Шероховатость – совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности.

Влияние на прочность ДМ оказывает в основном поперечная шероховатость (относительно прикладываемой нагрузки). Шероховатость представляет собой след режущего инструмента, искажённый вследствие пластической и упругой деформации и вибрации технологической системы.

Основнысм параметрами шероховатости являются:

1.Rа – среднее арифметическое отклонение профиля;

2. Rz- высота неровностей профиля по 10-ти точкам ;

3. Rmax- максимальная высота профиля;

4. SmСредний шаг неровностей .

5. t_p– относительная опорная длина профиля на уровне р;

6. ρ - радиус вершин;

7. ρ’- радиус впадин.

На формирование шероховатости при механической обработке оказывают влияние все режимы обработки, материал заготовки и инструмента, геометрия инструмента, жёсткость технологической системы.

Влияние шероховатости на усталостную прочность впервые предложил учитывать Нейбер с помощью коэффициента концентрации напряжений. При кручении и сдвиге .

При растяжении и изгибе

,

где - коэффициент, зависящий от методов обработки.

Для механической обработки , при шлифовании 1,2…1,5. На практике применяют эффективный коэффициент концентрации направлений

,

где к - коэффициент чувствительности материала к концентраторам направлений (для углеродистых сталей (к = 0,1…0,2).

Влияние шероховатости на усталостную прочность графически выглядит так:

Рис.1

1. Продольное направление шероховатости

2. Поперечное направление шероховатости относительно прикладываемой нагрузки.

При продольном направлении шероховатости усталостная прочность деталей возрастает до 1,5 раз при больших значениях шероховатости. Чем меньше шероховатость, тем разница в усталостной прочности меньше.

Влияние на износостойкость шероховатость оказывает только в момент приработки. Чем ближе технологическая шероховатость к равновесной при трении, тем меньше интенсивность износа и меньше период приработки.

Для снижения износа на поверхность наносят регулярный микрорельеф, представляющий собой пересечение траектории движения инструмента. В местах пересечения образуются канавки, которые служат для хранения смазки и сбора продуктов износа.

На коррозионную стойкость шероховатость оказывает незначительное влияние. Но увеличение параметров Ra, Rz, Rmaxнесколько уменьшает коррозионную стойкость, а увеличение параметров S_m,ρ,ρ' несколько увеличивает коррозионную стойкость.