Геометрические параметры поверхностного слоя

Поверхностный слой с геометрической точки зрения представляет собой довольно сложную формацию.

Как известно любая реальная поверхность имеет отклонения формы от идеальной поверхности, заданной чертежом.

Макрогеометрия поверхности, т. е. характеристика ее формы — овальность, огранка, конусность для цилиндрических поверх­ностей, выпуклость или извернутость плоскости и т. п. — является важным фактором, влияющим на работоспособность деталей.Для различных поверхностей допустимые отклонения формы оговорены соответствующими стандартами.

Микрогеометрия, которая имеет не меньшее значение для оценки свойств поверхностного слоя, характеризуется шерохо­ватостью (высотой неровностей R, или средним арифметическим отклонением профиля от средней линии R„ и рядом других пара­метров) и волнистостью (совокупность периодически повторяющихся выступов и впадин с шагом, превыша­ющим базовую длину, принятую стандартом для определения параметров шероховатости).

Следует подчеркнуть, что микрорельеф поверхности представ­ляет собой достаточно сложную картину с различной шероховатостью (рисунок 14)

Микротопография поверхности (рис. 14, а) показывает слож­ное чередование впадин и выступов, поэтому профилограмма является случайным сечением и лишь с известной степенью при­ближения характеризует рельеф поверхности.

На работоспособность изделия влияют не только основные характеристики волнистости (рис. 14, б) (высота волны Н и ее шаг L) и шероховатости,но и форма микронеровностей, их направление, форма волнистости и другие параметры микро­рельефа.

Для характеристики шероховатости часто применяют инте­гральную характеристику — кривую опорной поверхности (рис. 14, в) и отдельные показатели, оценивающие форму микро­рельефа. Так определяют шаг микронеровностей, средний радиус впадин и выступов, параметры кривой опорной поверхности и др. Для более полной характеристики шероховатости поверх­ности можно использовать аппарат гармонического анализа и профилограмму поверхности представить в виде конечной сово­купности гармоник.

Шероховатость и волнистость поверхностного слоя зависят от вида технологического процесса и режимов обработки — вели­чины подачи, скорости резания, применения смазочно-охлаждающей жидкости, от геометрии режущего инструмента, жесткости и виброустойчивости системы СПИД (станок — приспособление — инструмент—деталь).

Следует отметить, что геометрическими параметрами (разме­рами) можно характеризовать и отдельные дефекты поверхности — трещины, сколы (см. рис. 14, б), царапины и другие локальные отклонения от установившегося рельефа.

50 Диагностические признаки

Для каждого изделия имеется большое число признаков (параметров), по которым можно судить о его техническом состоянии. Эти параметры и признаки можно разделить на три основные группы.

1 Контролируются выходные параметры изделия или его узлов, которые определяют его работоспособность согласно уста­новленным ТУ. Обычно эти параметры могут быть измерены тем или иным способом с использованием методов, применяемых для контроля готового изделия. Более доступен, как правило, контроль выходных параметров машины или ее функциональных узлов. Контроль выходных параметров дает ответ на вопрос о работоспо­собности изделия, но не определяет места и вида повреждения, приводящего к отказу.

2 Контролируются повреждения, которые приводят или могут привести к отказу изделия. Величины износа, деформации, сте­пень коррозии и т. п. также являются теми диагностическими признаками, по которым можно сделать вывод о техническом со­стоянии изделия. Они являются первопричиной отказа и связаны с выходными параметрами функциональной зависимостью. Число этих признаков в сложной машине весьма велико и их одновременное диагностирование не представляется возможным. Поэтому контроль повреждений является обычно вторым этапом диагностики машины, после контроля ее выходных параметров, когда необходимо установить причины потерн машиной работоспособности. Исключение могут составлять лишь те эле­менты, о которых заранее известно, что их повреждение является основной причиной изменения выходных параметров машины, например, состояние валков прокатных станов, износ цилиндро-поршневой группы двигателя, коррозию резервуаров и т. д. Следует контролировать непосредственно по степени повреждения, поскольку именно они определяют работоспособность машины.

В общем случае должен быть осуществлен поиск неисправно­стей. Например, методом последовательной проверки элементов или методом последовательных разбиений всего множества эле­ментов на две части. В последнем случае процедура обнаружения места повреждения при сигнале о недопустимом изменении выход­ного параметра или отказе функционирования изделия заключается в разделении всех возможных мест повреждений на две части и контроле (в совокупности) работоспособности одной из них. Неисправную часть снова разбивают на две и продолжают анализ до тех пор, пока не будет обнаружено место повреждения. Оптимальная стратегия поиска может быть построена, если изве­стны вероятности безотказной работы каждого элемента.

3. Контроль работоспособности изделия по косвенным призна­кам производится в случае, когда непосредственное измерение вы­ходных параметров затруднительно или когда требуется инте­гральная характеристика состояния изделия. Эти признаки должны быть функционально связаны с работоспособностью изделия и отражать изменения, происходящие в машине.

Косвенными диагностическими признаками могут служить акустические сигналы, изменение температуры изделия, давления в системе, наличие в смазке продуктов износа, параметры, характеризующие динамическое состояние системы (амплитудно-фазовые и частотные характеристики) и т. п.

Существенным преимуществом использования косвенных при­знаков является возможность оценки изделия в процессе его ра­боты, или во всяком случае без разборки (при диагностировании в специальных условиях).

Недостаток заключается в наличии, как правило, стохастической связи между косвенными признаками и выходными параметрами и влиянии на диагностический сигнал посторонних факторов (шумов), не связанных с работоспособностью изделия. Тем не менее косвенные признаки работоспособности изделия широко применяются для нужд диагностики.

51. Напряженное состояние поверхностного слоя.

Напряженное состояние поверхностного слоя имеет свою специфику не только вследствие изгиба и кручения, а максимальные напряжения, определяющие прочность детали, возникают у поверхности, но и из-за влияния следующих факторов.

1) при контакте поверхностей возникают местные напряжения, которые при начальном касании по линии или в точке определяются формулами Герца, а при касании по поверхности аналогичные явления возникают при контакте микронеровностей. Часто при моделировании контакта двух шероховатых поверхностей их представляют в виде набора полусфер, конусов или цилиндрических поверхностей с тем, чтобы для подсчета на­пряжений и деформаций использовать соответствующие зависимости Герца—Беляева при упругом взаимодействии или учесть также и пластическую деформацию.

2) у поверхности детали возникают местные концентрации напряжений, связанные с резкими изменениями формы поверхности. Концентраторами напряжений могут быть не только конструктивные элементы (галтели, отверстия, канавки), но и микрориски, трещины, впадины микронеровностей. Концентрация напряжений часто является причиной зарождения процессов усталостного разрушения.

3) специфической особенностью поверхностного слоя является возникновение внутренних остаточных напряжений.

Внутренние напряжения, возникающие в процессе нагрева и охлаждения детали, образуют равновесную систему и могут проявляться в виде макронапряжений, охватывающих крупные объемы детали (напряжения I рода), микронапряжений в пределах одного или нескольких кристаллических зерен (напряжения II рода) и субмикроскопических напряжений, действующих между элементами кристаллической решетки (на­пряжения III рода).

Различают литейные, сварочные, закалочные, шлифовочные и другие остаточные напряжения.

Остаточные напряжения, которые сохраняются в детали длительное время, алгебраически складываясь gрабочими (внешними) напряжениями, могут их усиливать или ослаблять.

Особенно опасны растягивающие напряжения, которые приводят к понижению усталостной прочности и износостойкости (для некоторых видов изнашивания).

Остаточные напряжения, возникающие в поверхностных слоях при механической обработке, могут относиться к напряжениям как I, так и II рода.

---

Дата добавления: 2015-11-14