Реферат: Шероховатость поверхности

Комсомольск-на-Амуре

KOST

AKRED

COST@AMURNET.RU

Оглавление:

1.Шероховатость поверхности

2. Шероховатость,как геометрическое состояние поверхности

3. Параметрыдля нормирования шероховатости поверхности

Литература

1. Шероховатость поверхностей.

Шероховатость поверхностиявляется одной из основных геометрических характеристик качества поверхностидеталей и оказывает влияние на эксплуатационные показатели. В условияхэксплуатации машины или прибора, внешним воздействиям, в первую очередь,подвергаются поверхности их деталей. Износ трущихся поверхностей, зарождениетрещин усталости, смятие, коррозионное и эрозионное разрушения, разрушение врезультате кавитации и др. — это процессы, протекающие на поверхности деталейи в некотором прилегающем к поверхности слое. Естественно, что приданиеповерхностям деталей специальных свойств, способствует существенному повышениюпоказателей качества машин в целом и в первую очередь показателей надежности.

Качество поверхности является одним из важнейшихфакторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей машин иприборов и обусловливается свойствами металла и методами обработки:механической, электрофизической, электрохимической, термической и т. д. Впроцессе механической обработки (резание лезвийным инструментом, шлифование,полирование и др.) поверхностный слой деформируется под действием нагрузок итемпературы, а также загрязняется примесями (частицы абразива, кислород) идругими инородными включениями.

Геометрическиехарактеристики качества поверхности показаны на рис.1 в порядкеуменьшения их абсолютных величин: отклонения формы (макрогеометрия); волнистость;шероховатость (микрогеометрия); субмикрошероховатость. В отдельных случаяхволнистость может быть больше погрешности формы, а шероховатость больше волнистости.Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью ипогрешностями формы поверхности. Критерием дляих разграничения служитотношение шага S к высоте неровностей R.

Рис. 1

Классификациягеометрических характеристик качества поверхности

Взаимосвязь параметров качества поверхностидеталей и их эксплуатационных свойств является одним из основных направленийисследований в области машино- и приборостроения.

В настоящее времядостаточно изучены вопросы связей качества обработанной поверхности с эксплуатационнымипоказателями деталей и узлов машин и приборов (трение и износ при скольжении икачении, жидкостное трение контактная жесткость, прочность прессовых соединений,отражательная способность, износостойкость при переменных нагрузках,коррозионная стойкость и качество лакокрасочных покрытий, точность измерений,соотношение между допусками размера и шероховатостью поверхности и т. д. )

Трение и износ деталей взначительной степени связаны с макронеровностями, волнистостью, микронеровностями,а также с направлением штрихов (следов) обработки. На рис.2 показановлияние шероховатости поверхности на износостойкость деталей машин. Привзаимном перемещении контактирующих плоских (рис.2 а) или цилиндрических(рис.2 б) поверхностей, имеющих микронеровности (шероховатость), в первоначальныймомент происходит срез, отламывание и пластический сдвиг вершин неровностей,так как их контакт происходит по вершинам неровностей. Зависимость износа<sup/> от времени работы трущихся поверхностей видна из графика (рис.2г, д). Сначала сравнительно быстро (участок I) за период времени T1происходит начальное изнашивание<sup/> (приработка). При правильномрежиме смазывания (рис.2 в) изнашивание протекает медленно(участок II), что обусловлено образованием равновесной шероховатости. Этотпериод времени определяет срок службы детали. Катастрофическое изнашивание парыхарактеризуется участком III.

На рис.2 д кривая 2 характеризует износ поверхностей сменьшими начальными шероховатостями, чем кривая l. В этом случаевеличина и время приработочного изнашивания уменьшаются, а интенсивностьэксплуатационного изнашивания остается той же. При меньшей шероховатостисопряженных поверхностей время работы деталей будет большим (Т2>T1 )

Рис 2.

Шероховатость поверхности и её влияние на износостойкость.

а, б — схемы контакта сопряженных деталей по образующей (вдольоси) и по окружности; в — идеализированный и фактический контакт поверхностей;г, д — типовые графики износа во времени.

Шероховатость иволнистость поверхности взаимосвязаны между собой.

Волнистость являетсяэлементарным отклонением поверхности любой формы. Высота неровностейволнистости и высота шероховатости примерно одинаковы, отношение же шагов квысоте различны.

Волнистость —совокупность периодически повторяющихся неровностей на поверхности, которые образуютсяпрежде всего в связи с колебаниями или относительными колебательными движениямив системе станок—инструмент—изделие.

Волнистостьопределяется на нормальном сечении поверхности, причем шероховатость и другиеотклонения формы исключаются. К волнистости, как правило. относятсяпериодические неровности, у которых отношение шага к высоте больше 40. Уизделий с круглым сечением к волнистости относятся отклонения в радиальном сечении,у которых шаг меньше 1/15 окружности.

2.Шероховатость, как геометрическое состояние поверхности.

Прочность деталей также зависит от шероховатости поверхности. Разрушение детали,особенно при переменных нагрузках, в большей степени объясняется концентрациейнапряжений, вследствие наличия неровностей. Чем меньше шероховатость, темменьше возможность возникновения поверхностных трещин от усталости металла. Отделочнаяобработка деталей (доводка, полирование и т. п.) обеспечивает значительноеповышение предела их усталостной прочности.

Уменьшение шероховатости поверхности значительно улучшаетантикоррозионную стойкость деталей. Это имеет особенно важное значение в томслучае, когда для поверхностей не могут быть использованы защитные покрытия(поверхности цилиндров двигателей и др.).

Надлежащее качество поверхностииграет немаловажную роль и всопряжениях, отвечающих условиям плотности, герметичности, теплопроводности. Спонижением шероховатости поверхностей улучшайся их способность к отражениюэлектромагнитных, ультразвуковых и световых волн; уменьшаются потери электромагнитнойэнергии в волноводных трактах, резонирующих системах, уменьшается емкостьэлектродов; в электровакуумных приборах уменьшается газопоглощеиие игазовыделение, облегчается очистка деталей от адсорбированных газов, паров ипыли.

Важнойгеометрической характеристикой качества поверхности является направленностьштрихов — следов механической и других видов обработки (Рис.3). Она влияетна износостойкость поверхности, определенность посадок, прочность прессовыхсоединений. В ответственных случаях конструктор должен оговаривать направленностьследов обработки на поверхности детали. Это может оказаться необходимым, например,в связи с направлением относительного скольжения сопряженных деталей или снаправлением движения по детали струи жидкости или газа. Изнашивание уменьшаетсяи достигает минимума при совпадении направления скольжения с направлениемнеровностей обеих деталей.

Высокойточности всегда отвечают малые шероховатости и волнистость поверхности. Этоопределяется не только условиями работы сопряженных деталей, но и необходимостьюполучения надежных результатов измерения в производстве. Уменьшениешероховатости поверхности вносит большую определенность в характер сопряжения,так как размер зазора (или натяга), полученный в результате контроля деталей,отличается от размера эффективного зазора или натяга, имеющего место вэксплуатации или при сборке. Эффективный натяг при сборке уменьшается, а зазорв процессе работы механизма увеличивается, причем тем больше и быстрее, чемболее грубо обработаны сопрягаемые поверхности.

Малую шероховатость поверхности бывает необходимо использовать и для приданиякрасивого внешнего вида детали или удобства содержания поверхностей в чистотеи т. п.

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться исходя изфункционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий.Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости поверхности неустанавливаются и шероховатость этой поверхности контролироваться не должна .Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности(раковины и пр.), поэтому при контроле шероховатости поверхности влияниедефектов поверхности должно быть исключено. В некоторых случаях допускаетсяустанавливать требования к шероховатости отдельных участков одной поверхности,которые могут быть различными.

ГОСТ2789—73* устанавливает требования к шероховатости поверхности независимо отспособа ее получения или обработки. Это дает возможность применять требованиястандарта к поверхностям, обработанным резанием и другими методами, напримерлитьем, прессованием, электрофизическими и электрохимическими методами и т. д.

3. Параметры для нормирования шероховатости поверхности.

