Изучение методов обеспечения качества поверхностей деталей. Занятие 4 оценка влияния качества обработки поверхности деталей на их ресурс цель занятия
 Скачать 292.38 Kb.
|
|
27 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ НА ИХ РЕСУРС 1. Цель занятия. Практическое занятие имеет цель закрепить теоретические знания о методах механической обработки деталей, шероховатости поверхности деталей и влиянии качества обработки поверхности деталей на их ресурс. При подготовке к практическому занятию и в ходе его проведения обучаю- щиеся углубляют и закрепляют теоретические знания, а также используют навы- ки, полученные ими в результате проведения учебной практики. Выполнение задания в ходе практического занятия предусматривает следу- ющие этапы: - изучение шероховатости поверхности деталей и методов ее измерения; - изучение влияния качества обработки поверхности деталей на их ресурс; - выполнить расчет влияния износа (изменения шероховатости) детали на ее ресурс. 2. Учебно-материальное обеспечение практического занятия Практическое занятие проводится в специализированной аудитории кафед- ры, в которой находятся части ВС с эксплуатационными повреждениями их кон- струкционных элементов: обшивки, нервюр, стрингеров. На рабочих местах име- ются: измерительный инструмент, ремонтно-техническая и справочная литерату- ра, а также калькуляторы. 3. Методические материалы к выполнению практического занятия Качество поверхностного слоя деталей машин оказывает существенное влия- ние на их эксплуатационные свойства. Одной из важнейших эксплуатационных характеристик деталей является износостойкость поверхностей трущихся пар. Именно износ чаще всего определяет ресурс работы машины. При этом интен- сивность изнашивания зависит не только от вида материала и его механических свойств, но и от состояния поверхностного слоя деталей. Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (чаще по- перечного), получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью (чаще всего в нормальном сечении). Для отделения шероховатости поверхности от дру- гих неровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волни- стости) ее рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной l. Базой для отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля т. Для количественной оценки и нормирования шерохо- ватости поверхностей ГОСТ 2789—73* (рис. 1) устанавливает шесть параметров: три высотных (R a , R z , R mах ), два шаговых (S m , S) и параметр относительной опор- ной длины профиля (t р ). Параметры R a , R z представляют собой среднюю высоту неровностей профиля (R a — всех неровностей; R z — наибольших неровностей), параметр R max — 28 полную высоту профиля. Параметры S и S m характе- ризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей (максимумов) профиля и точек пересечения профиля со средней линией (нулей профиля). Параметр t р содержит наибольшую информацию о высотных свойствах профиля (он комплексно ха- рактеризует высоту и форму неровностей профиля), так как она аналогична функции распределения. В продольном направлении t р позволяет судить о фактической пло- щади контакта при контактировании шероховатых поверхностей на заданном уровне сечения р. В процессе трения рабочих поверхностей в машинах и механизмах наблюдается начальный, более интенсивный период изнашивания, когда поверхности прирабатыва- ются. Трущиеся поверхности вначале контактируют по вершинам микронеровностей, в результате чего происходят их срезание и пластическое деформирование. К концу при- работки высота исходной шероховатости уменьшается на 65...75 %, а площадь факти- ческого контакта возрастает, что приводит к уменьшению контактных давлений. По- этому интенсивность изнашивания резко падает, и в дальнейшем про- исходит равномерное изнашивание, определяющее срок службы детали. Снижению износа способствует наличие смазки между трущимися поверхностями (рис. 2). Установлено, что в результате приработки на тру- щихся поверхностях образуется оптимальная шерохова- тость, характерная для конкретных условий работы со- единения (давление, скорость скольжения, наличие сма- зочного материала, физико-механические свойства ма- териалов деталей и т.д.). Поэтому, если в процессе обра- ботки деталей на их поверхностях обеспечить шерохова- тость, близкую к оптимальной, длительность приработки и изнашивание будут наименьшими. Это положение подтверждается зависимостью интенсивности изнаши- вания от исходной шероховатости трущихся поверхно- стей (рис. 3). Как отмечалось, оптимальная по износостойкости шероховатость поверхности деталей зависит от вида соединения и конкретных условий их эксплуатации. Так, для рабочих поверхностей беговых дорожек под- Рис 1. Параметры шероховатости поверхности Рис 2 Схемы контакта сопряженных деталей Рис. 3. Характерная зависи- мость износа поверхности де- тали I от шероховатости Rа: 1- при легких, 2- при тяжелых условиях работы деталей 29 шипников качения оптимальна шероховатость R а = 0,04...0,08 мкм, для зеркала цилиндров двигателей R а = 0,08...0,32 мкм, для пальца в соединении его с порш- нем R а = 0,16...0,63 мкм, для отверстия в бобышке поршня R а = 0,63...1,25 мкм. От шероховатости поверхности зависит сопротивление усталости деталей. Усталостному разрушению металла способствуют отдельные дефекты и неровности на поверхности детали, которые являются источниками концентрации напряжений. При грубой обработке, когдана поверхности имеются глубокие риски, последние выступают в роли первичных очагов концентрации напряжений. Во впадинах не- ровностей при циклических и знакопеременных нагрузках возникают субмикроско- пические трещины, которые в дальнейшем разрастаются и приводят к образованию усталостных трещин и разрушению детали. Чем грубее шероховатость, тем больше на ней впадин и глубоких рисок, на дне которых концентрируются и собираются корродирующие вещества, и поэтому здесь коррозия поверхности происходит интенсивнее. С уменьшением шероховатости коррозионная стойкость деталей повышается. Влияние микротвердости на эксплуатационные свойства деталей. В про- цессе трения происходит механическое (внедрение) и молекулярное (притяжение, схватывание) взаимодействие поверхностей. Молекулярное взаимодействие со- путствует механическому, и степень их относительного проявления зависит от конкретных условий изнашивания. Но для снижения изнашивания деталей необ- ходимо уменьшить взаимное внедрение трущихся поверхностей, чтобы предот- вратить их схватывание. Поэтому повышение микротвердости при механической обработке способствует уменьшению внедрения и контактного схватывания, а следовательно, увеличивает износостойкость трущихся поверхностей. Влияние остаточных напряжений на эксплуатационные свойства дета- лей. В настоящее время на основании ряда исследований установлено, что оста- точные напряжения в поверхностном слое деталей независимо от их знака не ока- зывают заметного влияния на износостойкость деталей при трении. Объясняется это тем, что в процессе трения происходит интенсивное пластическое деформиро- вание трущихся поверхностей. Величина сил трения и интенсивность изнашивания деталей в значительной степени связаны с шероховатостью поверхности, являющейся одним из основных параметров качества поверхностного слоя детали. Из-за неровностей на поверх- ности соприкосновение трущихся деталей в начальный период работы происхо- дит не по всей номинальной площади, а лишь по вершинам неровностей. В ре- зультате в местах фактического контакта возникают большие давления, обуслов- ливающие в начальный период работы машины интенсивный износ деталей. Од- новременно между трущимися поверхностями быстро увеличивается зазор. Этот период работы машины называют приработкой (рис. 4 участок I). Процесс приработки является достаточно важным в работе машины, по- скольку именно в этот период в случае перегрузки отдельных деталей и узлов мо- гут возникнуть различные задиры и заедания работающих деталей. 30 В процессе приработки высота неровностей постоянно уменьшается до некоторого опти- мального значения, которое различно для раз- ных условий трения. Эти условия определяются скоростью скольжения, нагруженностью узла, наличием и видом смазки, видом трущихся ма- териалов и другими факторами. После приработки процесс изнашивания протекает более медленно и становится доста- точно стабильным на весь период эксплуатации машины, определяемый ее сроком службы. Поэтому в процессе создания машины желательно назначать такие параметры шероховатости трущихся поверхностей, кото- рые соответствовали бы шероховатости приработанных деталей. В период нормальной эксплуатации износ определяется физико- механическими свойствами поверхностного слоя и режимами работы трущейся пары. Особенно большой износ наблюдается при частых пусках машин, когда нарушается режим смазки поверхностей трения. Достаточно часто это связано с их задирами и схватыванием. В конце периода нормальной работы (участок II) интенсивность изнашива- ния деталей нарастает (участок III), а величина износа достигает таких величин, когда дальнейшая эксплуатация машины становится практически невозможной. Поэтому в конце периода естественного изнашивания необходима остановка ма- шины и проведение определенного объема работ по техническому обслуживанию и ремонту. 4. Порядок выполнения практического занятия 4.1. Общие указания В часы самостоятельной работы накануне занятий обучающиеся изучают теоретический материал, знакомятся с объемом и порядком выполнения задания. К выполнению работы допускаются обучающиеся, изучившие настоящее ме- тодические указания по выполнению практического занятия и ответившие на кон- трольные вопросы к данному занятию. Неподготовленные обучающиеся готовят- ся в этой же аудитории и могут быть допущены к практическому занятию после повторного опроса. Завершение выполнения задания и последующий зачет про- водится, в этом случае, в часы самостоятельной работы. Работа выполняется обучающимися самостоятельно, под наблюдением пре- подавателя. Задание, выдаваемое преподавателем, предусматривает расчет изме- нения ресурса агрегата при увеличении допустимого зазора в подвижном соеди- нении. Для выполнения задания необходимо иметь тетрадь для лабораторных и практических занятий по изучаемой дисциплине, калькулятор. При выполнении задания используются материалы данного Пособия, образец выполнения задания. Рис. 4 Зависимость износа сопряжен- ной пары от времени ее работы 31 4.2. Пример выполнения задания Ресурс авиационного агрегата определяется износом подвижного соединения вал-втулка и равен 400 часов. Поверхности трения обработаны по 9-му классу. За периоды приработки и установившегося изнашивания величина зазора в подвижном соединении увеличилась на 0,02 мм. Определить возможное изменение ресурса аг- регата при увеличении максимально допустимого в подвижном соединении на 25%. Исходная шероховатость поверхностей деталей и условия их работы не изменяются. При расчетах принимать, что в период приработки деталей исходные неровности шероховатостей поверхности изнашиваются полностью, а установившееся изнаши- вание подчиняется линейному закону. При определении ресурса агрегата период приработки не учитывать. Решение. Для 9-го класса чистоты поверхности (таблица 1) высота микроне- ровностей составляет: R а = 0,32 мкм, R z = 1,6 мкм, базовая длина l б = 0.25 мм. Ре- сурс Т 1 = 400 ч. Изменение зазора увеличилось на S 1 = 0,02 мм. Таблица 1. Класс шероховатости поверхности Класс шероховатости R а R z Базовая длина 4 10 40 2,5 5 5 20 2,5 6 2,5 10 0,8 7 1,25 6,3 0,8 8 0,63 3,2 0,8 9 0,32 1,6 0,25 10 0,16 0,8 0,25 11 0,08 0,4 0,25 12 0,04 0,2 0,25 1. Определяем увеличение зазора за время приработки: S 1пр. = 4 R z = 4×1,6×10 -3 = 6,4×10 -3 мм. 2. Определяем увеличение зазора за время установившегося изнашивания: S 1 уст = S 1 – S 1 пр. = 0,02 - 6,4×10 -3 = 0,0136 мм. 3. Предельное изнашивание со- ставляет: S 1пред. = S 1 уст + S пр = 6,4×10 -3 + 0,0136 = 0,02 мм 4. Для определения изменения ресурса строим график (рис. 5) из- менений изнашивания за время ра- боты агрегата с учетом линейной за- висимости и составляем соотноше- ние установившегося изнашивания при заданном ресурсе и определяе- мом: = , откуда определяем измененный ресурс: Т 2 = Т 1 : Рис 5. Изменение изнашивания за время работы 32 5. Определяем S 2 уст . Т.к. зазор за время измененного ресурса увеличился на 25%, а за время приработки зазор увеличился на 0,02 мм, то: S 2 уст . = 1,25× S 2пред. - S 1пр. 1,25×0,02 - 6,4×10 -3 = 0,0186 мм. 6. Определяем изменившийся ресурс: Т 2 = Т 1 : = 400 = 547ч. Ответ: ресурс изменился на 147 ч. Таблица 2. Варианты заданий 4.3 Оформление результата занятия Каждый студент после выполненных расчетов своего варианта задания дела- ет вывод о полученных результатах практического занятия. После выполнения задания производится защита практического занятия, со- стоящая в представлении преподавателю полученных результатов и ответа на контрольные вопросы. Контрольные вопросы для подготовки к занятию. 1. Какими показателями характеризуется качество обработанной поверхно- сти? 2. От каких факторов зависит расчетная высота микронеровностей? 3. В чем причины несоответствия расчетных и действительных значений микронеровностей обработанной поверхности? 4. Как режимы резания влияют на шероховатость обработанной поверхно- сти? 5. Перечислите основные причины возникновения наклепа. 6. Каково воздействие силового и теплового факторов процесса резания на величину и знак остаточных напряжений? 7. На какие эксплуатационные характеристики детали оказывают влияние шероховатость обработанной поверхности, наклеп и остаточные напряжения? Ресурс. ч Класс шероховатости % изменения зазора Δ изменения зазора, мм 500 8 20 0,02 400 9 15 0,02 700 11 25 0,015 800 10 20 0,025 700 8 25 0,024 700 9 10 0,01 800 12 15 0,03 900 11 10 0,03 400 10 25 0,025 500 8 10 0,015 700 7 15 0,015 900 10 20 0,025 400 12 25 0,025 600 8 15 0,015 700 9 25 0,02 400 8 20 0,025 700 10 25 0,025 |