Рекомендуемые классы чистоты поверхности

Шероховатость поверхности

Шероховатостью поверхности называется совокупность микронеровностей, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого равна базовой длине.

Читайте так же:

Крепление внутреннего блока кондиционера к стене

Параметры шероховатости

В большинстве случаев шероховатость поверхности определяется одним из параметров Ra или Rz.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — является суммой средних абсолютных значений высот точек пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин в пределах базовой длины, измеренных от произвольной линии АВ

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – это среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля yi от средней линии m в пределах базовой длины

Механизм возникновения шероховатости

Все причины возникновения шероховатости можно разбить на 3 группы:

Расположение режущих кромок инструмента, относительно обрабатываемой поверхности;
Упругая и пластическая деформация обрабатываемого металла;
Вибрации в технологической станочной системе.

Образование неровностей на обработанной поверхности можно представить как след от движения режущих кромок инструмента. Назовём такой профиль регулярным (рис.2).

На образование регулярного профиля влияет геометрия резца, в частности – углы в плане, а так же величина подачи S. Их влияние описывается формулой

В реальном процессе резания впереди резца и под обработанной поверхностью образуется зона пластической деформации, которая вносит некоторую погрешность в регулярный профиль. Пластически деформированный металл в отдельных местах как бы наволакивается на микронеровности, а в где-то вырываются отдельные куски металла. Потому реальное значение Rz может быть записано как:

где — приращение высоты микронеровностей, вызванное пластической деформацией металла. Следовательно, чем меньше пластическая деформация, тем меньше высота микронеровностей. Величина пластической деформации зависит, в большей степени, от твёрдости обрабатываемого материала и, в меньшей — от глубины резания — t.

Методы и средства оценки шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами:

качественным и количественным.

Качественный метод оценки основан на визуальном сопоставлении обработанной поверхности с эталоном невооруженным глазом или под микроскопом, а также по ощущениям при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем). Визуальным способом можно достаточно точно определять шероховатость поверхности, за исключением весьма тонко обработанных поверхностей. Эталоны, применяемые для оценки шероховатости поверхности визуальным способом, должны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь. Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценки заключается в измерении микронеровностей поверхности с помощью приборов: профилографов и профилометров.

Профилографы

Профилографы — это приборы, позволяющие получатть изображение микронеровностей профиля в увеличенном масшттабе на каком-либо носителе (фотоплёнке, фотобумаге).

Профилометры — минуя этап получения изображения, производят необходимые измерения профиля микронеровностей.

Схема профилографа Б. М. Левина приведена на рис. 3. Луч света от лампы 1, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5, падает на зеркала 8 и 7. Зеркало 8 связано с ощупывающей иглой 9. Луч света, отраженный от зеркала 7 и затем от зеркала 8, проходит оптическую систему 6 и, попадая на зеркала 4 и далее на цилиндрическую линзу 14, проецирует изображение щели 3 на светочувствительную пленку 13,расположенную на барабане 12. Изображение щели проецируется в виде световой точки. Деталь 10, на поверхности которой измеряют шероховатость, располагается на верхнем диске предметного стола 11. При вращении синхронного двигателя стол вместе с деталью движется поступательно относительно иглы 9, а барабан 12 вращается. Таким образом, на светочувствительной фотоплёнке получается изображение пути светового луча, повторяющего профиль обработанной поверхности испытуемой детали.
Рисунок 4.

Принцип действия профилометра конструкции В. М. Киселева заключается в возбуждении колебаний напряжения в результате движений ощупывающей иглы. На рис. 4 приведена схема этого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным наконечником, радиус закругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижний конец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан с индукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полюсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемый этим перемещением ток подают на усилитель и затем на гальванометр. Перемещение иглы по поверхности осуществляют с помощью электропривода со скоростью 10. 20 мм/с. Давление иглы на поверхность проверяемой детали составляет 5. 25 кПа. При подключении к профилометру осциллографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.

Читайте так же:

Для чего нужна аргоновая сварка

Для измерения шероховатости предназначен также двойной микроскоп В. П. Линника (рис. 5). Прибор состоит из двух частей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б для наблюдения и измерения профиля поверхности. Оси обеих частей микроскопа, наклоненные под углом 45° к исследуемой поверхности, пересекаются между собой в предметной точке объективов.

В плоскости изображения объектива 3 микроскопа А перпендикулярно плоскости оси микроскопа расположена щель 2, освещаемая источником света 1. Объектив 3 дает уменьшенное изображение а щели 2 на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутствии на участке поверхности Р микронеровностей объектив 4 микроскопа Б в плоскости сетки окуляра 5 даст изображение а 2 той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.

