Ποιότητα κατεργασμένης επιφάνειας. Αποκλίσεις 1ης, 2ης, 3ης, 4ης τάξης Τραχύτητα επιφάνειας Σκληρότητα Μικροσκληρότητα Παραμένουσες τάσεις

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ποιότητα κατεργασμένης επιφάνειας. Αποκλίσεις 1ης, 2ης, 3ης, 4ης τάξης Τραχύτητα επιφάνειας Σκληρότητα Μικροσκληρότητα Παραμένουσες τάσεις"

Ξενοφών Γκόφας
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ποιότητα κατεργασμένης επιφάνειας Αποκλίσεις 1ης, 2ης, 3ης, 4ης τάξης Τραχύτητα επιφάνειας Σκληρότητα Μικροσκληρότητα Παραμένουσες τάσεις Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons και δημιουργήθηκε στο πλαίσιο του Έργου των Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων από την Μονάδα Υλοποίησης του ΕΜΠ. Για υλικό που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ

3 Γενικά Ο όρος «ποιότητα» επιφάνειας αναφέρεται στην κατάσταση του επιφανειακού στρώματος ενός υλικού όπως προκύπτει - συνήθως - μετά από κατεργασία. Χαρακτηρίζεται από επιμέρους όρους γεωμετρική μορφή τραχύτητα κυμάτωση ίχνη επιφάνειας φυσικο-χημικές ιδιότητες χημική σύσταση μικροδομή μηχανικές ιδιότητες μικροσκληρότητα, παραμένουσες τάσεις. Είναι δυνατό μετά την τελική κατεργασία να διατηρούνται ιδιότητες προερχόμενες από τις αρχικές κατεργασίες, (πχ έλαση κοπή). Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 3

4 1ης τάξης μορφής 2ης τάξης κυμάτωση 3ης τάξης τραχύτητα επιφάνειας 4ης τάξης Αποκλίσεις γεωμετρίας Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 4

5 Τραχύτητα επιφάνειας Αυτή προκύπτει ως συνδυασμός ανωμαλιών σχετικά μικρού λόγου l/h (<50), σε αντιδιαστολή με την κυμάτωση που αντιστοιχεί σε λόγους l/h μεταξύ 50 και Μακρο-αποκλίσεις μορφής αντιστοιχούν σε λόγο l/h >1000. Το ύψος των ανωμαλιών κυμαίνεται από κλάσμα του 1 μm έως και πάνω από 1mm. Το σχήμα των ανωμαλιών έχει μεγάλη σημασία. «Μυτερές» κορυφές και κοιλάδες ελαττώνουν τη φέρουσα επιφάνεια και οδηγούν σε ταχύτερη κόπωση του υλικού. Γενικά, μικρή τραχύτητα επιφάνειας και κυμάτωση συνδέονται με ακριβέστερη κατεργασία. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 5

6 Εικόνα 8.1 Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 6

7 Μέτρηση τραχύτητας επιφάνειας - Ra Συνηθέστατα χρησιμοποιείται η αριθμητική μέση απόκλιση Ra από τη «μέση γραμμή» της επιφάνειας μέσα σε ένα μήκος αναφοράς l. Ra 1 l l 0 y( x) dx όπου y(x)το προφίλ της επιφάνειας. και προσεγγιστικά με χρήση διακριτών τιμών αντί της ολοκλήρωσης. Μέση γραμμή : εμβαδό κοιλάδων = εμβαδό κορυφών Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 7

8 Μέτρηση τραχύτητας επιφάνειας - R RMS Η τραχύτητα επιφάνειας επίσης μετράται και ως τιμή RMS, δηλαδή : R RMS n i 1 n y 2 i Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 8

9 Μέτρηση τραχύτητας επιφάνειας - R max R max η απόσταση από την ψηλότερη κορυφή έως τη βαθύτερη κοιλάδα. R z η μέση τιμή των 10 κατ απόλυτη τιμή μέγιστων αποκλίσεων μέσα στο μήκος αναφοράς. 5 κορυφών και 5 κοιλάδων Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 9

10 Απεικόνιση τοπογραφίας επιφάνειας S m η μέση απόσταση των ανωμαλιών τραχύτητας S η μέση απόσταση των κορυφών t p το σχετικό μήκος του προφίλ της επιφάνειας σε σχέση με το μήκος αναφοράς t 1 n p b i l i 1 Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 10

11 Προφίλ επιφάνειας Εικόνα 8.2 Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 11

12 Τιμές Συνηθισμένες τιμές για τα παραπάνω μεγέθη είναι : Ra= μm, Rz και Rmax= μm, Sm και S= mm και tp=10-90% μήκος αναφοράς l= mm. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 12

13 R a και κατεργασίες τόρνευση ή φρεζάρισμα εκχόνδριση : σε 12.5 μm, αποπεράτωση : μm. διάτρηση : μm. γλύφανση : μm. λείανση : 0.08 (lapping) μm. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 13

14 Τρόποι μέτρησης Άμεσα με προφιλόμετρα (πλέον και φορητά) για τραχύτητα από 0.02 έως 5 μm. αρχή λειτουργίας : σήμα τάσης ανάλογο της κατακόρυφης μετατόπισης μιας βελόνας διαμαντιού η οποία διατρέχει το προφίλ. με οπτικούς αναλυτές (μικροσκόπιο) για τραχύτητα μεταξύ 0.8 και 80 μm. Έμμεσα με βάση προϋπάρχουσα βαθμονόμηση σύγκριση με πλακίδια τυποποιημένης δεδομένης τραχύτητας, μέτρηση ταχύτητας του αέρα που διέρχεται από κατάλληλο διάκενο, μέτρηση της χωρητικότητας πυκνωτή του οποίου ο ένας οπλισμός είναι η μετρούμενη επιφάνεια μέτρηση της έντασης του ανακλώμενου από την επιφάνεια φωτός. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 14

15 Εικόνα 8.3 Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 15

16 Μικροσκληρότητα Δείχνει το βάθος επιρροής της κατεργασίας στα επιφανειακά στρώματα. χρήση χαμηλού φορτίου ( gr) και διεισδυτή από διαμάντι διεισδύσεις σε ισαπέχοντα σημεία στην επιφάνεια μικρή κλίση (0.5-2º) με ειδική μέθοδο πχ lapping που αφήνει ανεπηρέαστη τη δομή της επιφάνειας κάθε διείσδυση αντιστοιχεί σε μεγαλύτερο βάθος κάτω από την αρχική επιφάνεια. l είναι το μήκος διείσδυσης μέχρι το αποτύπωμα του διεισδυτή να μην αλλάξει μέγεθος βάθος επιρροής της κατεργασίας h = l * tan a. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 16

17 Εικόνα 8.4 Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 17

18 Χημική σύσταση Η περιεκτικότητα σε άνθρακα των επιφανειακών στρωμάτων επηρεάζει τη διάρκεια ζωής, πχ απανθρακωμένο στρώμα μετά από σφυρηλάτηση συνήθως αφαιρείται. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 18

19 Παραμένουσες τάσεις Επηρεάζουν τη λειτουργία του τεμαχίου. Εάν είναι εφελκυστικές αυξάνουν τον κίνδυνο αστοχίας. Θλιπτικές παραμένουσες τάσεις αυξάνουν τη διάρκεια ζωής του τεμαχίου πχ σφαιροβολή σε ελατήρια. Μετρώνται με τη βοήθεια ακτίνων Χ ανιχνεύουν τη διαφορά απόστασης των ατομικών επιπέδων σε υλικό φορτισμένο και αφόρτιστο. Μετρώνται και με τη βοήθεια καταστροφικών μεθόδων, αφαίρεση υλικού τοπικά και μέτρηση της προκύπτουσας παραμόρφωσης του υπολοίπου με ηλεκτρομηκυνσιόμετρα. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 19

20 Ασυνέχειες Οι ρωγμές στα επιφανειακά στρώματα δεν είναι δεκτές. Ανιχνεύονται με μεθόδους όπως υπέρηχοι που ανακλώνται σε ασυνέχειες του υλικού άρα και στις ρωγμές με μαγνητικά σωματίδια με διεισδυτικό υγρό επιφανειακές Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 20

21 Μικροσκληρότητα αυξανόμενη μειώνει τη φθορά, αλλά υπερβολικά υψηλή τιμή της προκαλεί το αντίθετο αποτέλεσμα λόγω θραύσης τεμαχιδίων της επιφάνειας. Αύξηση της μικροσκληρότητας με επιφανειακές κατεργασίες επαγωγική σκλήρυνση, ενανθράκωση, εναζώτωση, επικάλυψη με δέσμη plasma Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 21

22 Εικόνα 8.5 Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 22

23 Ποιότητα επιφάνειας σε μηχανολογικά τεμάχια Υπερβολικά χαμηλή τραχύτητα επιφάνειας αυξημένο κόστος για την επίτευξη της αμφίβολο αποτέλεσμα, με την λειτουργία σε πραγματικές συνθήκες η επιφάνεια πιθανά αποκτά έτσι ή αλλιώς μία μέση τραχύτητα που μπορεί να είναι αρκετά υψηλότερη από την αρχική. Χαμηλή τραχύτητα μειώνει τον κίνδυνο κόπωσης λόγω μικρότερων «εγκοπών» στροφαλοφόροι άξονες, δίσκοι τουρμπίνων κλπ υφίστανται λείανση μετά την κοπή. αυξημένη «στιβαρότητα» της επαφής για επιφάνεια από λείανση με ύψος ανωμαλιών μm η επιφάνεια επαφής είναι το 10% της φαινομένης, για επιφάνεια προερχόμενη από κοπή με διαμάντι η επιφάνεια αυξάνει σε 63% της φαινομένης για αποπεράτωση με διαμάντι σε 80-90%. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 23

24 ...συνέχεια Το 80% (?) των αστοχιών συμβαίνουν λόγω φθοράς στις επιφάνειες επαφής. Η τραχύτητα επηρεάζει το μηχανισμό φθοράς κυρίως στην αρχή της ζωής των τεμαχίων όπου συμβαίνει διάτμηση των προεξοχών ανωμαλιών συνέπειες αύξηση του διακένου ανάμεσα στα συνεργαζόμενα τεμάχια αύξηση του πραγματικού εμβαδού επαφής. πολύ λεία επιφάνεια δεν συγκρατεί λιπαντικό πολύ τραχεία προκαλεί συχνές ασυνέχειες του στρώματος λίπανσης. σημαντική είναι η διεύθυνση της ολίσθησης συνεργαζόμενων επιφανειών σε σχέση με τα μοτίβα ίχνη - επιφάνειας στην καθεμιά, τη διεύθυνση τυχόν κυματώσεων. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 24

25 Κατάλογος Αναφορών Εικόνων Εικόνα : Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος προβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων. Δεκ-09 Γ.Βοσνιάκος Μηχανουργικές επιφάνειες - ΕΜΤ 25

26 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σχετικά έγγραφα

Κριτήρια Μορφή - Ποσότητα Κόστος. Γενικές αρχές επιλογής κατεργασιών - ΕΜΤ

Γενικές αρχές επιλογής κατεργασιών Κριτήρια Μορφή - Ποσότητα Κόστος Οκτ-15 Γ. Βοσνιάκος Γενικές αρχές επιλογής κατεργασιών - ΕΜΤ Άδεια Χρήσης Το παρόν υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons