Контактирование рабочих поверхностей

В технике под поверхностью детали понимают наружный слой, который по строению и другим физическим свойствам отличается от внутренних слоев. Комплекс свойств, приобретаемых поверхностью детали в результате ее обработки, характеризуется обобщенным понятием «качество поверхности».

Качество поверхности определяется геометрией поверхности как границей тела и физико-химическими свойствами, обусловленными процессом ее образования при обработке детали. Качество поверхности деталей машин влияет на сопротивление усталости, износостойкость, коррозионную и эрозионную стойкость и связано с такими свойствами сопряжений, как прочность, посадок с натягом и плотность подвижных и неподвижных соединений.

Всякое реальное тело имеет отклонения от идеальной геометрической формы, именуемые погрешностями. Погрешности обработанной поверхности с точки зрения причин их образования и методов измерения, применяемых для их оценки, можно подразделить на три категории: макрогеометрические отклонения, волнистость поверхности, шероховатость поверхности.

Макрогеометрическими называют отклонения формы поверхности от заданной. Так, детали с боковой поверхностью кругового цилиндра могут иметь следующие погрешности: отклонения контура от окружности (овальность, огранка); отклонения от прямолинейности образующих при прямолинейности оси цилиндра (бочкообразность); отклонения от прямолинейности образующих (конусность); криволинейности оси. Величина и характер этих отклонений могут быть определены путем измерения диаметра детали в различных поперечных сечениях по длине, а в данном поперечном сечении – в различных направлениях.

Возникновение макрогеометрических погрешностей поверхности происходит в основном из-за низкой точности станка, на котором происходит обработка, погрешностей установки заготовок, силовых и температурных деформаций системы «станок – заготовка – инструмент» и износа инструмента, в процессе обработки детали.

Под волнистостью поверхности понимают совокупность более или менее регулярно чередующихся возвышений и впадин с шагом волны, значительно превышающим ее высоту (рис. 2.1). Волнистость в направлении главного движения при резании называют продольной, а в перпендикулярном направлении – поперечной.

Рис. 2.1. Схема волнистости поверхности:

λ – шаг волны в продольном направлении; λ_о – длина волны в поперечном направлении; H_в, H_о – высота волны соответственно в продольном и в поперечном направлениях

Волнистость поверхности образуется в результате неравномерности подачи при точении и шлифовании, неплоскостности направляющих и вынужденных колебаний системы «станок – изделие – инструмент», возникающих из-за неравномерности силы резания, наличия неуравновешенных масс и т. д.

Реальная поверхность не является гладкой, она имеет неровности: выступы и впадины с относительно малым расстоянием между ними. Эти неровности, образующие в совокупности рельеф поверхности, называют шероховатостью поверхности. Иногда их именуют микронеровностями. Контур сечения реальной поверхности плоскостью, перпендикулярной соответствующей идеальной геометрической поверхности, образует профиль, характеризующий микрогеометрию поверхности изделия. Графическое изображение реального профиля по данным измерений шероховатости называют профилограммой шероховатости. Так как через данную точку геометрической поверхности можно провести бесчисленное множество нормальных сечений, то шероховатость поверхности следует связывать с тем или иным направлением.

Шероховатость обработанной поверхности в направлении главного движения при резании называют продольной, а в направлении подачи –поперечной шероховатостью. Преобладающее направление следов механической обработки поверхности или следов трения называют направлением неровностей.

Шероховатость поверхности – совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине.

Количественно шероховатость можно оценить по тем или иным показателям. ГОСТ 2789–73 предусматривает шесть параметров, характеризующих шероховатость поверхности: три высотных – R_a, R_z и R_max, два шаговых – S и S_m и относительная опорная длина профиля t_p.

Рис. 2.2. Схема к определению параметров шероховатости поверхности

Средним арифметическим отклонением профиля R_a называют среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины (рис. 2.2). На профилограмме положение средней линии профиля определяют так, чтобы площади по обе стороны от нее до контура профиля были равны.

Относительная однородность микронеровностей поверхности детали позволяет судить о шероховатости в данном направлении по результатам обследования участка сравнительно небольших размеров от 1,5 до 5 мм.