Реферат качество поверхностей деталей машин
Обновлено: 05.07.2024
Увеличение высоты неровностей по сравнению с оптимальным значением ведёт к повышению износа за счёт возрастания механического зацепления, среза и скалывания неровностей. Если путем механической обработки получить поверхность с минимальной высотой неровностей, то в этом случае величина износа может возрастать в связи с возникновением молекулярного взаимодействия поверхностей, что ведет… Читать ещё >
Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Поскольку эксплуатационные свойства деталей зависят во многом от трения и износа подвижных соединений, то наиболее существенным параметром качества поверхности является её шероховатость. Именно от шероховатости поверхности зависит стабильность посадок деталей, зазоры и натяги в соединениях.
В начале эксплуатации трущиеся поверхности деталей контактируют между собой по вершинам неровностей, и в местах контакта возникают большие давления, превышающие предел прочности. В результате происходит срез, отламывание и пластический сдвиг вершин неровностей, что приводит к интенсивному первоначальному износу и увеличению зазоров трущейся пары. Кроме того, в процессе приработки сопряженных поверхностей возможен разрыв масляной пленки между ними, в результате возникает сухое трение, усугубляющее интенсивность износа. Поэтому после приработки параметр шероховатости будет значительно отличаться от полученного после механической обработки.
Рис. 1.63. Зависимость износа от времени работы сопряженной пары
Рис. 1.64. Поверхности с различной формой неровностей, но с одинаковой их высотой
Увеличение высоты неровностей по сравнению с оптимальным значением ведёт к повышению износа за счёт возрастания механического зацепления, среза и скалывания неровностей. Если путем механической обработки получить поверхность с минимальной высотой неровностей, то в этом случае величина износа может возрастать в связи с возникновением молекулярного взаимодействия поверхностей, что ведет к выдавливанию между ними смазки, заеданию и сцеплению между собой.
Шероховатость поверхности оказывает большое влияние на стабильность заданных посадок. В процессе эксплуатации происходит износ поверхностей, и характер посадки изменяется. Для предотвращения этого при обработке поверхностей ответственных сопряжений необходимо стремиться к достижению минимальной шероховатости. Причем высота шероховатости зависит от требуемой точности проектируемого сопряжения и определяется по следующим формулам:
— при диаметре сопряжения свыше 50 мм:
— при диаметре сопряжения от 18 до 50 мм:
— при диаметре сопряжения менее 18 мм:
где Г — поле допуска детали в мкм;
Rz — высота неровностей, мкм.
Конструктор, проектирующий новое изделие, должен назначить шероховатость трущихся поверхностей, соответствующую её оптимальному значению, при котором износ и коэффициент трения при эксплуатации будут минимальными.
На повышение износостойкости деталей существенное влияние оказывают наклёп и остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое металла. Это уменьшает смятие и износ поверхностей при их контакте в процессе работы.
Оптимальный вариант имеет место, когда микротвердость постепенно понижается по мере углубления в деталь (рис. 1.65, а). В этом случае связь поверхностного упрочненного слоя с основным материалом прочная.
Рис. 1.65. Варианты поверхностного упрочнения деталей.
Если степень пластической деформации поверхностного слоя выше определенного значения для данного материала, то в металле начинается процесс его разрыхления (рис. 1.65, в). Поверхностный слой имеет разрушенную кристаллическую решетку и покрыт сеткой мелких трещин.
На рис. 1.65,6, показан вариант, когда микротвердость постоянна в тонком поверхностном слое, а затем резко падает по мере углубления в деталь. В этом случае наклёпанный слой имеет слабую связь с основным металлом.
Таким образом, перенаклёп приводит к резкому снижению износостойкости и усталостной прочности деталей. Кроме того, на поверхности металла возникают зоны коррозии, снижающие стойкость деталей к агрессивным средам.
На прочностные характеристики металла большое влияние оказывают дефекты кристаллической решетки. С одной стороны, искажения кристаллической решетки ослабляют металл, с другой — наоборот упрочняют, не давая атомам скользить друг относительно друга.
