Общие сведения. Шероховатость поверхности возникает вследствие воздействия инструмента на поверхность детали при обработке

Шероховатость поверхности возникает вследствие воздействия инструмента на поверхность детали при обработке. Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами. Шероховатость измеряют на базовой длине относительно базовой линии. Обычно за базовую линию принимают среднюю линию профиля шероховатости. Средняя линия проводится так, что в пределах базовой линии среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально (рис. 1). Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Для точной оценки шероховатости измерения следует повторять несколько раз в разных местах поверхности и за результат принимать среднее арифметическое всех результатов измерения.

Рис. 1. Профилограмма шероховатости

Согласно ГОСТ 2789-73 шероховатость поверхности можно оценивать одним или несколькими параметрами:

или ,

где Rа – среднее арифметическое отклонение профиля; n – число выбранных точек на базовой длине; у_i – расстояние между точками профиля и средней линией; l – базовая длина; х_i – координата по оси х.

Высота неровностей по десяти точкам Rz – сумма средних абсолютных значений высоты пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

где у_р_i – высота i наибольшего выступа профиля; у_vi – глубина i наибольшей впадины профиля в пределах базовой длины.

Наибольшая высота неровностей профиля R_max – расстояние между линией выступов и линией впадин профиля в пределах базовой длины:

где R_p – максимальная высота выступов; R_v – максимальная глубина впадин.

Средний шаг неровностей S_m:

где n – число шагов в пределах базовой длины; S_mi – шаг неровностей, равный длине отрезка средней линии, пересекающий профиль в трех соседних точках и ограниченный двумя крайними точками.

Средний шаг местных выступов профиля S:

где S_i – шаг неровностей профиля по вершинам.

Относительная опорная длина профиля t_p:

где h_р – опорная длина профиля, т.е. сумма отрезков, отсекаемых на заданном уровне P линией эквидистантной средней линии в пределах базовой длины l:

Значение P выбирают из ряда 5, 10, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90% от R_max и откладывают от линии выступов профиля в материал детали.

Параметр Ra является предпочтительным.

При определении параметров Ra, Rz, R_max, S_т, S_i по профилограмме следует учитывать ВУ – вертикальное увеличение и ГУ – горизонтальное увеличение.

Структура обозначения шероховатости приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структура обозначения шероховатости: 1 – способ обработки

поверхности; 2 – направление неровностей; 3 – базовая длина;

4 – параметр шероховатости

– среднее арифметическое отклонение профиля не более 1,25 мкм;

– поверхность получается съемом материала ( ); высота неровностей по 10 точкам не более 20 мкм;

– поверхность получается без съема материала ( ); среднее арифметическое отклонение профиля, не указанное на чертеже [остальное ( )] не более 20 мкм;

– средний шаг неровностей профиля от 0,04 до 0,063 мм на базовой длине замера 2,5 мм;

– поверхность получается полированием, Ra ≤ 0,2 мкм;

– относительная опорная длина профиля на уровне сечения 40% не менее 50% на базовой длине 0,8; на направление неровностей произвольное (М);

– шероховатость по контуру детали.

Обозначение направления неровностей: = параллельное, перпендикулярное, X – перекрещивающееся, M – произвольное, C – кругообразное, R – радиальное.

Нормирование параметра шероховатости Ra

В зависимости от условий эксплуатации Ra может определяться по трем уровням относительной геометрической точности:

· A (нормальная точность) Ra = 0,05 T (5% от допуска T);

· B (повышенная точность) Ra = 0,025 T (2,5% от допуска T);

· C (высокая точность) Ra = 0,01 T (1% от допуска T).

Уровень точности B рекомендуется использовать для изделий приборостроения; C – для деталей гидравлики, пневматики, контактирующих с рабочим жидкостями и уплотнениями; при изготовлении калибров, шаблонов, мер.

Пример: определить параметр шероховатости Ra для детали «вал» (рис. 3) по нормальному уровню точности А

мкм.

