Классы шероховатости поверхности: таблица, описание и свойства

Поверхности деталей после механической обработки имеют микронеровности, которые называются шероховатостью. Шероховатость существенно влияет на эксплуатационные свойства деталей. Давайте разберемся, как классифицируется и нормируется шероховатость, и научимся правильно выбирать требования к шероховатости поверхности.

Что такое шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей, образующих микрорельеф поверхности детали после механической обработки. Возникает из-за деформации поверхностного слоя под воздействием режущего инструмента.

Основные причины возникновения шероховатости:

• Неровности режущих кромок инструмента
• Вибрации инструмента и заготовки
• Вырывание частиц материала с поверхности
• Трение инструмента о поверхность

Шероховатость поверхности влияет на такие эксплуатационные характеристики, как:

1. Износостойкость трущихся поверхностей
2. Контактная жесткость и виброустойчивость
3. Прочность усталостная и коррозионная
4. Сохранение натяга в посадках

Параметры шероховатости поверхности

Для количественной оценки шероховатости поверхности используется ряд параметров, основные из которых:

Высотные параметры

• Ra - среднее арифметическое отклонение профиля
• Rz - высота неровностей профиля по 10 точкам
• Rmax - наибольшая высота профиля

Эти параметры характеризуют высоту неровностей профиля относительно средней линии. Их используют для оценки шероховатости трущихся поверхностей.

Шаговые параметры

• Sm - средний шаг неровностей профиля
• S - средний шаг неровностей по вершинам

Шаговые параметры описывают густоту неровностей на поверхности. Их используют для характеристики циклически нагруженных поверхностей.

Наиболее универсальный и предпочтительный для применения в машиностроении - параметр Ra. Он же используется при формировании классов шероховатости.

В дополнение к количественным параметрам, шероховатость характеризуют:

• Направлением микронеровностей
• Видом обработки поверхности

Классы шероховатости поверхности

Все многообразие видов шероховатости поверхности классифицируется на 14 классов по ГОСТ 2789-73.

Каждому классу шероховатости соответствуют:

• Диапазон значений параметра Ra или Rz
• Базовая длина для измерений
• Вид обработки поверхности

Требования к шероховатости поверхности задают указанием класса и значения параметра. Например, 7 - Ra 0,63.

В таблице приведены классы шероховатости с соответствующими параметрами:

Классы шероховатости от 6 до 12 оценивают по параметру Ra, а классы 1-5 и 13-14 по параметру Rz. Это связано с методами контроля шероховатости.

С увеличением класса шероховатости возрастают требования к чистоте поверхности и точности ее обработки.

Так, классы шероховатости 1-5 обеспечиваются обдирочными операциями, 6-9 - чистовыми, 10-14 - доводочными.

Зная класс шероховатости поверхности, можно определить метод ее обработки и наоборот.

Выбор класса шероховатости поверхности

При назначении требований к шероховатости поверхности необходимо руководствоваться следующими критериями:

• Функциональное назначение поверхности
• Вид контактирования поверхностей
• Материал детали
• Точность размеров и формы поверхности
• Технологичность обработки

Для ответственных соединений, как правило, назначают высокие классы шероховатости 7-10. Для свободных, не контактирующих поверхностей допустимы более низкие классы шероховатости.

Рекомендуемые классы шероховатости для типовых деталей

Важный критерий при выборе класса шероховатости - твердость и материал поверхности. Для сталей с твердостью менее HRC 30 сложно обеспечить высокие классы шероховатости.

Особенности классов шероховатости отверстий и валов

Из-за особенностей обработки, для отверстий класс шероховатости, как правило, назначают на 1-2 единицы ниже, чем для наружных цилиндрических поверхностей.

Также при назначении классов шероховатости необходимо ориентироваться на рекомендации отраслевых стандартов.

Обозначение шероховатости на чертежах

Для обозначения шероховатости поверхности на чертеже используется условный знак:

Ra 0,63 или Rz 10

Где Ra или Rz - параметр шероховатости, 0,63 или 10 - его числовое значение.

В таблице классов шероховатости поверхности приведено, какой параметр следует использовать для каждого класса.

Порядок нанесения обозначения шероховатости на чертеже:

1. Условный знак
2. Значение параметра
3. Направление неровностей (при необходимости)

Особые случаи обозначения шероховатости регламентирует ГОСТ 2.309-73.

Контроль шероховатости поверхности

Контроль шероховатости поверхности производят специальными приборами:

• Профилометры (контактный метод)
• Профилографы (бесконтактный оптический метод)

Порядок контроля шероховатости

Контроль шероховатости поверхности включает следующие этапы:

1. Подготовка образцов
2. Установка образца на приборе
3. Выбор параметров измерения
4. Проведение измерений
5. Анализ результатов

Перед началом измерений образцы и прибор должны быть тщательно подготовлены согласно требованиям стандартов.

Использование эталонов и образцов шероховатости

Для поверки приборов используются специальные образцы шероховатости с аттестованным профилем поверхности. Образцы изготавливаются для различных классов шероховатости от 1 до 14.

Точность контроля шероховатости

Средние квадратичные отклонения результатов измерений параметров шероховатости составляют:

• Ra - 8%
• Rz - 12%

Поэтому при назначении класса шероховатости рекомендуется запас для последующего контроля.

Эксплуатационная шероховатость

При приработке и длительной эксплуатации поверхностей происходит изменение шероховатости, формируется эксплуатационная шероховатость.

Зависимость оптимальной шероховатости от условий работы

Оптимальные параметры эксплуатационной шероховатости зависят от:

• Материала поверхностей трения
• Вида смазки
• Скоростного и нагрузочного режима

Рекомендации по назначению эксплуатационной шероховатости

При разработке новых конструкций для правильного выбора шероховатости рекомендуется:

1. Анализ условий трения и износа в узле
2. Оценка фактической шероховатости поверхностей в процессе эксплуатации аналогов
3. Формулировка требований по шероховатости с учетом влияния на ресурс

Выбор шероховатости должен верифицироваться по результатам эксплуатационных испытаний опытных образцов.

Перспективы развития методов контроля шероховатости

Современные тенденции в контроле шероховатости:

• Применение методов компьютерного зрения и машинного обучения
• Развитие мобильных средств измерения профиля
• Создание цифровых моделей образцов шероховатости

Цифровые двойники для задания шероховатости

Аддитивное производство позволяет с высокой точностью воспроизводить эталонные образцы шероховатости в цифровом формате.

Это открывает возможности задания классов шероховатости на основе цифровых двойников с требуемой топологией поверхности.

Автоматизация процессов обработки и контроля

Применение промышленных роботов, систем машинного зрения и сенсорных датчиков позволяет:

• Автоматизировать процессы чистовой и доводочной обработки
• Контролировать шероховатость в режиме реального времени

Это снижает трудозатраты и повышает стабильность характеристик шероховатости.