При том же расположении микроскопов А и Б при наличии микронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверхности P 1 при наблюдении будет казаться выходящей из точки a 1 или из точки а 1 поверхности Р 1, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки из на сетке окуляра 5 будет на расстоянии h от оси микроскопа Б, равном h = 2xh sin 45°, где х — увеличение объектива 4.

Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр. Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотографировать исследуемую поверхность с высотой неровностей 0,9. 60 мкм.

Шероховатость поверхности ra и rz: параметры, таблица

Не тот параметр шероховатость, о котором стоит забывать при проектировании изделий. Прочность, электропроводность, точность сопряжения – это неполный список как шероховатость Ra и Rz может повлиять на эксплуатационные свойства деталей. Ее значение сильно зависит от способа обработки, а измерение связано с острым чувством осязания. И это не тот параметр, о котором стоит забывать при проектировании изделий.

Что такое шероховатость

Любые типы поверхностей, какие бы они не были ровными на первый взгляд, имеют в своей структуре череду подъемов и впадин. На вид это близко к форме горных массивов. Высоту этих «гор» и характеризует шероховатость.

Шероховатость представляет собой совокупность неровностей поверхности.

Параметры, средства измерения и обозначение шероховатости в конструкторской документации полностью стандартизированы. Они описываются тремя государственными стандартами: ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82 и ГОСТ 2.309-73.

Какие параметры шероховатости существуют

Существует свыше 8 параметров, которые характеризуют значение высоты неровностей поверхности. В статье мы разберем лишь самые востребованные, незнание которых будет значительным пробелом для любого технического специалиста. Это Ra и Rz.Значение Rz показывает среднеарифметическое значение высоты, взятое по 10 точкам поверхности. Это означает, что в измерении участвовали только 5 подъемов и 5 впадин. Весь остальной «горный массив» в расчет не принимался. В системе СИ Rz измеряется в микрометрах.

Ra является также среднеарифметическим показателем высоты шероховатости. От Rz его отличает то, что в расчет берется не 10 точек, а все. По этой причине параметр Ra более точно отображает неровность поверхностей и считается более предпочтительным.

Помимо Ra и Rz стоит упомянуть о еще одном параметре, близкий по смыслу вышеупомянутым. Это Rmax. Он отображает высоту неровностей поверхности только по ее максимальным точкам. По наибольшей высоте и наименьшей впадине. В нынешнее время Rmax не используется в силу своей грубой точности.

Измерение

Шероховатость меряют двумя способами: качественным и количественным. Качественный метод оценки неровностей поверхности больше подходит непосредственно для производственников. В тех ситуациях, когда глубокий анализ не целесообразен или на него нет банально времени. Данный способ носит более грубый характер и заключается в сравнении гладкости исследуемой поверхности с неким эталоном на ощупь.

Эталон представляет собой небольшую металлическую плитку с габаритными размерами 30х30 мм и толщиной 5 мм. Он имеет определенное значение Ra и Rz, является образцом по которому сравнивают качество поверхности. Такие плиты собирают в наборы с указанием напротив каждой позиции значение шероховатости.

Читайте так же:

Что такое электрошлаковая сварка

Количественный метод более точен и требует для своего осуществления специального оборудования. Это могут быть профилометры, профилографы и двойные микроскопы. По исследуемой поверхности проводят подключенным к приборам стержень с алмазным наконечником, высокочувствительным к перемещениям. Этот стержень полностью повторяет форму поверхностей и передает ее размеры на экран или ленту профилограммы. Дальше, по полученным данным лаборант делает точное заключение о значение шероховатости и передает ее службе качества.

Какие виды поверхностей существуют

Для обеспечения взаимозаменяемости и унификации производства, параметры шероховатости объединяют в классы. Всего существует 14 их разновидностей. Каждому классу присвоено определенное значение Ra и Rz. Самый точный класс – четырнадцатый, самый грубый – первый. По этой причине поверхности также подверглись классификации. В производстве встречаются следующие их виды:

Установочные поверхности, неподвижные относительно друг друга, к которым не предъявляются требования по герметичности. Для них значение Ra составляет 2,5-20 мкм.
Рабочие поверхности, которые перемещаются друг относительно друга. Сюда входят соединения типа поршень-цилиндр, которые часто можно встретить в устройствах разнообразных двигателей и насосов. Ra для них равняется 0,16-2,5 мкм.
Ограничительные и соединительные поверхности. Под этим подразумеваются элементы, необходимые для крепления и сборки. Это всевозможные корпуса, фиксаторы и прочие механизмы. Ra для них колеблется в пределах 2,5-20 мкм.
Специальные поверхности. Здесь, главным образом, имеются ввиду органы управления. Обработка таких поверхностей крайне высока с их значением Ra 0,63-0,08 мкм.

Обозначения отклонения неровности поверхностей

На чертеже шероховатость указывается согласно приведённой ниже схеме.

Как видно, внешнее обозначение напоминает математический квадратный корень с соответствующими надписями в определенных местах. Каждая такая надпись характеризует определенный параметр шероховатости. Разберем их более подробно.

В левом верхнем углу указывается значение шероховатости по Ra и Rz. При чем стоит отметить, что если показано просто число, то автоматически это имеется ввиду Ra. Для обозначения Rz, необходимо дополнительно дописать буквенное примечание.

Существует три разновидности формы этого математического корня:

Треугольник без верхнего основания указывает, что способ получения шероховатости не задан конструктором. Есть требования к качеству поверхности, а каким способом оно будет достигнуто (шабрение, полировка и прочее) неважно.
С кругом в вершине. Поверхность не нуждается в дополнительном улучшении.
С верхним подчеркиванием. Этот знак говорит, что шероховатость должна достигаться обязательным снятием слоя металла.

В зоне над полкой прописывается тип механической обработки с помощью которой нужно довести поверхность до заданного значения Ra и Rz. Обычно сюда прописываются такие термины как «полировать», «шабрить» и прочее виды механической обработки.

В левом нижнем углу под полкой прописывается направление линий неровностей шероховатости. Разберем этот параметр на примере. Допусти Вам нужно прошлифовать поверхность стола абразивным кругом. В зависимости от того как Вы будете направлять инструмент пойдут линии шероховатости. Если будете его водить кругами, то Вы увидите волны от следов круга. Если движения будут пересекать друг друга, то плоскость стола будет в крестах. Это и регулирует данный параметр. В некоторых случаях это не важно, а некоторых имеет решающее значение.

Справа от направлений линий неровностей становиться значение базовой длины, на которой измеряется шероховатость. Ее значение стандартизировано и необходимы для того, чтобы минимизировать воздействие на точность измерения плоскостью прогиба самой поверхности.

Обработка металлов резанием

Числовые значения параметров шероховатости в классификации соответствуют ряду нормальных стандартизированных чисел, построенному по определённому закону. Для классов с 1-го по 5-й, для 13-го и 14-го основным параметром является R a , что обусловлено техническими трудностями непосредственного измерения параметра R z для этих классов и отсутствием соответствующих измерительных приборов. К. ч. в технической документации обозначают равносторонним треугольником, рядом с которым арабскими цифрами указывается номер класса, а для 6—14-го классов, кроме того, одной из букв (а, б, в) обозначают и разряд, например  10 в. Различные технологические процессы обеспечивают получение поверхностей разных К. ч., например, обычно литьё —  3, обработка точением —  5, шлифованием —  7, и т.д. В то же время один и тот же К. ч. может быть получен различными технологическими процессами, например К. ч.  7 может быть получен тонким точением и шлифованием и др. процессами.

Не все свойства двух поверхностей, относящихся к одному К. ч., могут быть одинаковыми при совпадающих R a и R z , поэтому принадлежность поверхностей к одному К. ч. не является достаточной для заключения об идентичности поведения деталей при эксплуатации.

Введение К. ч. позволяет эффективно исследовать качество поверхности и устанавливать нормы на нее, рекомендовать применение не отдельных поверхностей, а групп, имеющих общие свойства. Кроме того, появляется возможность создавать общие методы описания поверхностей; проектировать приборы, имеющие нормированные характеристики по отношению к определенным К. ч., что является одним из важнейших условий обеспечения единства измерений; разрабатывать и совершенствовать технологические процессы изготовления типовых поверхностей.

Лит.: Егоров В. А., Оптические и щуповые приборы для измерения шероховатости поверхности, 2 изд., М., 1965; Карташев А. И., Шероховатость поверхности и методы ее измерения, М., 1964; ГОСТ 2789—59. Шероховатость и классы чистоты поверхности. Основные термины; ГОСТ 2309—68. Нанесение на чертежах обозначений шероховатости поверхностей.

Рис. к ст. Классы чистоты.

Шерохов а тость пов е рхности, совокупность неровностей, образующих микрорельеф поверхности детали. Возникает главным образом вследствие пластической деформации поверхностного слоя заготовки при её обработке из-за неровностей режущих кромок инструмента, трения, вырывания частиц материала с поверхности заготовки, вибрации заготовки и инструмента и т.п. Ш. п. — важный показатель в технической характеристике изделия, влияющий на эксплуатационные свойства деталей и узлов машин — износостойкость трущихся поверхностей, усталостную прочность, коррозионную устойчивость, сохранение натяга при неподвижных посадках и т.п. Требования к Ш. п. устанавливают, исходя из функционального назначения поверхностей деталей и их конструктивных особенностей. В сов. производстве длительное время применяли систему, характеризующую чистоту поверхности с соответствующими ей классами; новая система (введена с 1 января 1975) отменяет использовавшиеся ранее классы чистоты .

Читайте так же:

Фрезерная машинка по металлу

Расширенный комплекс параметров новой системы способствует установлению обоснованных требований для поверхностей различного эксплуатационного назначения. При определении числовых значений Ш. п. отсчёт производят от единой базы, за которую принята средняя линия профиля т ( рис. ). Измерения производят в пределах базовой длины l , т. е. длины участка поверхности, выбранного для измерения Ш. п. без учёта других видов неровностей (например, волнистости), имеющих шаг более l. Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25 мм. Количественно Ш. п. оценивают следующими основными параметрами (одним или несколькими): средним арифметическим отклонением профиля R a , высотой неровностей профиля по 10 точкам R z , наибольшей высотой неровностей профиля R тах , средним шагом неровностей S m , средним шагом неровностей по вершинам S , относительной опорной длиной профиля t p . Числовые значения параметров шероховатости, типы направлений неровностей поверхностей (параллельное, перпендикулярное, кругообразное и др.) установлены стандартом. Выбор параметров Ш. п. зависит от конструкции деталей и функционального назначения их поверхностей. Например, для трущихся поверхностей ответственных деталей устанавливают допустимые значения R a (или R z ), R тах , t p и направление неровностей; для поверхностей циклически нагруженных ответственных деталей — R тах , S m и S и т.п. Требования к Ш. п. указывают числовым значением (или диапазоном значений) одного или нескольких параметров и базовой длиной. Для неответственных поверхностей Ш. п. определяется требованиями технической эстетики, коррозионной стойкости и технологией изготовления.

В СССР стандартом установлены 14 классов Ш. п. (табл.): 1—3-й классы обеспечивают обдирочной обработкой ( точением , фрезерованием , строганием ); 4—6-й классы — получистовой обработкой; 7—9-й классы — чистовой обработкой ( шлифованием , тонким точением, протягиванием , развёртыванием и т.п.); 10—14-й классы — доводочной обработкой (такие, как притирка ) суперфиниш , хонингование и др.). Классы шероховатости с 6-го по 14-й разделяются на разряды а , б , в. В классах 1—5, 13 и 14-й не применяют параметр R a , а в классах 6—12 — параметр R z , что вызвано необходимостью однозначного определения класса Ш. п. при различных методах контроля. В отличие от применявшихся до 1975 обозначений классов чистоты на чертежах (равносторонний треугольник с добавлением к нему номера класса, например 3 или 7), Ш. п. обозначают знаком  с указанием над ним числового значения (в мкм ) одного из выбранных параметров шероховатости. Значение R a указывают только числом, а др. параметры — с символом, например R z 3,2. Указанное числовое значение ограничивает наибольшую Ш. п. по параметрам R a или R z . Поверхности в состоянии поставки или обработанные без снятия стружки обозначают символом , а при обработке со снятием стружки — .

Начальная Ш. п., которую детали получают после их изготовления и сборки, изменяется в процессе приработки. Получающаяся после приработки (при трении качения, трении скольжения и др.) Ш. п., обеспечивающая минимальный износ и сохраняющаяся в ходе длительной эксплуатации машин, называется оптимальной шероховатостью. Параметры оптимальной Ш. п. зависят от конструкции и материала трущихся деталей, качества смазки и других условий работы.

Для измерения Ш. п. обычно применяют следующие методы: контактный—щуповыми приборами ( профилометрами и профилографами ) и бесконтактный — оптическими приборами. В машиностроении часто используют визуальный метод, сравнивая контролируемую поверхность с поверхностью образца или детали, Ш. п. которой аттестована.

голоса

Рейтинг статьи

Рекомендуемые классы чистоты поверхности