На рис. 1.66 представлена зависимость прочности металла от числа дефектов. При определенной плотности дефектов рт металл имеет минимальное сопротивление деформации. Увеличение числа дефектов по сравнению с рт ведет к повышению прочности. Все используемые в настоящее время методы упрочнения (наклеп, легирование, термообработка) соответствуют заштрихованному участку правой ветви кривой. Однако использование левой ветви кривой наиболее предпочтительно. В этом случае прочность резко повышается с приближением структуры кристалла к идеальной.
Рис. 1.66. Зависимость сопротивления деформации от числа дефектов кристаллической решетки.
В настоящее время практически идеальная внутренняя структура достигается при изготовлении угольных, борных, стеклянных и других волокон. При изготовлении нитевидных кристаллов металла их прочность приближается к теоретической. Так, например, у нитевидных кристаллов железа предел прочности равен 1336 кг/мм, в то время как у обычного железа только 30 кг/мм, у меди 302 кг/мм и 26 кг/мм, цинка 225 кг/мм и 18 кг/мм соответственно. Все это значительно повысит эксплуатационные свойства деталей машин в ближайшем будущем, когда такие материалы можно будет выпускать в необходимых количествах.
На износостойкость и прочность поверхностного слоя деталей машин большое влияние оказывает вид структуры металла. Так, мелкозернистая структура более предпочтительна, поскольку она позволяет повысить предел текучести железоуглеродистых сплавов в три раза, по сравнению с крупнозернистой.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (2).docx
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский государственный аэрокосмически й университет
Факультет машиноведения и мехатроники
Качество поверхностного слоя деталей машин
1.Параметры состояния поверхностного слоя деталей машин…………. ……5
2. Структурные несовершенства в реальных кристаллах…………….……. 9
Обеспечение и повышение качества изделий машиностроения — задача многоплановая. Особую роль в ее решении играет технология машиностроения, так как именно через нее реализуются новые конструкторские разработки, обосновывается заданная точность деталей машин, свойства поверхностного слоя (ПС) и качество сборки.
В процессе эксплуатации ПС деталей подвергается наиболее сильному механическому и физико- химическому воздействию. Поэтому в подавляющем большинстве случаев разрушение деталей начинается с ПС. Характерно следующее высказывание аналитика К.С. Колесникова о роли ПС в проблеме качества машин: ". основными технологическими методами машиностроительных производств создаются машины, которые при рациональных конструктивных формах и правильном выборе материалов могут быть легкими, жесткими и прочными. Однако долговечность работы машин будет зависеть от того, как быстро или медленно будут изнашиваться различные трущиеся поверхности, как быстро или медленно будут возникать и развиваться трещины, особенно при знакопеременных нагрузках, т.е. долговечность будет зависеть от качества ПС детали".
По ПС накоплен большой, но недостаточно обобщенный и систематизированный экспериментальный материал, выполнены серьезные теоретические разработки, в частности по микрогеометрии ПС, которые служат базой для создания рациональных технологических процессов и изготовления деталей различных классов из металлических и не металлических материалов. Однако, актуальность проблемы ПС за последние годы не только не уменьшалась, но еще более возросла. Основными причинами этого являются:
1) повышение требований к качеству машин, в первую очередь к их надежности и долговечности;
2) усложнение условий работы машин в связи с интенсификацией режимов, повышением рабочих параметров, воздействием окружающей среды (высоких температур, давлений, агрессивных сред, вакуума, радиационного облучения и др.);
3) все более широкое использование высокопрочных, жаропрочных, жаростойких, коррозионных и радиационностойких сталей и сплавов, материалов со специальными свойствами в виде монокристаллов и поликристаллов (на основе титана, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена, ниобия и др.), которые обладают высокой чувствительностью к состоянию ПС;
4) необходимость изготовления ультрапрецизионных деталей и создания нанотехнологий, обеспечивающих точность деталей, измеряемую микронами, шероховатость и искаженный ПС - нанометрами (10 м), особые физико-химические свойства ПС (отражательную способность, лучевую стойкость, выход электронов и др.).
- Параметры состояния поверхностного слоя деталей машин
Поверхностный слой детали – это слой, у которого структура, фазовый и
химический состав отличаются от основного материала, из которого сделана
Рис.1.1. Схема поверхностного слоя детали
В поверхностном слое можно выделить следующие основные зоны
1. адсорбированных из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ. Толщина слоя 1 0,001 мкм;
2. продуктов химического взаимодействия металла с окружающей средой (обычно оксидов). Толщина слоя 10 1 мкм;
3. граничная толщиной несколько межатомных расстояний, имеющая иную, чем в объеме, кристаллическую и электронную структуру;
4. с измененными параметрами по сравнению с основным металлом;
5. со структурой, фазовым и химическим составом, который возникает при изготовлении детали и изменяется в процессе эксплуатации.
Толщина и состояние указанных слоев поверхностного слоя могут изменяться в зависимости от состава материала, метода обработки, условий
эксплуатации. Оценка этого состояния осуществляется методами химического, физического и механического анализа. Многообразие параметров состояния поверхностного слоя и методов их оценки не позволяет выделить единственный параметр, определяющий качество поверхностного слоя. На практике состояние поверхностного слоя оценивается набором единичных или комплексных свойств, которые оценивают качество поверхностного слоя.
Эти параметры характеризуют:
• геометрические параметры неровностей поверхности;
Геометрические параметры неровностей поверхности оцениваются параметрами шероховатости, регулярных микрорельефов, волнистости. Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей относительно малыми шагами. Примерное отношение высоты неровностей к шагу менее 50.
Волнистость поверхности – это совокупность неровностей, имеющих шаг
больший, чем базовая длина, используемая для измерения шероховатости.
Отношение высоты к шагу более 50 и менее 1000. Волнистость в России не стандартизирована, поэтому для ее оценки используют параметры шероховатости.
Регулярные микрорельефы – это неровности, которые, в отличие от шероховатости и волнистости, одинаковы по форме, размерам и взаиморасположению.
Регулярный микрорельеф получают обработкой резанием или поверхностным пластическим деформированием роликами, шариками, алмазами.
Физическое состояние поверхностного слоя деталей в технологии упрочнения наиболее часто характеризуется параметрами структуры и фазового состава.
Структура – это характеристика металла, зависящая от методов изучения
его строения. Выделяют следующие типы структур:
Кристаллическая структура. Металлы представляют собой кристаллы с трехмерной периодичностью. Основой кристаллической структуры является
трехмерная решетка, в пространстве которой располагаются атомы. В зависимости от характера расположения атомов в кристаллической решетке
структуры чистых металлов разделяются на ряд типов (рис.1.2).
Субструктура. В реальном металле кристаллическая структура имеет множество дефектов, которые в значительной степени определяют его свойства. Совокупность дефектов решетки и их пространственное распределение в кристалле называется субструктурой. Здесь кристаллы могут образовывать более крупные фрагменты – кристаллиты, блоки, зерна,
фрагменты, полигоны. Размер субмикрозерна: 10,2÷10,5 см.
Микроструктура – это структура, определяемая с помощью металлографических микроскопов. Этот анализ позволяет определить наличие, количество и форму структурных составляющих сплава.
Размер субзерна: 10,3÷10,4 см.
Рис.1.2. Типы кристаллической структуры:
а - объемно - центрированная кубическая; б – гранецентрированная кубическая; в - гексагонально- плотноупакованная
Макроструктура – это структура, которая определяется невооруженным глазом или при небольших увеличениях. С помощью макроанализа определяют трещины, неметаллические включения, примеси и др.
Физическое состояние характеризуется числом и концентрацией фаз, распределением фаз по поверхностному слою, объемом сплава и др.
Исследование физического состояния осуществляется экспериментальными методами физики твердого тела: дифракционными и микроскопическими.
