Несмотря на значительное количество критики в адрес ГОСТ 2789-73, он достаточно четко регламентирует параметры шероховатости поверхности, позволяя количественно описать эту группу характеристик. При этом отсутствие стандартов, характеризующих волнистость поверхности обработанной детали, оказывает непосредственное влияние на эксплуатационные свойства деталей, что находит подтверждение в различных научных работах и исследованиях.
Использование макрогеометрического анализа для оценки качества обработанной детали необходимо для установления объективного критерия проявления отклонений формы реальной поверхности детали от номинальной, изображенной на чертеже. Макрогеометрическую оценку проводят на всей длине или ширине детали. Как уже указывалось, в действующих стандартах машиностроительной отрасли отсутствуют четкие указания и требования по определению параметров отклонений формы детали, однако закрепленные положения в ГОСТ 24643-81 предусматривают пять видов отклонений формы: от прямолинейности, от плоскостности для плоских поверхностей; от цилиндричности; от круглости; от профиля продольного сечения для цилиндрических поверхностей. На рисунке 3 приведена структурная схема отклонений формы, характеризующих поверхность обработанной детали на всей ее длине или ширине.
Рисунок 3 – Виды отклонений формы
Проявление отклонений формы обработанной детали прежде всего связывают с геометрической неточностью станка, разностью упругих деформаций технологической системы при обработке поверхностей, объясняют температурными деформациями технологической системы в процессе обработки поверхности или износом режущего инструмента [79].
Среди погрешностей обработки волнистость занимает промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности. Волнистость представляет собой совокупность периодически повторяющихся возвышений и впадин с взаимным расстоянием, значительно большим, чем у неровностей, образующих шероховатость (рисунок 4). Формирование понятия волнистости, отделяющее ее от других геометрических характеристик, является следствием процесса изучения неровностей под влиянием развития технических возможностей и методов измерений и носит весьма условный характер.
Рисунок 4 – Поверхность обработанной детали при наличии волнистости [48]:
а – волнограмма (1 – волнистость; 2 – шероховатость); б – схема поверхности
Физически обоснованной, а тем более естественной физической границы между шероховатостью и волнистостью поверхности как совокупностью неровностей с шагами, превышающими базовую длину, не существует [47, 92]. Отсутствие четкой грани различий между волнистостью и другими геометрическими характеристиками сказалось и на стандартизации геометрических параметров. Как уже отмечалось ранее, имеется ГОСТ 2789-73, регламентирующий определение только параметров шероховатости, однако в положениях ГОСТ 24643-81 также закреплены и понятия об основных отклонениях формы, при этом стандартов, полностью или частично характеризующих волнистость, на сегодняшний день нет.
Несмотря на отсутствие стандартов, характеризующих волнистость поверхности, для ее параметрической оценки разработаны рекомендации РС 3951-73. В качестве параметров, характеризующих волнистость, используют максимальную высоту волнистости Wmax, среднюю высоту волнистости по десяти точкам Wz, вычисляемые аналогично параметрам Rmax и Rz шероховатости поверхности, и средний шаг волнистости Sw, определяемый как среднее арифметическое расстояние из пяти значений между волнами на пяти идентичных отдельных участках измерений волнистости (аналогично шагу Sm для шероховатости) (рисунок 5).
Рисунок 5 – Волнограмма поверхности [99]
Однако оценка волнистости только по указанным параметрам в ряде случаев недостаточна. Более полно параметрическую оценку волнистости выполняют по тем же параметрам, что и шероховатость: высотным Wmax, Wa, Wz, Wp, шаговым Sw, форме неровностей волн rw, их направлению, опорной длине профиля tw, при этом различают на поверхности детали продольную и поперечную волнистость [48, 75, 80, 97, 99]. Применение столь тщательных методов оценки обусловлено возможным влиянием волнистости не только на качество обработанной поверхности, но также на ее чистоту, в большей степени характеризующуюся наличием шероховатости различного уровня.
Образование волнистости поверхности зависит от многих причин и далеко не так изучено, как образование микронеровностей. Этим параметром геометрии поверхности не всегда удается управлять на практике. Несомненно, роль волнистости как геометрического параметра, характеризующего качество поверхности, имеет большое значение, а недостаточная изученность данной области определяет приоритеты исследований. Необходимость дальнейших исследований в данной области подкрепляется и тенденциями современной машиностроительной отрасли, направленными на повышение качества выпускаемой продукции путем улучшения эксплуатационных свойств деталей машин.
1.2 Влияние волнистости обработанной поверхности
на эксплуатационные свойства деталей машин
Эксплуатация деталей в механизмах машин непосредственно связана с их взаимным механическим контактом. При рассмотрении вопросов контактирования принято исследовать процессы, протекающие при взаимодействии поверхностей двух сопряженных деталей. Как уже отмечалось в параграфе 1.1, поверхность детали характеризуется ее геометрией, а также физико-химическими и механическими свойствами ее поверхностных слоев. По мнению и , именно эти параметры в наибольшей степени определяют эксплуатационные свойства деталей машин и влияют на весь жизненный цикл изделия.
Одним из основных параметров, характеризующих контактное взаимодействие двух сопряженных деталей, является фактическая (истинная) площадь контакта, представляющая собой сумму малых площадок физического контакта тел [48]. На формирование фактической площади контакта значительное влияние оказывает дискретность самого контакта. Учитывая тот факт, что любая реальная поверхность имеет макроотклонения, волнистость, шероховатость и субмикрошероховатость, взаимодействие сопряженных деталей осуществляется не по всей номинальной площади соприкосновения, а в ряде изолированных друг от друга площадок контурного контакта, сумма точек фактического контакта внутри которых и составляет площадь фактического (истинного) контакта.
Непосредственный фактический контакт поверхностей определяет силовые явления при внешнем трении. При этом сила внешнего трения в значительной мере характеризуется фактической площадью контакта, с которой связаны истинные напряжения локальных объемов поверхностных слоев, а также деформация и величина износа. Значение степени дискретности контакта определяется из отношения фактической площади контакта (Sф) к номинальной (кажущейся) площади контакта (Sн) и зависит в большей мере от геометрических параметров сопрягаемых деталей [48, 99].
Большинство исследователей рассматривают вопросы контактирования поверхностей сопрягаемых деталей [11, 28, 29, 48, 49, 51, 78], моделируя их стержнями, пирамидами, конусами, сферами, эллипсоидами. Наиболее подробно данный подход отражен в работах [50]. Автор отмечает, что профилограмма в сущности не отражает истинного рельефа всей поверхности. Это связано в первую очередь с тем, что анализируется только сечение поверхности, а для решения задач, например трения и износа, необходимо иметь более полную информацию о площади контакта. Но для описания контактирующих поверхностей также используются идеализированные элементы.
Более подробно влияние параметров поверхностного слоя детали на ее эксплуатационные свойства описано в исследованиях [97,99], -Барковского [31] и [17]. На рисунке 6 приведена классификация влияния групп геометрических характеристик на основные эксплуатационные свойства деталей машин.
Рисунок 6 – Влияние геометрических параметров поверхностного слоя детали
на ее эксплуатационные свойства
Как известно, все группы геометрических характеристик поверхности детали имеют ряд параметров, определяющих их основные критерии и классификационную принадлежность (см. параграф 1.1). Несомненно, каждый параметр, характеризующий геометрическую характеристику, может оказывать или не оказывать влияние на те или иные эксплуатационные свойства. Например, значение параметра Wmax – наибольшая высота волн (волнистость) – однозначно влияет на износостойкость, контактную жесткость, плотность (герметичность) соединений и не оказывает влияния на виброустойчивость и прочность соединения с натягом, зависящих от других параметров (таблица 1).
Таблица 1 – Взаимосвязь эксплуатационных свойств деталей машин
с геометрическими характеристиками качества поверхностей [99]
Эксплуатационные свойства | Геометрические характеристики поверхности | ||||||||||||
Макроотклонение | Волнистость | Шероховатость | |||||||||||
Hmax | Hp | Wa | Wmax | SW | Ra | Rz | Rmax | Sm | S | tp | r | r’ | |
Контактная | + | +* | + | + | + | + | + | + | + | 0 | +* | +* | 0 |
Износостойкость | + | +* | + | + | + | + | + | + | + | 0 | +* | +* | 0 |
Трение | + | +* | +* | + | +* | +* | + | + | +* | + | +* | +* | + |
Усталостная | 0 | 0 | 0 | +* | + | + | + | +* | + | 0 | 0 | 0 | +* |
Виброустойчивость | + | 0 | + | + | + | + | +* | 0 | +* | +* | 0 | ||
Коррозионная | 0 | 0 | +* | + | + | + | + | + | +* | + | + | 0 | + |
Плотность (герметичность) соединений | + | +* | +* | + | + | +* | + | + | + | + | +* | 0 | 0 |
Прочность соединения с натягом | + | +* | + | 0 | + | + | + | 0 | + | 0 | +* | +* | 0 |
Прочность сцеплений покрытий | + | + | + | + | + | + | +* | + | +* | 0 | + | + | + |
Обтекаемость газами и жидкостями | + | + | + | + | + | + | + | + | + | +* | +* | + | +* |
* – основное влияние; + – оказывает влияние; 0 – не оказывает влияние;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
