Геометрическая точность детали и изделия

1. Геометрическая  точность детали и изделия

В общем случае под точностью  понимается степень приближения  фактического значения параметра к  заданному значению.

Между геометрической точностью  изделия и выполнением им служебного назначения имеют место качественные и количественные связи. Рассмотрим их на конкретных примерах.

Геометрическая  точность детали. Под геометрической точностью детали понимается степень приближения реальной детали к ее геометрическому прототипу. Точность детали определяется измерением ее погрешности (под погрешностью детали понимается степень отличия реальной детали от ее геометрического прототипа).

Оценка точности детали осуществляется с помощью ряда показателей. Для  оценки погрешности надо сопоставить  реальный контур детали с контуром ее прототипа. Для этого необходимо относительно контура прототипа  записать измеренный контур реальной детали. Если деталь больших размеров, то обеспечить это физически затруднительно из-за потребности в большой площади. Кроме того, при высоких требованиях  к точности потребуется дополнительно  увеличить размеры контура, что  приведет к еще большим размерам. При расположении контура детали относительно контура прототипа  возникает многовариантность решения этой задачи, а отсюда и неоднозначность в оценке погрешности.

В итоге пошли по пути оценки точности детали с помощью  группы показателей точности. Поскольку  деталь представляет собой совокупность элементарных поверхностей, то условились оценивать точность Детали через  точность ее поверхностей и их относительного положения.

Точность поверхности  определяется точностью ее размеров и гео-метрической формы.

Размер понимается как  расстояние между двумя небольшими участками двух или одной поверхности, поэтому практически в подавляющем  большинстве случаев безразлично, от которой из двух поверхностей или  от какой из выбранных частей одной  поверхности до другой производится измерение расстояния. В соответствии с этим размер принято изображать двусторонней стрелкой, соединяющей  участки измеряемых поверхностей или  одной поверхности.

Точность геометрической формы поверхности описывается  с помощью трех показателей точности: макрогеометрии, волнистости и микро- Геометрии:

1) под макрогеометрическими отклонениями понимают отклонения реальной поверхности от правильной геометрической формы в пределах габаритных размеров этой поверхности (например, отклонение плоской поверхности от плоскостности, поверхности кругового цилиндра, конуса, шара от их геометрических прототипов);

2) под волнистостью понимают периодические неровности поверхности, встречающиеся на участках протяженностью от 1 до 10 мм;

3) под микрогеометрическими отклонениями (микронеровностями) понимают отклонения реальной поверхности в пределах небольших ее участков, обычно размером 1мм2 (микрогеометрические отклонения называют шероховатостью поверхности).

Недостаток дифференциального  метода оценки точности детали заключается  в необходимости установления связей между всеми показателями точности.

Между показателями точности детали существуют качественные и количественные взаимосвязи. Пока можно говорить только о качественных связях, так как  функциональных зависимостей, существующих между перечисленными показателями точности детали, до сих пор в  общем виде не установлено.  Не зная микроотклонений, трудно говорить о точности формы (в смысле макрогеометрических отклонений), так как при измерении макроотклонений в измеренную величину в качестве одного из слагаемых войдут микронеровности, если не будет предпринято специальных мер для исключения их влияния.

Не зная макроотклонений поверхности, также трудно судить об отклонениях поворота одной поверхности относительно другой, так как при измерении этого отклонения макроотклонения будут влиять на величину измеренного отклонения. При некоторых же формах макроотклонений поверхности практически не представляется возможности даже измерить отклонение поворота одной поверхности относительно другой без введения особых условий и специальных методов измерения.

Если отклонение от параллельности измерять, например, с помощью уровня, то при его непосредственной установке  на отдельные участки выпуклой поверхности  остается неизвестным, какую величину его отклонения и на каком участке  измеряемой поверхности считать  за отклонение от параллельности.

Только установив по краям  измеряемой поверхности детали две  калиброванные плитки  и наложив  уровень на поставленную на них линейку, можно условно говорить об отклонении этой поверхности от параллельности второй поверхности, посредством которой  деталь установлена на контрольной  плите.

Трудно также говорить о точности расстояния между двумя  поверхностями, так как на измеренное отклонение оказывают влияние отклонения поворота поверхности, макро- и микроотклонения.

Из изложенного следует:

1) измерение точности  детали должно начинаться с  измерения микронеровностей, затем  должны измеряться макронеровности, далее отклонения поворота поверхности и, наконец, точность расстояния или размера;

2) допуски на расстояния  и размеры поверхностей детали  должны быть больше допусков  на величину отклонений поворота  поверхностей, которые, в свою  очередь, должны быть больше  допусков на макрогеометрические отклонения, а последние больше допусков на микрогеомет¬рические отклонения.

После изготовления деталь подлежит контролю, по результатам  ко-торого устанавливается соответствие ее геометрических погрешностей допускам.

Геометрическая  точность конструкции изделия. Изделие выполняет свое служебное назначение посредством относительного движения или положения исполнительных поверхностей, поэтому под геометрической точностью изделия понимается степень соответствия фактической траектории относительного движения или положения исполнительных поверхностей заданному движению или положению, которые являются функцией точности деталей изделия.

Рассмотренные выше показатели, характеризующие точность детали, целиком  используются и для характеристики точности изделия. Различие заключается  только в том, что у детали все  показатели точности относятся к  поверхностям только данной детали, у  изделия же они относятся к  исполнительным поверхностям, принадлежащим  различным деталям изделия.

Если точность деталей  влияет на точность относительного движения или положения исполнительных поверхностей изделия, то геометрическая точность конструкции  всего изделия или его механизмов влияет на качество выполнения им служебного назначения.

Исходя из изложенного  выше, точность изделия характеризуется  следующими основными показателями:

1) точностью относительного движения исполнительных поверхно-стей изделия;

2) точностью расстояний между исполнительными поверхностями или заменяющими их сочетаниями поверхностей и размеров;

3) точностью относительных поворотов исполнительных поверхностей;

4) точностью геометрических форм исполнительных поверхностей;

5) шероховатостью исполнительных поверхностей.

2. Качество поверхностного слоя детали

Другим важнейшим показателем  качества детали, обеспечивающим выполнение ею служебного назначения, и выполнение которого связано с существенными  затратами при изготовлении деталей, является качество поверхностного слоя.

Под поверхностным слоем  детали понимается как сама поверхность, полученная в результате обработки, так и слой материала, непосредственно  прилегающий к ней.

Детали работают в разнообразных  условиях. В зависимости от на-значения изделия и условий его работы детали могут подвергаться коррозионному воздействию, воспринимать большие нагрузки, испытывать контактное взаимодействие с другими деталями и т.д. Поэтому детали должны обладать контактной жесткостью, сопротивлением усталости, коррозионной стойкостью, износостойкостью и другими свойствами, во многом зависящими от качества поверхностного слоя. Например:

— скорость и характер изнашивания детали в значительной степени зависят от высоты неровностей поверхности, их направления, твердости поверхностного слоя и др.;

— прочность неподвижных посадок сопрягаемых деталей непосредственно связана с шероховатостью сопрягаемых поверхностей;

— сопротивление усталости деталей зависит от шероховатости их поверхностей, наличия отдельных повреждений, способствующих кон-центрации напряжений и т.д.

В связи с изложенным наружный слой детали, как правило, по своим  физико-химическим свойствам отличается от свойств основного материала  детали. Он формируется при изготовлении и эксплуатации и по глубине может составлять от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Поверхностный слой характеризуется геометрическими характеристиками и физико-химическими свойствами.

Под геометрическими характеристиками поверхностного слоя понимают макроотклонение, волнистость, шероховатость и субшероховатость .

Поверхностные остаточные напряжения оцениваются макронапря-ениями 1-го рода, макронапряжениями 2-го рода и статическими искажениями решетки (напряжения 3-го рода).

Поверхностные напряжения или  наклеп оцениваются степенью деформирования, глубиной наклепа, степенью наклепа, градиентом наклепа и макродеформацией решетки.

Структура поверхностного слоя оценивается: размером зерна; плотностью дислокаций; концентрацией вакансий; размером блоков; углом разориентации блоков; размером областей когерентного рассеяния; сред- неквадратическим смещением атомов, вызванным статическими искаже-ниями решетки; среднеквадратическим смещением атомов, вызванным их тепловыми колебаниями.

Оценка геометрических характеристик  и физико-химических свойств может  быть непараметрической и параметрической.

Непараметрическая оценка заключается  в графическом изображении макроотклонения, волнистости, шероховатости, субшероховатости, структуры, распределения остаточных напряжений и наклепа поверхно-стного слоя для визуального сравнения. В частности, для непараметрической оценки шероховатости используют профилограммы, кривые опорных длин профиля, кривые распределения ординат или вершин профиля, спектрограммы профиля, топограммы и т.п.

При параметрической оценке характеристик поверхностного слоя деталей машин используются приведенные  ниже параметры.

Макроотклонение (отклонение формы) характеризуется:

- максимальным макроотклонением Нmax , мкм;

- высотой сглаживания макроотклонения (расстояние от средней линии профиля до огибающей) Hp, мкм.

Отклонение формы нормируется  значением допуска формы поверх-ности и рекомендована ее взаимосвязь с допуском на размер.