Химический состав характеризуется элементным составом сплава и фаз, концентрацией элементов в объеме фаз, сплава и др. Исследования химического состава поверхностного слоя позволяют оценить адсорбцию из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ, диффузионные процессы, процессы окисления и другие, происходящие при обработке металлов.
Механическое состояние металла определяется параметрами:
- сопротивлением деформированию: предел упругости, предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности, твердость и др.;
- пластичностью: относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость и другие, устанавливаемые специальными испытаниями образцов.
Например, в процессе пластической деформации, которая всегда сопровождает механическую обработку, все характеристики механического состояния поверхностного слоя изменяются: показатели сопротивления деформированию увеличиваются, а показатели пластичности уменьшаются. Это явление называют деформационным упрочнением.
В инженерной практике деформационное упрочнение поверхностного слоя
определяют измерением твердости Н или микротвердости. Для этого твердость измеряют на поверхности металла и внутри металла (при помощи послойного травления). В результате устанавливают толщину упрочненного слоя hH и степень деформационного упрочнения δн:
δн=(Нобр-Ниск)/ Ниск, где Нобр и Ниск - соответственно твердость (микротвердость) металла после и до обработки.
Важной характеристикой состояния поверхностного слоя являются
Остаточные напряжения – это упругие напряжения, которые остались в
детали после обработки. В зависимости от объема тела, в которых
рассчитывают остаточные напряжения, они условно подразделяются на
- первого рода, уравновешенные в макрообъемах тела;
- второго рода, уравновешенные в пределах размера зерен;
- третьего рода, уравновешенные в пределах нескольких межатомных расстояний.
В зависимости от характера и интенсивности физико- механических
процессов, происходящих при обработке, остаточные напряжения могут иметь различный знак:
Условие равновесия требует, чтобы в объеме детали сумма проекций всех сил была равна нулю. Поэтому в детали есть область со сжимающими и растягивающими остаточными напряжениями.
Остаточные напряжения оказывают существенное влияние на прочность и долговечность деталей машин и конструкций. Остаточные сжимающие напряжения, возникающие в поверхностном слое, повышают циклическую
прочность деталей, т.к. они разгружают поверхностные слои от напряжений, вызванных нагрузками и, наоборот, растягивающие остаточные напряжения уменьшают прочность деталей вследствие повышения напряженности поверхностного слоя.
2. Структурные несовершенства в реальных кристаллах
В соответствии с современными взглядами на строение металла, существенное различие теоретической и физической прочности объясняется наличием структурных несовершенств (дефектов) кристаллов.
Структурные дефекты оказывают существенное влияние на упрочнение и разрушение металла при обработке.
Структурные несовершенства в кристаллах возникают в результате кристаллизации металла, термической обработки, пластической деформации и др.
Структурные несовершенства (дефекты) кристалла по геометрическому
признаку подразделяются на 4 группы:
Рис.1.3. Точечные дефекты в плоскости простой кубической решетки:
А - дислоцированный атом; В - вакансии
Точечные дефекты по своим размерам сопоставимы с размерами атома. В чистых кристаллах возможны два типа точечных дефектов (рис.1.3):
Вакансии образуются при удалении атома из узла решетки, а межузельный атом при введении атома в межузельное пространство. Образование вакансий и межузельных атомов связано с тем, что колеблющиеся около положения равновесия атомы могут под влиянием привнесенной извне энергии выходить из положения равновесия, образуя после себя в узле кристаллической решетки пустоту (вакансию) и, соответственно, межузельный атом. Множество вакансий и межузельных атомов может быть
Геометрические параметры и физико-механическое состояние поверхностного слоя деталей. Граничный и поверхностный слой. Влияние механической обработки, состояния поверхностного слоя заготовки и шероховатости на эксплуатационные свойства деталей машин.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | презентация |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.10.2013 |
| Размер файла | 1,9 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.
Подобные документы
Надежность машин и механизмов как важнейшее эксплуатационное свойство. Методы проектирования и конструирования, направленные на повышение надежности. Изучение влияния методов обработки на формирование физико-механических свойств поверхностного слоя.