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (чаще поперечного), получаемого путемсечения реальной поверхности плоскостью (чаще всего в нормальном сечении).Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительнобольшими шагами (отклонения формы и волнистости) ее рассматривают в пределахограниченного участка, длина которого называется базовой длиной l. Базойдля отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля т .

Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхностей ГОСТ2789—73* (Рис. 5) устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra, Rz, Rmах), два шаговых (Sm , S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp).

Параметры Ra, Rz представляют собой среднюю высоту неровностейпрофиля (Ra — всех неровностей; Rz — наибольших неровностей),параметр Rmax — полную высоту профиля

Параметры S и Sm характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей (максимумов) профиля и точекпересечения профиля со средней линией (нулей профиля).

Параметрtр содержит наибольшую информацию о высотных свойствах профиля (онкомплексно характеризует высоту и форму неровностей профиля), так как она аналогичнафункции распределения. В продольном направлении tp позволяет судить о фактической площади контакта приконтактировании шероховатых поверхностей на заданном уровне сечения р.

Рис. 3 Профиль шероховатости, егохарактеристики и параметры

В дополнение к количественным параметрам в некоторыхслучаях целесообразно нормировать направление неровностей, например в связи снаправлением относительного перемещения трущихся сопряженных поверхностей илиструи жидкости, или газа относительно поверхности, а также для обеспечения необходимойвиброустойчивости и прочности при циклических нагрузках.

При необходимости конструктором устанавливается такжеспособ или последовательность способов получения (обработки) поверхности, еслиони являются единственными для обеспечения ее заданного качества.

При назначении параметров шероховатости поверхностейследует проверить возможность их достижения в связи с рациональными методамиобработки детали. Как правило, следует применять наибольшую шероховатость,допускаемую конструктивными требованиями. В противном случае может значительноувеличиться стоимость обработки, что может быть компенсировано лишь повышениемкачества изделия. В некоторых же случаях повышение требований к шероховатостиможет оказаться не только не рентабельным, но и недопустимым. Например, прислишком гладких сопрягаемых поверхностях может возникнуть явление «схватывания»,При котором частицы металла отрываются от поверхностного слоя трущихся поверхностей.Для таких поверхностей следует нормировать оптимальную исходную шероховатость,которая должна быть близкой к получающейся в процессе приработки

Обычно отделать отверстие труднее, чем вал. Это частоучитывается назначением различной шероховатости поверхностей сопрягаемыхдеталей: у отверстия шероховатость нескольковыше.

Правильное решение, принятое при выборе параметров шероховатости поверхностейдеталей, а также при выборе методов обработки, обеспечивающих получение; поверхностейс заданной шероховатостью, оказывает серьезное влияние на качество:конструкции, ее технологичность и позволяет установить наиболее экономичные методыизготовления деталей .

Для обеспечения условий взаимозаменяемости назначениешероховатости сопряженных поверхностей может производиться в зависимости отточности сопряжения (выбранной посадки) и точности обработки (выбранного квалитета).Прямой связи между точностью и шероховатостью поверхности нет, так как к самымнеточным поверхностям по допуску размера можно предъявить весьма высокиетребования шероховатости (например, поверхности ручек хирургическогоинструмента в т. п.). Вместе с тем при выборе шероховатости поверхности следуетучитывать что

значениеRz должнo составлятьлишь некоторую часть допуска (δp) соответствующегоразмера.

Если в конструкциях сопряжении, согласно требованиям кэксплуатационным качествам деталей, необходимо ограничить отклонение формы(Δф) или отклонение расположения (Δп) по сравнению с допуском наразмер (δр), то соответственно должна быть ограничена ишероховатость поверхности. При этом следует ориентироваться ва возможные(рекомендуемые) методы обработки, обеспечивающие получение значений Rz=(0,2-0,5) Δф или Rz =(0,24-0,5) Δц .

Если, точностьсопряжения и метод обработки не позволяют определить требования кшероховатости поверхностей, назначение шероховатости поверхности следуетпроизводить по другим главным для данного случая признакам, ориентируясь на данныепрактики передовых отраслей промышленности, отраженные во многих трудах.

Нормирование шероховатости поверхности: применяетсятри основных способа регламентации конструктором качества поверхности, в томчисле шероховатости: 1) по прототипу (метод прецедентов); 2) расчетный; 3)экспериментальный .

Выборпараметров и их значений для нормирования шероховатости должен Производиться сучетом назначения поверхности и установления их связи с эксплуатационнымисвойствами поверхности .

В таблице1приведены некоторые важнейшиеэксплуатационные свойства поверхности, зависящие от ее шероховатости, иноменклатура параметров, при помощи которых обеспечиваются показатели этихсвойств. Основным во всех случаях является нормирование высотных параметров.Предпочтительно, в том числе и для самых грубых поверхностей, нормироватьпараметр Ra, который болееинформативно, чем Ra и Rmax характеризует неровности профиля, поскольку определяетсяпо всем точкам (или достаточно большому числу точек) профиля.

Таблица 1

Эксплуатационное свойство поверхности

Параметры шероховатости поверхности и характеристики, определяющие эксплуатационное свойство

Износоустойчивость при всех видах трения

Виброустойчивость

Контактная жесткость Прочность соединения Прочность конструкций при циклических нагрузках Герметичность соединений Сопротивление в волноводах

Ra (Rz), tp направление неровностей

Ra (Rz), Sm, S, направление неровностей

Ra (Rz), tp

Ra (Rz)

Rmax, Sm, S, направление неровностей

Ra (Rz), Smax, S, tp

Ra, Sm, S

Параметры Rz и Rmaxнормируют в тех случаях, когда пофункциональным требованиям необходимо ограничить полную высоту неровностейпрофиля, а также когда прямой контроль параметра Ra с помощьюпрофилометров или образцов сравнения не представляется возможным, например дляповерхностей, имеющих малые размеры или сложную конфигурацию (режущие кромкиинструментов, детали часовых механизмов и пр.).

Для ответственных поверхностей производится нормирование нетолько высотных параметров, но и шаговых и параметра tp, так как они обеспечивают некоторые их функциональныесвойства.

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться путем указания: 1) параметра шероховатости(одного или нескольких) ; 2) числовых значений выбранных параметров; 3)базовых длин, на которых происходит определение указанных параметров.

На практикеприменяются три варианта указания числовых значений параметра (параметров)шероховатости: 1) наибольшим значением; 2) диапазоном значений; 3) номинальнымзначением.

Наиболее распространенным применительно к деталям машинявляется вариант, когда указано числовое значение параметра, соответствующеенаиболее грубой допускаемой шероховатости, т. е. наибольшему предельномузначению для параметров Ra,Rz,Rmax ,Sm, S и наименьшему предельному значению параметра tp.

Вотдельных случаях, когда для правильного функционирования недопустима и слишкомгладкая поверхность, применяется второй вариант, при котором указан Диапазонзначений параметра; наибольший и наименьший предельные значения.

Третий вариант применяется реже, в основном для образцовсравнения шероховатости поверхности или для образцовых деталей, служащих дляэтих же целей… При этом варианте указывается номинальное значение параметра сдопустимыми предельными отклонениями от него (%). Установление требований к шероховатостиповерхности указанием номинальных значений параметра обеспечивает наиболеестрогий метрологический контроль.

Таблица 2

Шероховатость поверхности Ra (мкм) элементов деталей

Элемент детали

Шероховатость

Нерабочие контуры деталей. Поверхности деталей, устанавливаемых на бетонных, кирпичных и деревянных основаниях Rz= 320÷160

Отверстия на проход крепежных деталей. Выточки, проточки. Отверстия масляных каналов на силовых валах. Кромки детали под сварные швы. Опорные поверхности пружин сжатия. Подошвы станин, корпусов, лап

Rz= 80

Внутренний диаметр шлицевых соединений (не шлифованных). Свободные несопрягаемые торцовые поверхности валов, муфт, втулок. Поверхности головок винтов Rz=40

Торцовые поверхности под подшипники качения. Поверхности втулок, колец, ступиц, прилегающие к другим поверхностям, но не являющиеся посадочными. Нерабочие торцы валов, втулок, планок. Шейки валов 12-го квалитета диаметром 80—500 мм. Поверхности отверстий 12-го квалитета диаметром 18—500 мм и 11-го квалитета Rz=.20

