Аномалии и пороки развития. Тератогенез. Канцерогенез

1. Поверхностный слой деталей

     В процессе изготовления и эксплуатации детали на её поверхности возникают  неровности, в слое металла, прилегающем  к ней, изменяются структура, фазовый  и химический состав. В детали возникают  остаточные напряжения. Слой металла  с измененными структурой, фазовым и химическим составом по сравнению с основным металлом, из которого изготовлена деталь, называется поверхностным слоем. Внешняя поверхность слоя граничит с окружающей средой или с сопрягаемой деталью. Неровности на поверхности детали, структура, фазовый и химический состав поверхностного слоя изменяют ее физико-химические и эксплуатационные свойства. При эксплуатации поверхностный слой  детали подвергается наиболее сильному физико-химическому воздействию: механическому, тепловому, магнитоэлектрическому, световому, химическому и др. Потеря деталью своего служебного назначения и ее разрушение в большинстве случаев происходит с поверхности, например, усталостная трещина, износ, эрозия, коррозия развиваются с поверхности детали. Поверхностный слой оказывает существенное влияние на надежность и долговечность работы детали, узла  и машины в целом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности после  механической обработки – это геометрический след режущего инструмента  (металлического или абразивного), искаженный в результате пластической и упругой деформации и сопутствующей  процессу резания  вибрацией  технологической  системы. Причинами, обусловливающими видоизменение и искажение основного геометрического профиля, являются  также копирование микронеровностей  рабочих кромок резца  и абразивных зерен  и образование зубцов нароста, приставших к поверхности детали, упругое поднятие материала детали после прохода режущего инструмента  и другие технологические факторы, определяющие условия механической обработки (зазоры во вращающихся деталях станка, несбалансированность их и др.). Режущий инструмент разрушает на своем пути разнообразно расположенные зерна металла; некоторые из них, имеющие соответствующие ориентацию, срезаются, другие разрушаются отрывом с образованием мельчайших трещин в поверхностном слое детали. Геометрические характеристики неровностей тесно связаны с физико-химическими и процессами разрушения металла при обработке резанием. Так, шероховатость поверхности при обработке хрупких металлов представляется в виде треугольных углублений, отвечающих форме вырванных зерен; в вязких металлах при больших скоростях резания, сильно деформированные неровности имеют форму чешуек. Шероховатость поверхности принято определять по ее профилю, который представляет собой линию пересечения поверхности плоскостью, перпендикулярной направлению неровностей. При этом  профиль рассматривается на длине базовой линии, относительно которой определяются и оцениваются параметры шероховатости поверхности. При определении параметров профиля отсчет высот неровностей производится от средней линии профиля. Средняя линия профиля - это базовая линия, имеющая форму номинального профиль и делящая реальный профиль так, что в пределах базовой длины сумма квадратов отклонений профиля от этой линии минимальна. Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией выступов профиля. Линию, эквидистантную средней линии профиля и проходящую через низшую точку профиля в пределах базовой длины, принято называть линией впадин профиля. Значительное распространение для оценки шероховатости в машиностроении получили такие параметры как высота неровностей профиля по десяти точкам R_z, среднее арифметическое R_a и среднеквадратичное R_q отклонение профиля. Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z определяется как среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины высот пяти наибольших выступов y_pm и глубин пяти наибольших впадин профиля y_vm:        где - высота i-го наибольшего выступа профиля; -глубина  i-й наибольшей впадины профиля. Среднее арифметическое отклонение профиля R_a - среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l :    или приближенно   где у - отклонение профиля, определяющее расстояние между точкой реального профиля и базовой линией (средней линией профиля); п -число выбранных точек на базовой длине. Среднеквадратичное отклонение профиля R_q есть среднеквадратичное значение отклонений профиля в пределах базовой длины или приближенно                     

  Длина отрезка средней линии, пересекающего профиль в трех соседних точках и ограниченного двумя крайними точками, называется шагом неровностей профиля. Средний шаг неровностей профиля S_m - это среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины:                                                        где п - число шагов в пределах базовой длины .Средний шаг неровностей профиля по вершинам S - это среднее арифметическое шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины:                                                        где n- число шагов неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины.

