1.1. Виды неровностей на поверхности деталей машин

Качество поверхностей определяется физико-механическими свойствами поверхностного слоя и его микрогеометрией. В процессе изготовления или при эксплуатации деталей на их поверхности возникают выступы и впадины, эти неровности образуют микрогеометрию поверхности.

Принято различать три вида отклонения формы от геометрически правильной: макроотклонения, волнистость и шероховатость.

К макроотклонениям относятся единичные, не повторяющиеся регулярно, отклонениям формы от номинальной геометрически правильной (выпуклость, вогнутость, конусность и т.п.).

Волнистость представляет собой совокупность периодических, регулярно повторяющихся, близких по размерам выступов и впадин, расстояние между которыми значительно больше, чем у неровностей образующих шероховатость поверхности, и превышает базовую длину l, используемую для оценки шероховатости. Расстояние между вершинами волн (шаг волны) находится в пределах 0,8 - 10 мм,а высота 0,03 - 500 мкм. Форма волн часто близка к синусоидальной. На поверхности волн расположена шероховатость.

Под шероховатостью поверхности понимают совокупность микронеровностей с относительно малым шагом, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в границах участка, длина которого равна базовой длине l. Шаг микронеровностей меняется в пределах от 2 до 800 мкм, а высота от 0,01 до 400 мкм.

Кроме того, на выступах, образующих шероховатость, имеются еще более мелкие неровности образующие субмикрошероховатость. Субмикрошероховатость пока не нормируется, так как хотя в настоящее время разработаны достаточно надежные средства ее оценки, однако пока не созданы приборы пригодные для инженерной практики. Субмикрошероховатость играет существенную роль в протекании контактных процессов и настоящее время интенсивно исследуется. Электронно-микроскопическое изучение поверхностей показывают, что субмикрошероховатость образуется неровностями, имеющими высоту 2-20 нм.

Обычно имеют место все три вида отклонения формы, но если величина отклонения сравнительно мала, то ими пренебрегают. Профиль поверхности детали имеющей шероховатость и волнистость, представлен на рис.1.

Рис. 1. Схема профиля поверхности. R_max –наибольшая высота неровностей, образующих шероховатость; W_max – наибольшая высота волн; W_p – высота сглаживания; S_w – щаг волн; ∆_m – макроотклонение формы.

Следует заметить, что между волнистостью и шероховатостью в настоящее время границу проводят условно. К волнистости относятся неровности, у которых отношение шага к высоте больше 40.

Можно сказать, что макроотклонения - это выступы первого порядка, волнистость - выступы второго порядка, шероховатость - третьего и субмикрошероховатость - образует выступы четвертого порядка.

Форма и размер микронеровностей на поверхности детали зависят от кинематической схемы и способа обработки, механических свойств материала и колебаний в системе станок, приспособление, инструмент, деталь (СПИД). Субмикрошероховатость в значительной мере определяется структурой обрабатываемого материала и его напряженным состоянием. Волнистость образуется главным образом вследствие вынужденных колебаний, возникающих в процессе обработки. Макроотклонения являются следствием погрешностей, вызванных неточностью изготовления станка и инструмента, а также упругими деформациями, возникающими под влиянием переменной силы резания.

В процессе трения и износа деталей машин микрогеометрия их поверхностей претерпевает значительные изменения. При этом наибольшие изменения испытывает более мягкая из сопряженных поверхностей, ее шероховатость в процессе приработки изменяется в сторону приближения к шероховатости твердого контртела до тех пор, пока не достигнет некоторого оптимального значения, характерного для данных условий трения.

Образование шероховатости на поверхности трения происходит вследствие процессов пластического оттеснения, усталостного разрушения и в некоторых случаях микрорезания и глубинного вырывания.