Нерабочие торцовые поверхности зубчатых и червячных колес и звездочек. Канавки, фаски, выточки, зенковки, закругления и т, п. Болты и гайки нормальной и повышенной точности (кроме резьбы) Rz = 40÷10

Шаровые поверхности ниппельных соединений. Канавки под уплотнительные резиновые кольца для подвижных и неподвижных торцовых соединений. Радиусы скруглений на силовых валах. Поверхности осей для эксцентриков. Опорные плоскости реек. Поверхности выступающих частей быстровращающихся деталей. Поверхности направляющих типа «ласточкин хвост». Опорные плоскости реек. Шейки валов 9-го квалитета диаметром 80—500 мм,1 1-го квалитета диаметром 3—30 мм. Поверхности отверстий 7-го квалитета диаметром 180—500 мм, 9-го квалитета диаметром 18—360 мм, 11-го квалитета диаметром 1—10 мм

2.5

Наружные диаметры шлицевого соединения. Отверстия пригоняемых и регулируемых соединений (вкладыши подшипников и др.) с допуском зазора — натяга 25—40 мкм. Цилиндры, работающие с резиновыми манжетами. Отверстия подшипников скольжения. Трущиеся поверхности малонагруженных деталей. Посадочные поверхности отверстий и валов под неподвижные посадки. Трущиеся поверхности малонагруженных деталей. Рабочие поверхности дисков трения. Шейки валов 6-го квалитета диаметром 120—500 мм, 8-го квалитета диаметром 6—80 мм. Поверхности отверстий 6-го квалитета диаметром 50—500 мм, 7-го квалитета диаметром 10—180 мм, 9-го квалитета — 1—18 мм

1,25

Поверхности зеркала цилиндров, работающих с резиновыми манжетами. Торцовые поверхности поршневых колес при диаметре не менее 240 мм. Валы в пригоняемых и регулируемых соединениях с допуском зазора — натяга 7—25 мкм. Трущиеся поверхности нагруженных деталей. Посадочные поверхности 7-го квалитета с длительным сохранением заданной посадки: оси эксцентриков, точные червяки, зубчатые колеса. Сопряженные поверхности бронзовых зубчатых колес. Рабочие шейки распределительных валов. Штоки и шейки валов в уплотнениях. Шейки валов 5-го квалитета диаметром 30—500 мм, 6-го квалитета диаметром 10—120 мм. Поверхности отверстий 6-го квалитета диаметром 3—50 мм, 6-го квалитета диаметром 1—10 мм

0,63

Шейки валов 5-го квалитета диаметром свыше 1 до 30 мм, 6-го квалитета диаметром свыше 1 до 10 мм. Валы в пригоняемых и' регулируемых соединениях (шейки шпинделей, золотники) с допусками зазора — натяга 16—25 мкм. Отверстия пригоняемых и регулируемых соединений (вкладыши подшипников) с допуском зазора — натяга 4—7 мкм. Трущиеся элементы сильнонагруженных деталей. Цилиндры, работающие с поршневыми кольцами

0,32

Поверхности деталей, работающих на трение, от износа которых зависит точность работы механизма

0,16

Рабочие шейки валов прецизионных быстроходных станков и механизмов. Шейки валов в пригоняемых и регулируемых соединениях с допуском зазора — натяга 2,5—6,5 мкм. Поверхности отверстий пригоняемых и регулируемых соединений с допуском зазора — натяга до 2,5 мкм

0,08

Зеркальные валики координатно-расточных станков и др.

0,04

Литература:

1. Попова Г.Н. Иванов Б.А.

Условное обозначение в чертежахи схемах по ЕСКД. Справочное пособие. Под ред.

канд. тех. наук Б. Я.Мирошниченко. Л., «Машиностроение», 1976.

2. Федоренко В. А., Шошин А. И.

Справочник помашиностроительному черчению. – 14-е изд., перераб. и доп. /Под ред.

Г.Н. Поповой. – Л:Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1981.-416с.

3.Бабулин Н.А.

Построение и чтениемашиностроительных чертежей: учебник для профессиональных