Шорсткість поверхні заготовок
Шорсткість поверхні – сукупність нерівностей поверхні з відносно малими кроками на базовій довжині.
Базова довжина – довжина базової лінії, використовувана для виділення нерівностей, що характеризують шорсткість поверхні, і для кількісного визначення її параметрів. Шорсткість характеризує мікрогеометрією поверхні. Оцінка шорсткості поверхні проводиться порівняння з еталоном, шорсткість якого відома, і безпосереднім вимірюванням за допомогою спеціальних приладів. При першому методі, широко вживаному у виробництві, порівняння жорсткостей: поверхні деталі і еталону ведуть візуально за допомогою лупи або мікроскопа. Для визначення висоти мікронерівностей застосовують щупові й оптичні прилади.
Геометричними властивостями є шорсткість і направлення нерівностей поверхні, похибки форми (конусність, овальність та ін.). якість поверхні має вплив на всі експлуатаційні властивості деталі машин: зносостійкість, втомлювальна міцність, міцність нерухомих посадок, корозійну стійкість та ін. Цілеспрямоване формування якості поверхні при виготовлені і відновлені зношених деталей має велике значення для забезпечення довготривалості і надійності автомобілів. Тому докладне викладення даних питань, являється одним з основних в технології ремонту автомобілів, цілеспрямовано в другому розділі курсу.
З геометричних властивостей найбільший вплив на точність механічної обробки та експлуатаційні властивості деталі надає шорсткість поверхні.
Шорсткість поверхні – сукупність нерівностей поверхні з відносно малими кроками на базовій довжині.
Базова довжина – довжина базової лінії, використовується для виділення нерівностей, які характеризують шорсткість поверхні, і для кількісного визначення її параметрів. Шорсткість характеризує мікрогеометрію поверхні. Похибка форми (овальність, конусність, бочкоподібність) характеризують макрогеометрію поверхні.
Шорсткість поверхні деталей різних машин оцінюється по ГОСТ 2789–73. для кількісної оцінки шорсткості поверхні на базовій довжині l встановлено шість параметрів (рис. 11.1).
Середнє арифметичне відхилення профілю Ra визначється як середнє арифметичне абсолютних значень відхилень профілю в межах базової довжини l. Сумування величин відхилення ведеться без урахування алгебраїчного знаку.
, наближено 
.
Висота нерівностей профілю по десяти точках Rz – сума середніх арифметичних абсолютних відхилень точок п’яти найбільших мінімумів і п’яти найбільших максимумів профілю в межах базової довжини l;
.
де 
– відхилення п’яти найбільших максимумів профілю;
– відхилення п’яти найбільших мінімумів профілю.
Найбільша висота нерівностей Rmax – відстань між лінією профілю і лінією впадин профілю в межах базової довжини l. Середній шаг нерівності профілю 
і середній крок нерівностей профілю по вершинам S визначається так:
; 
.
Відносна опорна довжина профілю
,
де 
– базова довжина;
– опорна довжина профілю.
Значення вказаних параметрів, регламентовані ГОСТом, знаходиться в межах: 
; рівень січення профілю 
від 
(рис. 11.1); l = 0,01 ÷ 25 мм; S = 12,5 ÷ 0,002 мм;
мм; 
, 
мкм та 
мкм; Крім вказаних параметрів регламентовано шість напрямків нерівностей, які вказуються при необхідності. Шорсткість назначається конструктором виходячи з умов роботи деталі. Надлишкові вимоги до шорсткості ускладнюють і дорощують обробку і не завжди покращують експлуатаційні властивості деталей, тому необхідно прагнути до забезпечення оптимальної шорсткості поверхні деталей. Як приклад в таблиці 11.1 наводиться характеристика шорсткості основних деталей автомобільних двигунів по параметра Ra.
| Таблиця 11.1 Шорсткість та значення Ra основних деталей двигунів | ||
| Деталь | Поверхня | Значення Ra, мкм |
| Колінчастий вал | Корінні і шатунні шийки | 0,2 |
| Поршень | Поверхня юбки | 0,8 |
| Отвір під палець | 0,6 | |
| Канавки під кільця | 0,8 | |
| Поршневий палець | Зовнішня поверхня | 0,16 |
| Шатун | Отвір в малій головці | 0,6 |
| Отвір у великій головці | 0,6 | |
| Розподільний вал | Шийки і кулачки | 0,4 |
Забезпечення якості поверхневого шару технологічними методами
З фізико-механічних властивостей на якість поверхні надає вплив структура металу поверхневого шару деталі. В процесі обробки під впливом високого тиску інструменту і високого нагрівання структура поверхневого шару змінюється і значно відрізняється від структури основного металу. Поверхневий шар отримує підвищену твердість в наслідок наклепу, і в ньому виникають внутрішні напруження. Глибина і ступінь наклепу залежать від властивостей металу деталей, способів і режимів обробки. Маловуглецеві сталі та інші пластичні та в’язкі метали, схильні до пластичної деформації, піддають великому наклепу, ніж високо вуглецеві і леговані сталі з високою твердістю. При дуже тонкій обробці глибина наклепу складає 1…2 мкм, при грубій доходить до сотні мікрон.
Після механічної обробки в поверхневому шарі виникають внутрішні напруження, величина і знак залежить від методів і режимів обробки.
Внутрішні напруження виникають під сумісною дією силових і теплових факторів. Силові фактори (пластичні деформації) викликають утворення стискаючих напружень, теплові – розтягуючих. Як буде показано надалі, різні параметри якості поверхні, в тому числі і внутрішні напруження, надають великий вплив на експлуатаційні властивості деталі, відновлювальних різними способами. Тому важливе значення має вибір видів і режимів чистової механічної обробки, які давали б мінімальний тиск інструменту і мінімальне підвищення температури при одночасному дотримані необхідної шорсткості поверхні.
При тонкій абразивній обробці – хонінгуванні, притиранні і поліруванні – в поверхневому шарі створюються переважно стискувальні напруження, в той час як при шліфуванні, особливо при грубих режимах, під впливом теплового фактору внутрішні напруження при відсутності фазових перетворень майже завжди розтягуючі. Фазові перетворення в металі можуть бути причиною зміни знаку напружень, оскільки вони викликають утворення стискуючих напружень. Для досягнення бажаної якості поверхневого шару, особливо відновлених деталей, з метою підвищення їх довговічності необхідно вдаватися до зміцнювальних технологій. Такі технології дозволяють формувати міцність, ступінь і глибину наклепу і зменшити залишкові напруги.
Запитання для самоперевірки
1. Визначення шорсткості поверхні.
2. Вплив шорсткості на експлуатаційні властивості деталей.
3. Що таке ВІПД?
4. Що таке хвилястість поверхні?
5. Вплив шорсткості на зносостійкість деталей.
6. Вплив шорсткості на електричні властивості деталей.
7. Шорсткість поверхні механічно обробленої деталі.
8. Як впливає шорсткість поверхні деталі на корозійну стійкість?
9. Як впливає шорсткість поверхні деталі на міцність?
10. Як впливає шорсткість поверхні деталі на спрацювання?
11. Як впливає шорсткість поверхні деталі на електричні властивості?
12. Як впливає шорсткість поверхні деталі на оптичні властивості?
13. Як на кресленні позначається величина шорсткості?