Длина профиля L_o - это длина, получающаяся, если все выступы и впадины профиля, находящиеся в пределах базовой длины, вытянуть в прямую линию. Относительная длина профиля l_o— это отношение длины профиля L_o к базовой длине l:    Опорная длина профиля l_p-определяется суммой длин отрезков, отсекаемых на заданном уровне р выступов профиля линией, эквидистантой средней линии в пределах базовой длины:   где b_i - длина отрезка, отсекаемого на выступе профиля.   Для сопоставления размеров опорных поверхностей, обработанных различными методами, удобно пользоваться понятием относительной опорной длины профиля t_p,определяемой отношением опорной длины профиля к базовой длине:                                     Обозначение шероховатости поверхности двумя и более параметрами производится сверху вниз в следующем  порядке: высота неровностей, шаг неровностей, относительная опорная длина профиля.

При назначении параметров шероховатости поверхностей рекомендуется их величину согласовывать  с допусками размеров Т_р , формы T_Ф и расположения поверхностей Т_п. В этом случае значение высоты неровностей R_z можно определять следующим соотношением: , где K_p - коэффициент, зависящий от квалитета, вида погрешностей (формы или расположения) и отношения Тф(Тп)/Т-р (табл.3)Таблица 3- Значения коэффициента К_р

При отношении  Т_ф (Т_п)/Т_р<0,4 для  квалитетов от 3 до 8 и при отношении   Т_ф (Т_п)/Т_р <0,25 для всех квалитетов параметр R_z определяют по формулам: ; . Числовые значения коэффициентов формы К_ф и расположения поверхностей К_п принимают: для погрешностей формы (неплоскостность, нецилиндричность и др.) К_ф=0.7; для погрешностей расположения поверхностей (непараллельность, несоосность) К_п=0.5. Переход от параметра R_Z к параметру R_a  производят по соотношениям: при мкм; при мкм. После вычисления параметр R_a округляют до ближайшего значения из ряда стандартных чисел. 

3.  Влияние методов и режимов обработки на шероховатость поверхности

На величину, форму профиля и направление  неровностей оказывает влияние  множество факторов: метод обработки, геометрия инструмента и степень  его притупления, режимы резания, охлаждение, вибрации, механические свойства обрабатываемого  материала. При точении, растачивании, строгании, торцевом фрезеровании большую роль играют геометрические факторы: увеличение радиуса при вершине резца, уменьшение главного и вспомогательного углов в плане дает уменьшение высоты неровностей. За счет износа или некачественной заточки инструмента шероховатость при точении может увеличиться на 50-60%.

Влияние скорости резания проявляется через изменение температуры в зоне обработки. Температура определяет наростообразование при резании. На рисунке 21 кривая 2 зависимости высоты неровностей R_z от скорости резания повторяет кривую 1 зависимости для нароста. При скоростях малых и больших, когда нарост отсутствует, R_z будет минимальной.

Влияние подачи на высоту и форму неровностей обусловлено геометрическими соотношениями копирование профиля резца. Оно проявляется так же в связи с пластическими и упругими деформациями в зоне резания. Особенно заметно влияние подачи через пластические деформации в зоне малых (менее 0,02 мм/об) и больших подач (рис.).

Глубина резания  оказывает слабое влияние на шероховатость.

  Механические свойства  обрабатываемого  материала влияют на шероховатость через пластическую деформацию в зоне резания. Вязкие и пластичные материалы дают при обработке их резанием грубые и шероховатые поверхности.

Нормализация заготовок  из углеродистой стали способствует получению однородной, мелкозернистой структуры, при этом шероховатость  резко уменьшается. В целом с  повышением твердости материала, R_z уменьшается.

     С применением СОЖ, трение уменьшается, температура понижается, а, следовательно, улучшается стружкообразование. Высота микронеровностей уменьшается. При шлифовании образование шероховатости связано с особенностями процесса, когда развиваются очень большие удельные давления резания и высокий разогрев металла в тонком поверхностном слое. По этому преобладающее значение здесь играют не геометрические, а физические факторы. Установлено, что шероховатость уменьшается, если увеличивать окружную скорость вращения заготовки уменьшить продольную и поперечную подачи, применять высаживание (шлифование без поперечной подачи). Большую роль играет шлифовальный круг – зернистость материала, его твердость, структура связки, режим правки инструмента и его частота. 
 
 
 

4. Влияние поверхностного слоя  деталей на их эксплуатационные свойства

Поверхностный слой деталей оказывает влияние  на следующие эксплуатационные свойства: прочность  (статическую, циклическую, ударную), износостойкость, сопротивление коррозии, эрозии, кавитации, точность и надежность неподвижных посадок. Шероховатость и волнистость поверхности, структура, фазовый и химический состав поверхностного слоя по-разному влияют на эксплуатационные свойства деталей. Коррозионная стойкость трущихся поверхностей также резко снижается, так как по микронеровностям коррозия интенсивно распространяется вглубь металла. Существенно снижаются возможности измерения погрешностей размеров, формы и расположения поверхностей, имеющих повышенную шероховатость. Для трущихся поверхностей важнейшей эксплуатационной характеристикой является интенсивность их износа. 24 Зависимость интенсивности износа от времени работы.  На рис.  R_a1>R_a2

I – участок приработки;II – участок равномерного износа;III – участок интенсивного износа. Для поверхностей с меньшей шероховатостью время приработки поверхностей снижается и рабочий зазор уменьшается. Если износ по величине допустимого износа ограничен значением «А», то Т₂>T₁ , т.е. время эксплуатации поверхности, имеющей низкую шероховатость возрастает. На рисунке приведена зависимость износа от величины шероховатости поверхностей. Должна быть обеспечена  шероховатость, соответствующая минимальному износу (R_{a опт}) уменьшение шероховатости приводит к тому, что затрудняется смазка поверхностей, а при большей высоте микронеровностей снижается площадь фактического контакта поверхностей, и возрастают удельные нагрузки. Влияние шероховатости поверхности на усталость металла более изучено, чем для других характеристик поверхностного слоя. Шероховатость поверхности - это технологический концентратор напряжений, снижает прочностные характеристики металла независимо от вида напряженного состояния и температуры нагрева. Влияние шероховатости поверхности на сопротивление усталости обычно оценивается различными коэффициентами напряжений, связанными с геометрическими параметрами микронеровностей поверхности.

Теоретическая зависимость между коэффициентом  концентрации напряжений , и геометрическими параметрами мелких выточек (рисок), многократно повторяющихся на поверхности детали, была установлена Г. Нейбером. В этом случае теоретический коэффициент концентрации напряжений можно определить по формулам: при кручении и сдвиге    при растяжении и изгибе   где g-коэффициент разгрузки, зависящий от отношения шага неровностей к их высоте (рис. 26);Rz - высота микронеровностей; r - радиус кривизны на дне впадины.

Сопротивление усталости конструкционных материалов с перпендикулярным направлением микронеровностей снижается примерно в 1,5 раза больше, чем материалов с параллельным направлением  микронеровностей  при одинаковых значениях параметров (классов) шероховатости  поверхности. С улучшением чистоты обработки поверхности направления микронеровностей меньше влияет на усталостную прочность. 
 
 
 
 

5. Последовательность  разработки единичных   технологических  процессов

   Всю работу по проектированию   единичных   технологических процессов можно  условно разделить на ряд последовательно  решаемых задач.

1. Изучение и анализ рабочего чертежа детали;
2. Выбор вида, способа получения и формы заготовки;
3. Выбор числа ступеней обработки основных поверхностей детали;
4. Установление последовательности обработки основных поверхностей детали;
5. Разделение технологического процесса на этапы. Формирование плана операций (маршрутной технологии);
6. Выбор оборудования;
7. Выбор исходных, установочных и измерительных баз;
8. Выбор универсальной и нормализованной оснастки и разработка заказа на проектирование специальной оснастки;
9. Выбор средств механизации и автоматизации технологического процесса;
10. Разработка технических требований на операции;
11. Расчет припусков, операционных размеров и выбор операционных допусков;
12. Расчет режимов резания, нормирование операций;
13. Экономический анализ вариантов операций;
14. Составление планировок производственных участков и разработка операций перемещения изделия и отходов;
15. Оформление технологической документации.