Рис. 3

После расчета выбирается ближайшее стандартное значение, соответствующее, или начальному значению Ra для класса шероховатости, или дополнительно рекомендуемому значению (табл. 1.) Для данного примера Ra = 2,5 мкм (начальное значение 6 класса Ra = 2,5….1,25) или Ra = 1,6 мкм (дополнительное рекомендуемое значение).

Оборудование и приборы.

Образцы шероховатости, профилометр 253, профилограф, детали машин.

Таблица 1

Классы шероховатости поверхности

Класс	Ra, мкм	Доп. рек Ra, мкм	Rz, мкм	Виды обработки
	80-40	50(63)	320-160	Литые заготовки
	40-20		160-80	Обдирка
	20-10	12,5	80-40	Черновое точение, фрезерование, сверление, строгание
	10-5	6,3	40-20	Нормальное точение, растачивание, фрезерование, сверление, зенкерование

Окончание табл. 1

Класс	Ra, мкм	Доп. рек Ra, мкм	Rz, мкм	Виды обработки
	5-2,5	3,2	20-10	Чистовые виды обработки: точение, растачивание, зенкерование, сверление, строгание, фрезерование
	2,5-1,25	1,6	10-5	Грубое шлифование, чистовое: точение, растачивание, зенкерование, сверление, строгание, фрезерование, черновое развертывание
	1,25-0,63	0,8	6,3-3,2	Чистовое шлифование, точение, растачивание, зенкерование, фрезерование, протягивание, развертывание
	0,63-0,32	0,4	3,2-1,6	Доводка, полировка, чистовое: протягивание, развертывание, тонкое точение, растачивание, шлифование
	0,32-0,16	0,2	1,6-0,8	Доводка, полировка, тонкое точение, растачивание, раскатка роликами
	0,16-008	0,1	0,8-0,4	Суперфиниширование, доводка, полировка, раскатка роликами
	0,08-0,04	0,05	0,4-0,2	Полировка, доводка
	0,04-0,02	0,025	0,2-0,1
	Не нормируется	0,1-0,05	Зеркальные поверхности, полировка
	0,05-0,025

Количественный контроль параметров шероховатости осуществляют бесконтактными методами (с помощью приборов светового сечения типа МИС-11 и ПСС-2, микроинтерферометров, имерсионно-репликовых микроинтерферометров МИИ-10, типа МИИ-4, МИИ-9, МИИ-11, МИИ-12, растровых измерительных микроскопов типа ОРИМ-1 и др.) и контактными методами с помощью щуповых приборов (профилометров и профилографов).

Для контроля деталей из мягких материалов применяют бесконтактные приборы.

В бесконтактных приборах (типа ПСС-2 и МИС-11) принцип действия основан на измерении параметров проекции светового сечения исследуемой поверхности с помощью наклонно направленного к ней светового пучка.

Принцип действия интерферометров основан на использовании явления интерференции света, отраженного от образцовой и исследуемой поверхностей. Форма образующихся интерференционных полос зависит от вида и высоты (до 1 мкм) неровностей контролируемой поверхности. Принцип действия растровых микроскопов основан на явлении образования муаровых полос при наложении изображений элементов двух периодических структур (направленных следов обработки и дифракционной решетки). При наличии неровностей муаровые полосы искривляются. Высоту микронеровностей определяют по степени искривления муаровых полос.

В щуповых приборах контактного действия для измерения высоты неровностей используют вертикальные колебания иглы, перемещаемой по контролируемой поверхности. Принцип действия профилометра 253 основан на преобразовании колебаний иглы с помощью мехатронного преобразователя.

Профилометр «Абрис-ПМ7» (рис. 4):

(измерительная техника универсального применения)

Рис. 4

Предназначен для измерения шероховатости поверхностей деталей машин и приборов в заводских и полевых условиях, что особенно ценно при выполнении ремонта.

Профилограф-профилометр «Абрис-ПМ7» и «Абрис-ПМ7.4» (рис. 5)

(измерительная техника универсального применения)

Рис. 5

Предназначен для измерения шероховатости поверхности деталей машин и приборов в лабораторных условиях промышленных предприятий.