Качество поверхности и свойства деталей машин Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

Научная статья на тему 'Качество поверхности и свойства деталей машин' по специальности 'Машиностроение' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 55.20 — Электрофизикохимическая обработка
  • ВАК РФ: 05.03.01
  • УДK: 621.9.047/.048
  • Указанные автором: УДК: 621.9.047

Статистика по статье
  • 2727
    читатели
  • 312
    скачивания
  • 4
    в избранном
  • 2
    соц.сети

Аннотация
научной статьи
по машиностроению, автор научной работы — Алиев Альберт Азадович, Булгаков Владимир Павлович, Приходько Борис Семенович

Показано влияние одной из основных геометрических характеристик качества поверхности шероховатости на износостойкость деталей машин. Отмечается, что шероховатость оказывает существенное влияние и на коррозию металлов, коррозионное растрескивание, усталостное разрушение и на герметичность соединений. Приводятся данные о влиянии вида обработки на качество поверхностного слоя и результаты исследований его влияния на эксплуатационные свойства деталей машин.

Научная статья по специальности "Электрофизикохимическая обработка" из научного журнала "Вестник Астраханского государственного технического университета", Алиев Альберт Азадович, Булгаков Владимир Павлович, Приходько Борис Семенович

 
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по машиностроению , автор научной работы — Алиев Альберт Азадович, Булгаков Владимир Павлович, Приходько Борис Семенович

Текст
научной работы
на тему "Качество поверхности и свойства деталей машин". Научная статья по специальности "Электрофизикохимическая обработка"

