Вплив якості поверхні на експлуатаційні властивості деталей
Експлуатаційні властивості деталі знаходяться у прямому зв’язку з геометричними характеристиками поверхні та механічними властивостями поверхневого шару. Знос деталей залежить від параметра шорсткості поверхні, а зносостійкість деталі визначається головним чином верхньою частиною профілю нерівностей.
У початковий період роботи відбувається прироблення деталей і в процесі її шорсткість, отримана під час обробки, деформується і руйнується, при цьому утворюється нова (робоча) шорсткість з параметрами, відмінними від технологічної та напрямком нерівностей, що збігаються з напрямком ковзання. Закінчення прироблення характеризується постійністю швидкості зношування, а встановлена шорсткість є отриманою для подальшого періоду роботи. Зміна умов експлуатації за рахунок збільшення тиску, швидкості та інших факторів призводить до додаткового прироблення, а робота в полегшених умовах не супроводжується таким приробленням.
Умови тертя і зношування визначають характер руйнування нерівностей поверхні. Дослідження показали, що при великих тисках і без змащення знос мало залежить від шорсткості й спостерігається його збільшення для більш гладких поверхонь. При полегшенні умов роботи процес зношування поверхні у більшій мірі починає залежати від шорсткості, що збільшується для грубо оброблених поверхонь.
У різних умовах роботи деталей шорсткість їх поверхонь змінюється по-різному. На наведеній залежності (рис.1.24) технологічна шорсткість, що отримана після обробки, позначається точкою. Крива 1 свідчить про досить інтенсивне згладжування нерівностей під час прироблення, а крива 2 характеризує прироблення при абразивному зносі. Підвищення тиску сприяє видавлюванню мастильного матеріалу і в процесі прироблення шорсткість збільшується (крива 3). Створення більш важких умов роботи спряжених з’єднань спричиняє різке збільшення шорсткості поверхні (крива 4). У разі заїдання та задирів відбувається деформація нерівностей і пластичне зношування поверхні (крива 5).
Відхилення форми й хвилястості поверхні також збільшує знос деталей. При цьому даний процес на окремих її ділянках протікає нерівномірно: при бочкоподібності спочатку зношуються середні ділянки, вгнутості – крайні.
Розглянемо залежність величини зносу від висоти і кроку хвилі (рис.1.25). Аналіз дозволив відмітити наступне. Із збільшенням Hхв. прямо пропорційно зростає Q (тертя без мастильного матеріалу і граничне). У той же час крок хвилі Lхв. мало впливає на величину зносу. Це свідчить про те, що найбільш строго треба регламентувати висоту хвилі Hхв..
Напрямок нерівностей і шорсткість по-різному впливають на знос спряжених поверхонь при різних видах тертя – при наявності мастила, граничному (напіврідинному), без мастила (рис.1.26). На підставі аналізу наведеної залежності можна виділити таку тенденцію. При терті без мастильного матеріалу знос збільшується в усіх випадках із зростанням висоти нерівностей, але найбільше значення він має місце при напрямку нерівностей, перпендикулярному до спрямованості робочого руху (криві І). При граничному (напіврідинному) терті та малій висоті нерівностей поверхні найбільший знос спостерігається при паралельності напрямку робочого руху (криві ІІ).
При терті з мастильним матеріалом вплив шорсткості виявляється тільки на товщині несучого шару. Але при великій висоті нерівностей поверхні спостерігається вище відзначена тенденція зміни зносу. Отже, особливо важливо обмежити напрямок нерівностей при напіврідинному терті та без мастильного матеріалу. Таким чином, слід вибирати такий метод обробки різанням, який забезпечує найбільш сприятливий з точки зору зносу напрямок нерівностей, а заключні операції для тертьових поверхонь слід призначати не тільки з умов обробки різанням, а і з урахуванням експлуатації.
Відносний напрямок нерівностей на спряжених поверхнях впливає на коефіцієнт тертя. При цьому найбільший коефіцієнт мають поверхні, в яких напрямок нерівностей збігаються, а найменший досягається при розміщенні напрямку нерівностей під кутом або довільно (притирка, полірування).
Створення у поверхневому шару деталі наклепу сприяє підвищенню опору втомлюваності після дрібноструминної обробки, обкатування роликами та інших операцій. Наклеп знижує пластичність тертьових поверхонь і схоплювання металів, що зменшує знос. Проте великий ступінь наклепу може призвести до збільшення зносу та зниження опору втомлюваності. Вплив наклепу на знос сильніше виявляється в металах, схильних до нього.
Керуючи процесом різання, можна отримати таке сполучення у поверхневому шарі залишкових і експлуатаційних напружень, яке сприятливо позначиться на опору втомлюваності деталі. Сумування цих напружень дає змогу оцінити доцільність вибраного методу обробки різанням.
Вплив шорсткості поверхні на міцність при ударному руйнуванні найбільш помітний у заготовок з твердих сталей. Відносно контактної жорсткості спряжень, то вона знижується при зміні висоти мікронерівностей у бік збільшення.
Дослідження антикорозійній стійкості металевих поверхонь показали, що в атмосферних умовах корозія виникає в першу чергу та швидше розповсюджується на грубо оброблених поверхнях. У агресивних середовищах вплив шорсткості на антикорозійну стійкість виявляється менше.
Шорсткість поверхні впливає на умови змащення, теплопровідність і геометричність стиків, умови протікання газів і рідини в трубопроводах, а також інші характеристики поверхонь і спряжень. Це вимагає забезпечення у виробництві цілком певних характеристик шорсткості поверхонь і її контролю.