Что называется шероховатостью поверхности обработанной детали
Шероховатость поверхности
Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волнистости) её рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной.
Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля, получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью.
Числовые значения параметров шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля, т.е. базовая линия.
Для количественной оценки шероховатости наиболее часто используют три основных параметра:
Предпочтительным является параметр Ra, поскольку определяется по большему количеству точек профиля. В связи с этим параметром Ra нормируется шероховатость образцов сравнения, используемых для оценки шероховатости в промышленности.
Параметры Rmax и Rz используют в тех случаях, когда по функциональным требованиям необходимо ограничить полную высоту неровности профиля, а также когда прямой контроль Ra с помощью профилометров или образцов сравнения не представляется возможным (поверхности, имеющие малые размеры или сложную конфигурацию, например режущий инструмент).
Требования к шероховатости поверхности устанавливают исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости не устанавливают и шероховатость поверхности не контролируют.
Обозначение шероховатости поверхности
Шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.
Структура обозначения шероховатости поверхности включает знак шероховатости, полку знака и другие дополнительные указания. При применении знака без указания параметра и способа обработки его изображают без полки.
Высота h должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел. Высота H равна (1.5. 5) h. Толщина линий знаков должна быть приблизительно равна половине толщины сплошной основной линии, применяемой на чертеже.
Знаки для обозначения шероховатости поверхности в зависимости от вида ее обработки
Основной знак, соответствующий обычному условию нормирования шероховатости, когда метод образования поверхности чертежом не регламентируется.
Знак, соответствующий, конструкторскому требованию, чтобы поверхность была образована удалением слоя материала, например, точением, шлифованием, полированием, травлением и т. п. (конкретный вид обработки может и не указываться).
Знак, соответствующий конструкторскому требованию, чтобы поверхность была образована без удаления поверхностного слоя материала, например, литьем, штамповкой, прессованием (конкретный вид образования поверхности может и не указываться).
Примеры обозначения шероховатости поверхности
| Графическое изображение шероховатости | Пояснение |
|---|---|
   | Указано числовое значение параметра, соответствующие наиболее грубой допускаемой шероховатости, т.е. наибольшему предельному значению для параметра Ra, Rz и Rmax. Значения параметров Ra, Rz и Rmax указывают в мкм. |
  | Указано наименьшее значение параметра шероховатости. Способ применяется в отдельных случаях, когда для правильного функционирования недопустима слишком гладкая поверхность. |
 | Указаны числовые значения, соответствующие наибольшему и наименьшему предельным значениям нормируемого параметра. Значение, указываемое сверху, соответствует наиболее грубой допускаемой шероховатости. |
 | Указано номинальное значение параметра с предельными отклонениями от него в % от номинального значения. Способ применяют в основном для образцов сравнения шероховатости поверхности или для образцовых деталей, служащих тем же целям. |
 | Указана шероховатость поверхностей образующих контур. |
 | Указан вид обработки поверхности. Указывается только в тех случаях, когда данный вид обработки является единственным, обеспечивающим требуемое качество поверхности. |
Допускается применять упрощенное обозначение шероховатости поверхности с разъяснением его в технических требованиях чертежа. В упрощенном обозначении используют строчные буквы русского алфавита в алфавитном порядке, без повторений.
Условные обозначения направлений неровностей поверхности
| Графическое изображение шероховатости | Пояснение |
|---|---|
 | Параллельное направление неровностей (параллельно линии, изображающей на чертеже поверхность). |
 | Перпендикулярное направление неровностей (перпендикулярно к линии, изображающей на чертеже поверхность). |
 | Перекрещивающееся направление неровностей (перекрещивание в двух направлениях наклонно к линии, изображающей на чертеже поверхность). |
 | Произвольное направление неровностей (различные направления по отношению к линии, изображающей на чертеже поверхность). |
 | Кругообразное направление неровностей (приблизительно кругообразно по отношению к центру поверхности). |
 | Радиальное направление неровностей (приблизительно радиально по отношению к центру поверхности). |
 | Хаотичное направление неровностей. |
Высота знака условного обозначения направления неровностей должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел.
Шероховатость поверхности
Шероховатостью поверхности называется совокупность микронеровностей, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого равна базовой длине.
Параметры шероховатости
В большинстве случаев шероховатость поверхности определяется одним из параметров Ra или Rz.
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – это среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля yi от средней линии m в пределах базовой длины
Рисунок 1.
Механизм возникновения шероховатости
Все причины возникновения шероховатости можно разбить на 3 группы:
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
Рисунок 3.
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.
Рисунок 5. 
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.
Контроль шероховатости поверхности
При рассмотрении качеств поверхности следует уделить внимание шероховатости. Этот параметр измеряется на момент производства различной продукции различными методами, предусматривающие применение специальных инструментов контроля. Контроль шероховатости поверхности – часть технологического процесса, предусматривающий применение различных методов оценки параметра шероховатости.
Применяемые методы контроля
Шероховатость поверхности может оцениваться самыми различными методами. Контроль может проводится на различных этапах, в некоторых случаях он визуальный, в других предусматривает применение специальных инструментов. Наиболее распространенными методами контроля шероховатости поверхности можно назвать:
Шероховатость поверхности контролируют в процессе обработки материала или после выпуска продукции при определении его качества. Наиболее доступный метод оценки визуальный, но он не позволяет определить шероховатость поверхности с высокой точность. Визуальный метод не является разновидностью контроля, а только позволяет определить наличие или отсутствие дефектов. Наиболее доступный метод контроля шероховатости поверхности заключается в применении компараторов ISO, технические показатели которого соответствуют установленному стандарту ИСО 8503-1. Для контроля могут использоваться два типа рассматриваемого измерительного инструмента, которые применимы на различных производствах.
Параметры шероховатости
Для того чтобы проводить измерения шероховатости поверхности следует учитывать то, какой параметр при этом учитывается. Проводимый контроль предусматривает проверку совокупности неровностей, которые образуют рельеф на определенном участке.
Рассматривая поверхность определяется шероховатость, которая обозначается Rz или Ra. Шероховатость Rz – показатель 5-ти наиболее возвышенных точек, с которых берутся усредненные значения. Контроль проводят в пределе линии АВ. Шероховатость Ra представляет собой средний показатель арифметических абсолютных значение, которые касаются отклонения профиля поверхности от средней линии в пределах измеряемой базы.
Поверхность оценить визуально для определения всех вышеприведенных показателей практически не возможно. Визуальный способ неприменим в промышленности или в другой производственной деятельности, следует рассматривать особенности инструментального метода определения шероховатости, так как он позволяет определить нужные показатели с высокой точностью.
Методы и средства оценки показателя
Поверхность может иметь самые различные показатели, шероховатость один из наиболее сложных в измерении. Оценивать поверхность, а точнее, рассматриваемый показатель можно двумя наиболее распространенными методами, которые получили название качественный и количественный.
Особенностями качественного метода определения рассматриваемого показателя можно назвать нижеприведенные моменты:
Применение метода визуального осмотра возможно только в случае, есть тонкость обработки поверхности невысока. Контроль рассматриваемым методом определяет использование эталонов, которые должны иметь соответствующую шероховатость. Контролировать показатель можно только в том случае, если эталон изготовлен из того же материала, что и контролируемой детали. При недостаточной эффективности метода контроля при визуальном осмотре используются специальные микроскопы. Но зачастую визуального контроля недостаточно
Контролировать шероховатость можно и количественным методом. Он основан измерение параметра при помощи профилометра и профилографа. Контролировать параметры в данном случае приходится при контакте инструмента с поверхностью.
Профилографы – контактный инструмент, при помощи которого проводится измерение рассматриваемого показателя. Данная методика основана на измерении показателя путем получения изображения микронеровностей профиля. После получения изображения при измерении проводятся определенные расчеты.
Оценка этим прибором проводится следующим образом:
Профилометры: виды и применение
Профилометры – методика, предусматривающая использование инструмента, который не предусматривает получение изображений. Контактный метод позволяет провести точные расчеты для получения нужного результата. Этот инструмент может относиться к контактной группе, имеет следующие особенности:
Есть довольно много методов определения степени шероховатости. Некоторые средства и методы уже практически не применяются по причине появления более современных инструментов, которые позволяют повысить точность изменения и снизить вероятность ошибки. Некоторое оборудование относится к контактному типу, другие к оптическому и смешанному типу. Выбор зависит от того, насколько высока должна быть точность проведенных измерений.
Шероховатость поверхностей деталей
Качество поверхностного слоя определяется совокупностью характеристик: физико-механическим состоянием, микроструктурой металла поверхностного слоя, шероховатостью поверхности. Состояние поверхностного слоя влияет на эксплуатационные свойства деталей машин: износостойкость, виброустойчивость, контактную жесткость, прочность соединений, прочность конструкций при циклических нагрузках и т. д.
Параметры и характеристики шероховатости поверхности установлены ГОСТ 2789–73, требования к другим характеристикам поверхностного слоя назначают по руководящим материалам предприятия.
