Tribology and topography of hard machined surfaces

Abstract

In machining automotive industrial parts by hard machining procedures, the topographic characteristics of high accuracy surfaces have high importance. In this paper 2D and 3D surface roughness features of gear bores machined by hard turning and grinding are demonstrated. The 3D roughness parameters, which are considered as more exact than the 2D parameters, were compared to the 2D ones, which are used more widely in industrial practice. The analyzed machining procedure versions were ranked based on the topographic parameters determining the tribological (wear and oil-retention capability) characteristics of the different surfaces.

В автомобільній промисловості ефективна обробка твердих (загартованих) поверхонь має велике значення, тому в цьому дослідженні порівнювалися такі методи обробки, як жорстке точіння і шліфування. Ці процедури або версії процедур відрізняються один від одного не тільки результуючою топографією поверхні, але і іншими важливими факторами, такими як економічні проблеми, пов'язані з процедурами обробки або вплив охолодження і мастила. Різні процедури можуть призвести до різної топографії поверхні деталі. Робочі вимоги до деталей можуть бути різними, тому необхідно аналізувати топографічні характеристики після обробки. Аналізуючи параметри шорсткості, можна зробити висновки про трибологічні характеристики поверхонь. Експерименти були спрямовані на аналіз 2D і 3D параметрів шорсткості, за допомогою яких можна охарактеризувати трибологічні властивості. Використовуючи карту трибологічної топографії, можна проаналізувати трибологічні характеристики поверхонь. Карта включає в себе значення асиметрії та ексцесу оброблених поверхонь, і вони поміщені в систему координат. З трибологічної точки зору поверхня ідеальна, якщо точка поверхні, що характеризується цими двома параметрами, розташована з меншим ексцесом (близьким до 0), а також меншими (негативними) значеннями перекосу. Топографії поверхонь отворів зубчастих коліс, оброблених жорстким точінням, шліфуванням і комбінованим (точіння і шліфування за один затиск) експериментально порівнювалися на основі параметрів шорсткості, які характеризують знос і здатність утримувати мастило. Також були проаналізовані відмінності значень 2D і 3D параметрів. Для параметрів, що характеризуються різними трибологічними властивостями, знайдені різні порядки: для параметрів Spk і Sa1 порядки зносостійкості ідентичні, але значення асиметрії та ексцесу не відповідають цим порядкам. Причина цьому - різні математичні підходи. Через це параметри шорсткості, які будуть використовуватися, повинні бути ретельно обрані, щоб їхні результати були інтерпретувані з деякими застереженнями. Дослідження показало, що між значеннями 2D і 3D параметрів, отриманих при вимірюванні однієї і тієї ж поверхні, можуть бути значні відмінності, і це може привести до суперечливої інтерпретації результатів.