реферат [303,6 K], добавлен 18.04.2016
Методы получения заготовок. Производство деталей машин. Эксплуатационные свойства деталей, группы показателей. Понятия размера, формы, расположение поверхностей, твердости материалов, химический состав, шероховатость. Качество поверхностного слоя.
реферат [8,7 M], добавлен 30.01.2011
Показатели качества, физико-механические и химические свойства поверхностного слоя деталей машин. Обзор методов оценки фрактальной размерности профиля инженерной поверхности. Моделирование поверхности при решении контактных задач с учетом шероховатости.
контрольная работа [3,6 M], добавлен 23.12.2015
Проектирования технологических процессов обработки деталей. Базирование и точность обработки деталей. Качество поверхностей деталей машин. Определение припусков на механическую обработку. Обработка зубчатых, плоских, резьбовых, шлицевых поверхностей.
курс лекций [7,7 M], добавлен 23.05.2010
Параметры состояния поверхностного слоя деталей машин. Структурные несовершенства в реальных кристаллах. Упрочнение металлов легированием, пластическим деформированием, термической обработкой, ионным магнетронным распылением, поверхностной закалкой.
реферат [441,0 K], добавлен 04.02.2015
Типы производства, формы организации и виды технологических процессов. Точность механической обработки. Основы базирования и базы заготовки. Качество поверхности деталей машин и заготовок. Этапы проектирования технологических процессов обработки.
курс лекций [1,3 M], добавлен 29.11.2010
Методика выбора оптимальных маршрутов обработки элементарных поверхностей деталей машин: плоскостей и торцев, наружных и внутренних цилиндрических. Выбор маршрутов обработки зубчатых и резьбовых поверхностей, отверстий. Суммарный коэффициент трудоемкости.
11.1. Основные показатели качества поверхности деталей машин
Надежность и долговечность машин в значительной мере определяются качеством поверхностей деталей машин.
Под качеством поверхности деталей машин понимается состояние поверхностного слоя, как результат воздействия на него одного или нескольких последовательно применяемых технологических методов. Качество поверхности характеризуется шероховатостью, волнистостью и физико-механическими характеристиками.
Теоретическими и практическими работами доказано, что долговечность деталей машин может быть повышена на 15-20 % только за счет правильного выбора методов и режимов обработки.
Под шероховатостью поверхности детали понимается совокупность неровностей с относительно малыми шагами на базовой длине. Требуемая шероховатость устанавливается, исходя из служебного назначения детали, в виде соответствующей высоты микронеровностей, определяемых RzилиRa. Выбирая соответствующий класс шероховатости, тем самым назначаются допуски на микроотклонения профиля поверхности от правильной геометрической формы.
Под волнистостью понимается совокупность периодически чередующихся неровностей с относительно большим шагом, превышающим принимаемую при измерении шероховатости базовую длину.
В
олнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и отклонениями профиля. Критериями их различия является величина отношения шага волныSwк высоте волныWz:
ероховатость и волнистость связаны с точностью размера. Высокой точности соответствует меньшая шероховатость и волнистость, что обусловленно условиями работы детали.
Шероховатость характеризуется не только размером и формой детали, но и направлением штрихов обработки (следов) от режущего инструмента.
Форма шероховатости определяет несущую поверхность детали, характеризующую износостойкость и контактные деформации.
При островершинном профиле несущая поверхность мала, при плосковершинном – возрастает.
Одновременно впадины вершин являются своеобразными надрезами, нарушают однородность поверхности и снижают усталостную прочность детали.
Физико-механические свойства поверхностного слоя характеризуются его твердостью, фазовыми и стректурными превращениями, величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напряжений, деформацией кристаллической решетки.
Качество поверхности детали, в основном, формируется на финишных операциях, однако, предшествующая обработка и заготовительный процесс оказывают влияние на качество поверхности в следствии технологического наследования исходных свойств заготовки на всех этапах ее обработки. Одной из основных задач проектирования технологического процесса изготовления деталей является обеспечения требуемого качества поверхности как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации при заданном сроке службы изделия.
11.2. Факторы, влияющие на качество поверхности заготовок и деталей машин
На качество поверхности заготовок оказывает влияние метод получения заготовки. Принятый метод характеризует шероховатость поверхности и другие характеристики, в частности: литейная корка, обезуглероженная зона (стальные заготовки).
Шероховатость поверхности определяется принятым методом обработки, который характеризует размер, форму шероховатости, направление штрихов обработки. Режимы резания оказывают влияние на образование шероховатости поверхности. При скорости резания от 20 до 40 м/мин шероховатость будет наибольшей, что объясняется образованием нароста (рис. 76).
С дальнейшим увеличением скорости резания до 60-70 м/мин нарост исчезает и шероховатость уменьшается.
Подача оказывает влияние на увеличение шероховатости при обтачивании стандартным резцом с = 45º; при точении резцом с широкой режущей кромкой подача не оказывает существенного влияния на шероховатость (рис. 77).
1 – обтачивание стандартным резцом с = 45º; 2 – обтачивание резцом с широкой режущей кромкой; 3 – сверление и зенкерования
При сверлении и зенкеровании подача не значительно оказывает влияние на шероховатость. Глубина резания не оказывает существенного влияния на повышение шероховатости при достаточной жесткости системы.
На шероховатость оказывают влияние физико-механические характеристики материала. При обработке стали с низким содержанием углерода образуется более шероховатая поверхность по сравнению с высокоуглеродистой сталью. При обработке сталей с присадками серы или свинца образуется меньшая шероховатость. При обработке сталей с мелкозернистой структурой шероховатость меньше, чем при обработке сталей с крупнозернистой структурой.
На шероховатость оказывает влияние так же СОЖ, применение которой позволяет сократить шероховатость на 30-40 % и уменьшить размерный износ режущего инструмента.
Жесткость технологической системы оказывает влияние на размер шероховатости, который в первую очередь определяется условиями установки и закрепления заготовки: при консольном закреплении заготовки в патроне шероховатость увеличивается на свободном конце заготовки; при обтачивании заготовки в центрах с поджимом задним вращающимся центром значение шероховатости и ее распределение по длине зависят от размера обрабатываемой заготовки. На рис. 78 показано изменение шероховатости от RzminдоRzmaxпри разном отношении длины валаlк его диаметру и способе закрепления вала.
1 – консольное закрепление; 2 – закрепление в центрах
Шероховатость и волнистость оказывают влияние на контакт сопряженных поверхностей, уменьшают площадь контакта, тем самым, повышая износ сопрягаемых поверхностей. Шероховатость и макроотклонения оказывают влияние на жесткость стыков, уменьшая ее соответствующим образом. Шероховатость оказывает влияние на точность сопряжений. При контакте сопрягаемых поверхностей первичная шероховатость может уменьшаться на 65-75 %, что вызывает появление увеличенных зазоров, которые могут быть соизмеримыми с допусками на изготовление детали. Шероховатость влияет на точность прессовых соединений.
В процессе обработки заготовки под действием силовых, температурных факторов происходит изменение характеристик поверхностного слоя, образование которых зависит от превалирующего влияния силовых и температурных факторов. При лезвийной обработке силовые факторы вызывают образование пластической деформации с повышением наклепа, повышение микронеровностей поверхности, создание остаточных напряжений, величина, знак и глубина распространение которых зависят от условия обработки, при этом могут создаваться как сжимающие, так и растягивающие остаточные напряжения. При абразивной обработке температурные факторы могут вызывать структурные изменения поверхностного слоя металла, образование шлифовочных трещин, прижогов и так далее.
Таким образом, зная влияние технологических факторов на качество обрабатываемой заготовки необходимо назначать такие условия обработки, при которых обеспечиваются требуемые характеристики качества поверхности деталей.
Читайте также: