A A A

GEOMETRYCZNA STRUKTURA POWIERZCHNI

O geometrycznej strukturze powierzchni decydują następujące odchy­lenia: Pojedyncze, makrogeometryczne odchylenia od zadanego kształtu (właściwie błędy kształtu powierzchni — eliptyczność, stożkowość po­wierzchni cylindrycznych itd.). Systematycznie powtarzające się liczne odchylenia makrogeomet­ryczne (falistość) — Hf. 3) Odchylenia mikrogeometryczne (chropowatość) — H„. Różnice pomiędzy tymi rodzajami odchyleń charakteryzuje skok L i stosunek skoku L do wysokości nierówności H (rys. 10). Tak więc dla makronierówności pierwszego rodzaju charakterystyczny jest stosunek — > 1000, tj. mała wysokość przy znacznej podstawie nierówności, dla makronierówności drugiego rodzaju (falistość) —stosunek = 30 — 1000, dla mikronierówności — stosunek — = 0 — 50. Pojęcie gładkości powierzchni dotyczy jej mikrogeometrii, tj. prawi­dłowości kształtu na małych wycinkach powierzchni. Pojęcie jakości powierzchni obejmuje odchylenia struktury powierz­chni drugiego i trzeciego rodzaju jak i fizyczne własności warstwy po­wierzchniowej. Jakość powierzchni ma wielkie znaczenie dla pracy części w maszy­nie. Wpływa ona na zużywanie się trących powierzchni. Im bardziej chro­powata jest trąca powierzchnia, tym szybciej ścierają się wystające wierz­chołki nierówności tej powierzchni. Wynika to stąd, że przy tarciu suchym trące o siebie powierzchnie stykają się wierzchołkami nierówności, przez co nacisk jednostkowy na nie staje się większy. Występy te ulegają zgnia­taniu lub ścinaniu przy ruchu jednej powierzchni po drugiej. W razie stosowania smaru jego błonka może być rozrywana przez wierzchołki nierówności i w tych miejscach może nastąpić tarcie suche. Schemat przebiegu procesu ścierania trących się powierzchni przed­stawiono na rys. 11. Na początku następuje przyspieszone ścieranie począt­kowe (odcinek I), podczas którego zo­stają usunięte najbardziej wystające nierówności powierzchni. Okres ten od­powiada docieraniu trących się po­wierzchni. W.tym czasie luz pomiędzy stykającymi się częściami szybko się powiększa. Następnie ścieranie jest wolniejsze (odcinek II) aż w końcu na­stępuje niszczenie trących się. Proces ścierania powierzchni za- leży od różnych czynników (szybkości wzajemnego przemieszczania się trących się powierzchni, ich odciążenia, rodzaju smarowania itp.). Spośród tych czynników znaczną rolę odgrywa jakość powierzchni — jej gładkość i stan fizyczny warstwy powierzch­niowej. Jest rzeczą zrozumiałą, że znaczne powiększenie z góry założonego luzu między trącymi się powierzchniami pogarsza pracę połączenia. Dla osiągnięcia zatem normalnej długotrwałości pracy współpracującej pary części jest rzeczą konieczną zapewnienie, aby przy obróbce odpowiednie granice wysokości występów na powierzchni części nie były przekraczane. Udowodniono doświadczalnie, że nie zawsze najgładsza powierzchnia jest najbardziej odporna na ścieranie. Przy zbyt gładkich stykających się powierzchniach i przy wielkich naciskach jednostkowych smar na po­wierzchni nie utrzymuje się, lecz jest wyciskany, co pociąga za sobą wzmożone zużywanie się powierzchni. Dlatego dla różnych warunków współpracy trących się powierzchni powinny być ustalone różne granice dopuszczalnej chropowatości. Zwykle od stopnia gładkości powierzchni zależy również wytrzyma­łość części. Ogólnie wiadomo, jak np. zostaje osłabione szkło przez nacię­cie na nim diamentem małej rysy (co wykorzystujemy przy przecinaniu szkła). Tak samo, jeśli na powierzchni części metalowej występują rysy, powstaje w tych miejscach koncentracja naprężeń, wskutek czego zmniej­sza się zmęczeniowa wytrzymałość części. Im bardziej gładko jest obro­biona powierzchnia części stalowej, tym część ta jest wytrzymalsza. Z tego punktu widzenia szczególne znaczenie ma gładkość powierzchni silnie obciążonych stalowych (zwłaszcza hartowanych) części. Wytrzy­małość części wykonanych z żeliwa i ze stopów metali nieżelaznych w mniejszym stopniu zależy od gładkości ich powierzchni. Od jakości powierzchni, zwłaszcza od gładkości obróbki, uzależniona jest wytrzymałość połączeń spoczynkowych. Osiągany rzeczywisty wcisk przy wtłaczaniu części o powierzchni chropowatej jest inny niż przy wtła­czaniu części o powierzchni gładkiej, jeśli wielkość średnicy jest ta sama. Wynika to stąd, że część jest mierzona wg wierzchołków występów. Zostają one zgniecione w czasie wtłaczania i przestrzeń zajmowana przez metal ściśnięty przy wciskaniu jest w tym przypadku mniejsza od obli­czeniowej . Od jakości powierzchni, a w szczególności od jej gładkości jest uzależ­niona odporność na korozję. Korodujące oddziaływanie gazów i cieczy (powietrza, wody i smaru itp.) na powierzchnię chropowatą jest większe niż na powierzchnię gładką, ponieważ substancje te mogą gromadzić .się w zagłębieniach pomiędzy występami, gdzie oddziałują aktywniej. Ich oddziaływanie jest skierowane w głąb metalu, przy czym przeżerają one podstawy występów, które w trących się powierzchniach mogą odrywać się pod wpływem sił tarcia. W utworzonych w ten sposób wyrwach korozja przebiega jeszcze intensywniej. Rozpatrywanie przyczyn powstawania błędów makrogeometrycznych (właściwie błędów kształtu) należy do zagadnień dokładności obróbki po­wierzchni. Dalej rozpatrzono zagadnienia związane z przyczynami powstawania falistości i chropowatości powierzchni. Falistość powierzchni jest zasadniczo zależna od drgań w czasie mechanicznej obróbki części. Zjawiska te nie są jeszcze dokładnie pozna­ne, jednakże prace badaczy radzieckich prof. P. E. Djaczenko, prof. A. J. Kaszirina, prof. A. P. Sokołowskiego, K. W. Wotinowa ułatwiły w znacz­nym stopniu zrozumienie zależności przy powstawaniu drgań obrabiarki, narzędzia i obrabianej części oraz znalezienie sposobów usunięcia odpo­wiednich szkodliwych wpływów. Drgania obrabiarki, narzędzia i obra­bianej części zmniejszają wydajność obróbki, a ponadto oprócz powodo­wania falistości obrabianej powierzchni stają się przyczyną zwiększania zgniotu na tej powierzchni. Drgania są również przyczyną zmniejszenia się trwałości narzędzia i rozluźnienia połączeń części obrabiarki. Przyczyny drgań są różne. Najważniejsze z nich są następujące: niewyważenie wirujących części obrabiarki, jej napędu i wiru­jących części obrabianych, drgania obrabiarki wywołane przez siły zewnętrzne (przez pracę innych maszyn, wady napędu obrabiarki, wstrząsy przekazywane obra­biarce przez podłoże i posadzkę itp.), okresowe wahania sił skrawania (z powodu np. przerywanego sty­kania się narzędzia z powierzchnią obrabianej części, wskutek nierówno­miernej wielkości naddatku na obróbkę, nieprawidłowego kształtu pół­fabrykatu lub z powodu wadliwego kształtu narzędzia wieloostrzowego itp.), 4) drgania o impulsach własnych, tj. drgania powstające w układach bez udziału zewnętrznych sił wzbudzających1). W tym przypadku siła zmienna podtrzymująca drgania powstaje i jest regulowana w wyniku samego ruchu, a przy przerwaniu tego ruchu zanika. Schemat układu mechanicznego, w którym powstają drgania o impul­sach własnych, przedstawiono na rys. 12. Na poruszającej się obiegiem taśmie 1 umieszczony jest ciężar 2 przytrzymywany przez dwie sprężyny. Siła tarcia powoduje pociąganie ciężaru do tej pory, aż jedna z naciąga­nych sprężyn nie odrzuci go w tył, wywołując naciąg drugiej sprężyny. Sprężyna ta w pewnym momencie zatrzyma powrotny ruch ciężaru, który znów będzie pociągany przez poruszającą się taśmę i proces po­wtórzy się od nowa. Analogiczne zjawisko zachodzi przy skrawaniu metali nożem (rys. 13): wiór spływający po powierzchni natarcia noża odgrywa rolę taśmy 1 (rys. 12), a nóż przypomina ciężar 2 dociśnięty do taśmy. W ten sposób koniec noża zaczyna drgać, co powoduje falistość obrabianej powierzchni. Tworzenie się mikronierówności (chropowatości) na powierzchni części jest w zasadzie następstwem pozostawienia przez krawędź skrawającą śladu na obrabianej powierzchni. Jednakże ślad ten nie jest odtworzeniem kształtu krawędzi skrawającej narzędzia; różni się od niego z następu­jących powodów: 1) podchwytywania i odrywania przez nóż poszczegól­nych warstw metalu obrabianej powierzchni, 2) tarcia między powierzch­nią przyłożenia noża i obrabianą powierzchnią, 3) drgań narzędzia i obra­bianej części.