Влияние качества поверхности на эксплуатационные   свойства деталей машин

Качество поверхности оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин: износоустойчи­вость, усталостную прочность, стабильность посадок деталей (зазоры, натяги), коррозионную стойкость и др.

В начальный период работы сопряженных поверхностей де­талей машин, то есть в процессе их приработки, даже при неболь­шом давлении возможен разрыв масляной пленки в местах высту­пающих вершин шероховатостей; в результате происходит су­хое трение, упругое и пластическое деформирование на этих участках, что приводит к интенсивному изнашиванию контактиру­ющих поверхностей. Таким образом, после приработки параметр шероховатости поверхности будет отличаться от полученного после механической обработки.

На рис. 7.10 приведена типовая зависимость износа сопряжен­ной пары от времени ее работы. В этой зависимости можно вы­делить две критические точки и три характерных участка, ко­торые отмечаются также и в зависимости размерного износа резца от пути резания. Точка А представляет конец начального износа (приработки) на участке – участок I. Участок II характеризует нормаль­ное, естественное изнашивание, медленно нарастающее в про­цессе эксплуатации. После определенного периода работы износ достигает таких размеров, когда дальнейшая эксплуатация ма­шины становится практически невозможной (точка Б). При про­должении работы (участок Ш) износ растет чрезвычайно быстро. В точке Б необходима остановка машины и направление ее в ре­монт.

На рис.7.10 представлены зависимости износа от времени работы сопряженной пары с различными параметрами шерохова­тости. Рабочие поверхности пары I имеют меньший параметр шероховатости. Начальный износ (приработка) заканчивается в точках t₁ и t₂.

Нормальный износ для всех случаев приблизительно можно характеризовать одинаковым углом наклона прямых, которые вы­ражают зависимости износа от времени работы сопряженной пары и свойственны данным материалам и условиям работы. Таким образом, продолжительность работы трущихся пар 1 и 2 (Т₁ и Т₂) до границы допустимого износа будет различной в зависимости от шероховатости поверхности.

На начальный износ сопряженных деталей влияют также форма и направление неровности относительно направления сколь­жения поверхностей.

Проведенными исследованиями установлено, что шероховатость поверхности целесообразно снижать до определенного предела. При больших удельных давлениях и поверхностях с небольшой шероховатостью может получиться так называемое “слипание” поверхностей вследствие действия сил межмолекулярного сцепления. Кроме того, некоторая шероховатость является как бы резервуаром для удержания смазки.

Наклеп, возникающий в поверхностном слое, уменьшает износ поверхностей в 1,5-2 раза.

Сопротивление материала усталости под действием перемен­ной нагрузки возрастает одновременно с понижением параметра шероховатости поверхности, причем тем больше, чем более чув­ствителен материал детали к концентрации напряжений. Для легированных сталей падение усталостной прочности при пере­ходе от полированного образца к обточенному может достигать 30-40%. Падение усталостной прочности объясняется концентра­цией напряжений во впадинах неровностей поверхности. Концент­рация напряжений тем больше, чем острее впадины. Мелкие над­резы поверхности, риски и тому подобное вызывают появление трещин, которые, развиваясь, могут привести к разрушению детали.

Наклеп и остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое повышают усталостную прочность, а остаточные напряжения растяжения снижают ее.

Шероховатость поверхности в значительной степени влияет на стабильность посадок деталей. Характер подвижной посадки изменяется в связи с изнашиванием сопрягаемых поверхностей. При неподвижных посадках большое значение имеет площадь опорных поверхностей. Реальные поверхности соприкасаются лишь верхушками гребешков, а не всей поверхностью, и это ослабляет прочность сопряжения. При соединении неподвижных посадок под действием пресса необходимо учитывать срезание (смятие) микронеровностей, что также ослабляет прочность соединения.

Если же соединение неподвижных посадок осуществляется благодаря тепловому воздействию (охлаждение вала или нагре­вание втулки), микронеровности способствуют повышению прочности соединений.

Установлено, что поверхности с меньшей шероховатостью меньше подвержены коррозии. Корродирующие вещества собираются на дне впадин неровностей поверхности. Распространяясь вглубь металла, они разрушают гребешки шероховатости, обра­зуя новые, и т. д. Очевидно, чем меньше высота неровности, тем медленнее будет протекать коррозия. Поэтому в некоторых от­ветственных машинах, работающих в неблагоприятных атмосферных условиях, полируют даже те поверхности деталей, которые при обычных условиях эксплуатации можно было бы не обрабатывать.

Наклеп ускоряет коррозию в 1,5-2 раза. Это объясняется тем, что при пластическом деформировании поликристаллического материала в нем создаются микронеоднородности, способствующие возникновению большого числа очагов коррозии.