Для оценки шероховатости поверхности ГОСТ 2789 – 73 предусматривает шесть параметров:
высотные : Ra — среднее арифметическое отклонение профиля; Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам; Rmax — наибольшая высота профиля;
шаговые : S — средний шаг неровностей профиля по вершинам; Sm — средний шаг неровностей профиля по средней линии;
высотно-шаговый tp — относительная опорная длина профиля.
Базой для отсчета высот выступов и впадин неровностей, свойства которых нормируются, служит средняя линия профиля (рис. 279) — базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально.
Через высшую и низшую точки профиля в пределах базовой длины l проводят линии выступов и впадин профиля, эквидистантно средней линии. Расстояние между этими линиями определяет наибольшую высоту неровностей профиля Rmax.
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra определяется как среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профили в пределах базовой длины:
Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz равна средней арифметической суммы абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов Нi min и пяти наибольших максимумов Hi max профиля в пределах базовой длины:
Вместо средней линии, имеющей форму отрезка прямой, определяют расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов hi max и низших точек пяти наибольших минимумов hi min до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль.
Средний шаг неровностей S вычисляют как среднее арифметическое значение шага неровностей Smi в пределах базовой длины:
Средний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам Si в пределах базовой длины
Под опорной длиной профиля ηр понимают сумму длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале выступов профиля линией, эквидистантной средней линии.
Относительная опорная длина профиля tp определяется как отношение опорной длины профиля ηр к базовой длине:
Требования к шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-73 устанавливают указанием числовых значений параметров. В дополнение к количественным параметрам для более полной характеристики шероховатости указывают направление неровностей (условное обозначение — см. рис. 280), вид обработки поверхности или последовательность видов обработки (рис. 281 — 283).
В обозначении шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается, применяют знак, приведенный на рис. 282, а; если поверхность образована с удалением слоя материала — знак, приведенный на рис. 282, б; и для поверхности, образованной без удаления слоя материала, — знак, приведенный на рис. 282, в.
Значение параметра Ra указывают без символа, например, 0,5. Для остальных указывают символы, например, Rmах 6,3.
ГОСТ 2789-71 установлено 14 классов шероховатости поверхности. Причем классы 1—5, 13 и 14 определены через параметр Rz, классы 6—12 через параметр Ra. Каждый класс определен только по одному параметру и базовой длине. Числовые значения параметров заданы в виде диапазонов, верхние пределы которых полностью соответствуют ранее действовавшим.
Требования к шероховатости поверхности устанавливают путем задания значения параметра (параметров) и базовой длины. Причем целесообразно пользоваться предпочтительными значениями параметра Ra (графа 2, табл. 29). Эти значения находятся вблизи середины диапазона, определяющего данный класс шероховатости. В других случаях могут назначать величины параметров по графам 3 или 4.
Требования к шероховатости поверхности определяются условиями работы поверхности в машине. В общем случае, чем выше требования по точности, тем выше требования и по шероховатости поверхности.
Для грубых квалитетов с расширенным полем допусков класс шероховатости можно снижать, что уменьшает стоимость изготовления.
Минимальный класс шероховатости поверхности обработки, необходимый для получения различных квалитетов, можно выбрать по табл. 30.
Классы шероховатости поверхностей, соответствующие различным видам обработки, приведены и табл. 31.
При выборе класса шероховатости должны быть учтены свойства материала и твердость поверхности детали. Высокие показатели для сталей можно получить при твердости не ниже HRC 30—35. Стальные изделия, подлежащие чистой обработке, должны быть по меньшей мере подвергнуты улучшению или нормализации. Термически необработанные низкоуглеродистые стали тонкой обработке поддаются плохо.
По условиям обработки получить чистую отделку и точные размеры в отверстиях труднее, чем на валах. Поэтому, как правило, требование к шероховатости поверхности в отверстиях назначают на 1—2 класса ниже, чем на валах.
В интересах уменьшения стоимости изготовления рекомендуется применять менее высокие требования к шероховатости, совместимые с условием надежной работы деталей.
В некоторых случаях (соединения с натягом, подшипники скольжения) существуют оптимальные параметры поверхности, отклонения от которых в ту или другую сторону снижают работоспособность соединений.
Свободные поверхности (не входящие в соединения или расположенные с зазором по отношению к ближайшим поверхностям) следует в интересах экономичности обрабатывать по низким классам шероховатости. Исключение составляют напряженные циклически нагруженные детали. Для повышения сопротивления усталости такие детали обрабатывают так, чтобы обеспечить высокий класс шероховатости поверхности, полируют и дополнительно упрочняют поверхностным пластическим деформированием.
Ниже приведены ориентировочные значения классов шероховатости поверхностей для типовых машиностроительных деталей, основанные на опыте общего машиностроения.