А. А. Алиев, В. П. Булгаков, Б. С. Приходько
КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ И СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Известно, что проблема работоспособности машин и механизмов может быть решена технологическим обеспечением качества поверхностного слоя. Это обусловлено тем, что сопряжение деталей машин происходит по рабочим поверхностям. По этой причине и их разрушение, как правило, начинается с поверхности.
Качество поверхностного слоя деталей машин включает в себя как геометрические характеристики, так и физико-механические свойства.
Вопросы обеспечения качества поверхностного слоя деталей машин на стадиях проектирования, изготовления, эксплуатации, ремонта и восстановления формируют учение об инженерии поверхности. Его сущность заключается в разработке теории научно обоснованного определения формы рабочих поверхностей, их геометрических параметров и физикомеханических свойств, обеспечивающих экономически целесообразную долговечность и безопасность деталей машин и их соединений, а также технологического создания таких поверхностей, их контроля, наследования и изменения в процессе эксплуатации [1].
Эксплуатационные свойства деталей машин и их соединений зависят от системы параметров качества рабочих поверхностей: геометрических параметров (отклонения формы, волнистость и шероховатость поверхности); физико-механических свойств (поверхностные остаточные напряжения, эпюра их распределения, толщина упрочненного поверхностного слоя, его строение и фазовый состав, размер зерен, плотность дефектов кристаллического строения).
Из трех указанных выше геометрических параметров поверхности наиболее полно изучена шероховатость. Это объясняется тем, что параметры шероховатости рассматривают на небольшом участке поверхности - базовой длине, на котором проявления отклонения формы и волнистости практически исключаются.
К настоящему времени накоплен достаточно большой объем экспериментальных данных по функциональным связям шероховатости с важнейшими эксплуатационными свойствами деталей и узлов машин, такими как контактная жесткость, коэффициент трения, износостойкость соединений, прочность посадок и др.
Исследования влияния шероховатости рабочих поверхностей на их износостойкость позволили установить, что минимальная шероховатость поверхности не всегда обеспечивает ее высокую износостойкость [2]. Это объясняется очень тесным сближением твердых тел, которое приводит к молекулярному взаимодействию их поверхностей, к увеличению сцепления и, как следствие, к возрастанию износа. В отличие от грубых поверх-
ностей, когда в процессе трения происходит механическое зацепление неровностей и их срез, при минимальной шероховатости контактирующих поверхностей происходит их схватывание.
Во многих случаях изнашивание носит усталостный характер, при котором под действием остаточных и термических напряжений происходит растрескивание поверхностного слоя, соединение на некоторой глубине образовавшихся трещин и отделение материала от изнашиваемого тела. При этом интенсивность изнашивания трущихся поверхностей зависит от величины фактического контакта и их напряженного состояния. В свою очередь, эти факторы в значительной мере определяются размерами и формой неровностей, в частности радиусами закруглений выступов и впадин микронеровностей. Установлено, что тонкие и многочисленные неровности обеспечивают более высокую износостойкость, чем крупные неровности большого шага.
Долговечность пар трения качения определяется главным образом усталостным разрушением, выкрашиванием. Выкрашивание вызывают повторно-переменные контактные напряжения, способствующие образованию трещин, расклиниваемых попадающей в них смазкой. Выкрашивание также зависит от шероховатости поверхности. При испытаниях стальных шлифованных цилиндрических образцов на контактную усталость было установлено, что с увеличением высоты волн от 0,1...0,4 мкм до 1.. .2,5 мкм стойкость снизилась в 3 раза [3].
В зубчатых передачах рабочие поверхности зубьев тем лучше, чем меньше их неровности. Это обусловливает и снижение износа в период приработки.
Влияние шероховатости поверхности на коррозию металлов и особенно на коррозионное растрескивание, а также на качество защитных покрытий близко по характеру к ее влиянию на усталостное разрушение. Микронеровности, в частности глубокие впадины с малыми радиусами закругления дна, увеличивают неоднородность поверхности и приближают момент первых коррозионных разрушений. Проведенные авторами работы [3] эксперименты показывают, что коррозионные потери уменьшаются и щелевая коррозия становится менее интенсивной по мере повышения степени плавности и упорядоченности неровностей поверхности при прочих равных условиях.
Шероховатость поверхностей оказывает существенное влияние и на герметичность соединений. Герметичность стыков в подвижных и неподвижных соединениях, характеризующаяся статической и динамической непроницаемостью, имеет важное значение во многих технических устройствах. Величина утечки жидкости и газа зависит от зоны утечки, образующейся при контактировании поверхностей. В свою очередь, эта зона определяется величиной, формой и взаимным расположением неровностей, а также их податливостью.
Процесс изготовления деталей машин из заготовок, полученных литьем, обработкой давлением или сваркой, заключается в технологической обработке заготовок резанием, чаще всего на металлорежущих станках. Такая обработка изменяет свойства деталей, и в первую очередь качество поверх-
ностного слоя (табл. 1) [4]. Не менее глубокие изменения происходят в поверхностном слое и в процессе фрикционного нагружения деталей.
Т аблица 1
Влияние вида обработки на качество поверхностного слоя
Вид обработки Параметры качества поверхностного слоя
Яа, мкм Яш, мм Яр, мкм
Точение:
черновое 12-40 0,32-1,23 32-120
получистовое 2-16 0,16-0,4 5-50
чистовое 0,8-2,5 0,08-0,16 2-8
В работе [4] проведены также исследования по влиянию параметров качества поверхности на эксплутационные свойства деталей машин. Их результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Взаимосвязь эксплуатационных свойств деталей с параметрами качества поверхностного слоя
Эксплуатационные свойства Параметры качества поверхностного слоя
Ra, *г Лтах Я
Контактная жесткость - - + 0 +* -*
Коэффициент трения + + - - -* +*
Износостойкость - - +* + +* -*
Г ерметичность соединения - - -* - +* -*
Прочность посадок - - - 0 +* -*
Прочность и усталостная прочность деталей - -* +* 0 - +
Коррозионная стойкость -* - +* +* + -
Термостойкость - - + 0 + -
Условные обозначения:
Ка - среднее арифметическое отклонение профиля; К2 - высота неровностей профиля по десяти точкам; Лтах - наибольшая высота неровностей профиля;
Бт - средний шаг неровностей профиля;
гр - относительная опорная длина профиля;
Яр- высота наибольшего выступа профиля;
«+» и «-» - обозначают соответственно, что увеличение или уменьшение этих параметров вызывают улучшение или ухудшение данного эксплуатационного свойства;
* - параметр оказывает основное влияние на данное эксплуатационное свойство;
0 - параметр не оказывает влияния на данное эксплуатационное свойство.
Анализ данных этой таблицы позволяет оценить влияние параметров качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей машин следующим образом:
1. Коэффициент трения возрастает с увеличением высоты неровностей (увеличением параметров Яа, Я2, Ятах). Сглаживание неровностей, увеличение гр и Бт, наоборот, приводят к снижению коэффициента трения.
2. Износостойкость поверхности повышается с увеличением параметра гр Это объясняется увеличением действительной площади контакта и соответственно уменьшением удельной нагрузки (давления) на поверхности трения.
3. Прочность посадок определяется высотными параметрами шероховатости и параметром гр. В посадках с натягом при сборке деталей происходит смятие и срезание микронеровностей. Чем меньше высота микронеровностей (меньше Яа, Я2, Ятах и Яр и больше гр), тем меньше изменяются размеры сопряженных деталей и тем прочнее соединение.
4. Усталостная прочность характеризуется главным образом параметрами Ятах и Бт. Чем больше высота микронеровностей (Ятах) и меньше шаг (5т), тем меньше радиус закругления впадин между неровностями и тем в большей степени в этих местах концентрируются напряжения.
5. Контактная жесткость определяется не номинальной, а действительной площадью контактирующих поверхностей, которая наиболее полно отражается параметрами Бт и гр. Чем выше значения этих параметров, тем больше действительная площадь контактирования взаимодействующих поверхностей и контактная жесткость.
6. Коррозионная стойкость повышается с уменьшением высотных параметров и увеличением гр, так как в этом случае увеличиваются радиусы закругления впадин между неровностями и вероятность образования очагов коррозии уменьшается.
7. Герметичность соединения обеспечивается при хорошем приближении действительной и номинальной площади контактирующих поверхностей. Это отражается высоким значением параметра гр при малых значениях уровня сечения р.
Таким образом, для повышения указанных выше свойств рабочих поверхностей деталей машин следует назначать в качестве финишных операций отделочно-упрочняющие виды обработки.
Одним из факторов, определяющих геометрические параметры качества поверхности, является химико-термическая обработка металлов. Однако сведения о его влиянии на качество поверхности в известных нам источниках крайне ограничены. В этой связи представляют большой научный и практический интерес исследования влияния процессов химико-
термической обработки на качество поверхности и ее геометрические параметры. На это будут направлены наши дальнейшие усилия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Суслов А. Г. Инженерия поверхности деталей - резерв в повышении конкурентности машин // Инженерный журнал. - 2001. - № 4. - Приложение. - С. 3-9.
2. Безъязычный В. Ф. Влияние качества поверхностного слоя после механической обработки на эксплуатационные свойства деталей машин // Инженерный журнал. - 2001. - № 4. - С. 9-16.
3. Дунин-Барковский И. В., Карташова А. Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. - М.: Машиностроение, 1978. - 232 с.
4. Суслов А. Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей машин, технологической оснастки и инструментов // Инженерный журнал. - 2000. - № 1. - С. 6-13.

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх