При совершенно любом способе обработки металлов путем резания на обработанной поверхности обязательно остаются различные мелкие неровности, то есть — шероховатость. Во время грубой обработки, к примеру, при черновом строгании или фрезеровании такие неровности (следы от зубьев фрезы или от резца) достаточно хорошо просматриваются даже невооруженным глазом.

Если высоту этих неровностей измерить, то окажется, что она весьма велика и достигает до 100 мкм и более. Во время чистовой обработки высота неровностей уменьшается, то есть: после обработки торцовой фрезой «чистовой» она может быть равной в 5-10 мкм (что соответствует: 0,005-0.010 мм), а во время тонкого фрезерования и обработки фрезами с зачистным зубом в 1,5-5 мкм (что соответствует: 0,0015-0,006 мм).

Виды неровностей и как их определить

Неровности на обработанной поверхности иногда бывают настолько малы, что их практически невозможно различить простым глазом, например, глядя на прекрасно отполированную поверхность, очень трудно сказать, что она имеет шероховатость. Даже если рассматривать данную поверхность через лупу (увеличительное стекло), то невозможно заметить следы обработки. Однако если использовать специальный оптический прибор, то следы обработки можно обнаружить достаточно легко. Нужно понимать, что какими бы микроскопическими были неровности на уже обработанной поверхности, они оказывают весьма и весьма большое влияние непосредственно на качество самой работы и, конечно же, на долговечность деталей, то есть на все эксплуатационные свойства машины – в целом.

Влияние шероховатости на износ деталей

От шероховатости поверхности зависит и трение, и износ различных деталей машин. Абсолютно каждая пара взаимно сопряженных деталей обязательно соприкасается друг с другом личными поверхностями, на которых, как правило, имеются неровности в виде впадин и выступов. Такие неровности существенно затрудняют взаимное перемещение деталей, потому как между ними значительно увеличивается трение. При работе машин значительная часть энергии расходуется именно на преодоление сил трения. К примеру, при работе фрезерного станка приблизительно 5 часть затрачиваемой энергии расходуется непосредственно на преодоление сил трения, при этом только 4/5-и на полезное функционирование (т. е. работу резания).

Для того чтобы снизить силы трения, нужно уменьшить шероховатость обработанных поверхностей всех сопрягаемых деталей. В тех же случаях, когда нагрузка на эти детали достаточно велика, лучше всего применять более шероховатые поверхности. К примеру, работающий в подшипниках скольжения тяжелый вал, при остановке из зазора выжмет масло и соответственно опустится на поверхность подшипника. При этом если поверхности подшипника и вала чрезвычайно гладкие, то масло, как правило, выжимается полностью, что непосредственно может спровоцировать молекулярное схватывание деталей.

В момент, когда вал начинает вращаться, в этот период происходит трение без смазки (т. е. всухую), при котором вал и подшипник достаточно быстро изнашиваются, и на них образуются так называемые «задиры». Именно поэтому небольшие неровности на уже обработанной поверхности служат некими резервуарами для масла, которое в свою очередь позволяет смазывать вал в тот момент, когда он трогается с места. Поэтому при дальнейшем вращении непосредственно именно вал увлекает в зазоры новые порции масла, таким образом, масляная пленка постепенно восстанавливается.

Само собой разумеется, что даже в данном рассмотренном случае все неровности должны быть достаточно небольшими примерно в (3-6 мкм). Такую шероховатость поверхности на валах можно получить путем шлифования, а на плоских поверхностях даже путем тонкого фрезерования.

В быстроходных и точных машинах, где очень маленькие зазоры между сопрягаемыми деталями, для уменьшения сил трения, а также увеличения износостойкости зачастую приходится добиваться самой минимальной шероховатости поверхности деталей.

Многочисленными исследованиями установлено, что для различных условий износа существуют соответствующие данным условиям оптимальные значения шероховатости, то есть, при которых непосредственно износ сопрягаемых деталей является наименьшим. Конструкторы на чертежах обычно задают именно такую шероховатость.

Шероховатости в конструкциях с прессовым соединением

При прессовых соединениях прочность объединения деталей достигается путем создания натяга определенной величины, которая получена точным расчетом. При этом сам натяг напрямую зависит исключительно от фактических размеров сплачиваемых деталей. Во время обработки деталей их размеры тщательно проверяются измерительным инструментом, который устанавливается на неровности обработанной поверхности. Во время запрессовки данные неровности частично сминаются. Вал в результате становится меньше, а то отверстие, куда непосредственно он запрессовывается становиться больше измеренного, поэтому действительный натяг, как правило, получается меньше расчетного, из-за этого прочность соединения существенно снижается. Посему для деталей, собираемых запрессовкой, задается низкая шероховатость обработанной поверхности.

Прочность деталей

Стоит учесть, что именно от шероховатости поверхности напрямую зависит и прочность деталей. Разрушение деталей машин при переменных нагрузках, как правило, начинается с образования незначительных трещин на поверхности детали. Но нужно учесть, что для наиболее ответственных деталей даже самые мелкие царапины на поверхности, полученные обработкой при резании, могут выступать в роли основной причины разрушения. Однако это может обернуться и наоборот, то есть тщательнейшая отделка поверхностей деталей вполне способна существенно повысить усталостную прочность материала.

Снижение шероховатости поверхности

Снижение шероховатости поверхности, как правило, увеличивает антикоррозионную стойкость деталей (т. е. неровные поверхности намного быстрее поддаются коррозии). Низкая шероховатость поверхности потребна и в таких соединениях, когда необходимо обеспечить плотное прилегание одной детали к другой (к примеру, плоскости разъема корпусов редукторов, где большая вероятность протечки масла) и герметичность соединения. Также низкая шероховатость поверхностей нужна для удобства работы на станке (например, у его рукояток), для содержания деталей в идеальной чистоте, для придания деталям презентабельного внешнего вида в соответствии со всеми требованиями технической эстетики производства.

Во всех случаях обработки различных заготовок стремление получить более гладкую поверхность – практически нецелесообразно и соответственно невыгодно экономически, именно поэтому конструкторы при проектировании современных машин стремятся до минимума снизить размеры и число чисто обрабатываемых поверхностей, естественно не в ущерб эксплуатационных качеств машины.

Конструктор, как правило, должен обозначить на чертежах, какие именно поверхности необходимо обработать, а также указать, какую именно шероховатость должны иметь те или иные поверхности. С одной стороны, даже самое незначительное изменение шероховатости поверхности способно привести к значительному ухудшению или же наоборот улучшению качества работы машины.

Если смотреть с другой стороны, то необоснованное повышение запросов к шероховатости автоматически увеличивает стоимость изготовления детали. К примеру, себестоимость чистовой обработки непосредственно, при которой достигается необходимая величина неровностей на поверхности, например, в 1-2 мкм, будет в 3-5 раз выше стоимости чистовой обработки, которая обеспечивает высоту неровностей, например, в 10-15 мкм. Поэтому для установления требований к шероховатости поверхности, конструктор в обязательном порядке пользуется условными обозначениями, которые в свою очередь предусмотрены стандартом и ГОСТом к конкретной детали.