Шероховатость поверхности играет важную роль при эксплуатации деталей машин и механизмов. От правильно подобранных параметров шероховатости зависят такие характеристики, как износостойкость, коррозионная стойкость, сохранение натяга в посадках.
Параметры шероховатости поверхности
Шероховатость поверхности представляет собой совокупность неровностей, образующих микрорельеф. Эти неровности возникают в процессе механической обработки под воздействием режущих кромок инструмента, трения, вибрации и других факторов.
Для количественной оценки шероховатости используют следующие основные параметры:
- Ra - среднее арифметическое отклонение профиля
- Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам
- Rmax - наибольшая высота профиля
- Sm - средний шаг неровностей профиля
- S - средний шаг неровностей по вершинам
- tp - относительная опорная длина профиля
Базой для отсчета всех этих параметров служит средняя линия профиля. Она проходит так, что в пределах заданной базовой длины среднеквадратичное отклонение профиля минимально.
Параметр Ra вычисляют как среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля от средней линии. Этот показатель чаще всего используется для определения шероховатости, так как однозначно связан с классом шероховатости поверхности.
Параметр Rz определяется по высоте пяти максимальных выступов профиля и пяти максимальных впадин.
Максимальная высота профиля Rmax - это наибольшее расстояние между самой высокой и самой низкой точками профиля в пределах базовой длины.
Методы измерения шероховатости
Для определения численных значений параметров шероховатости используют такие основные методы:
- Контактные методы с помощью профилометров и профилографов
- Бесконтактные методы оптические приборы
- Визуальный метод сравнение с эталоном
Наиболее точные значения дают контактные методы с использованием профилометров и профилографов. Эти приборы записывают профиль поверхности с помощью щупа и затем рассчитывают параметры шероховатости.
Оптические бесконтактные методы основаны на отражении луча от поверхности и фиксации его изменений для последующей обработки.
Визуальный контроль заключается в сравнении поверхности детали с эталоном, шероховатость которого заранее измерена точными приборами.
Copy code
| Сравнение методов измерения шероховатости | ||
| Метод | Преимущества | Недостатки |
| Профилометры и профилографы | Высокая точность | Дороговизна приборов |
| Оптические приборы | Бесконтактность | Меньшая точность |
| Визуальный метод | Простота | Субъективность |
Каждый из методов имеет свои плюсы и минусы, поэтому выбор зависит от требований к точности, стоимости контроля, типа поверхности.
Классы шероховатости
Таблица шероховатости по ГОСТ 2789-73 устанавливает 14 классов шероховатости с соответствующими параметрами Ra и Rz.
Классы с 1 по 5-й определяются параметром Rz, а классы с 6 по 12 - параметром Ra. Это сделано для однозначной идентификации класса шероховатости при измерениях.
Каждый класс задается диапазоном значений параметров. Например, 6-й класс определяется значениями Ra от 2,5 до 1,25 мкм. Этот класс делится на подклассы:
- 6а - от 2,5 до 2,0 мкм
- 6б - от 2,0 до 1,6 мкм
- 6в - от 1,6 до 1,25 мкм
Чем выше номер класса шероховатости, тем меньше значения параметров Ra и Rz и тем выше чистота обработки поверхности.
Класс шероховатости для конкретной детали выбирают исходя из функционального назначения ее поверхностей и условий работы. Обычно с ростом требований к точности растут и требования к шероховатости.
Для трущихся поверхностей ответственных деталей чаще назначают высокие классы 10-12, а для свободных необрабатываемых поверхностей достаточно классов 1-4.
Обозначение шероховатости на чертежах
В чертежах и технической документации шероховатость поверхности обозначают условными знаками:
- Рядом с изображением поверхности ставится знак √ и указывается числовое значение параметра (Ra, Rz и др.)
- Над знаком √ указывают направление неровностей профиля (параллельное, перпендикулярное и т.д.)
- Если вид обработки поверхности не указан, используется знак √ без дополнительных обозначений
- Для поверхности в состоянии поставки применяют знак
- При обработке без снятия слоя материала используют знак
Значение параметра Ra указывается числом без символа, например 0,32, а остальные параметры обозначаются с соответствующим символом - Rz, Rmax и т.д.
Выбор шероховатости для деталей
При назначении шероховатости конкретным поверхностям деталей нужно учитывать:
- Функциональное назначение поверхности
- Условия работы детали
- Требования к точности размеров и формы
- Свойства материала детали
- Особенности технологического процесса
Как правило, для ответственных соединений с высокой точностью назначают высокие классы шероховатости по таблице. А свободные или необрабатываемые поверхности могут иметь низкие классы.
Оптимальные параметры шероховатости зависят от материала пар трения, вида смазки, скоростей и нагрузок. Их подбирают экспериментально для конкретных узлов.
Изменение шероховатости при эксплуатации
Параметры шероховатости с течением времени в процессе работы детали изменяются. Под воздействием сил трения, коррозии, усталостных процессов происходит износ поверхностного слоя.
Различают таблицу исходной, эксплуатационной и равновесной шероховатости:
- Исходная шероховатость - сразу после изготовления детали
- Эксплуатационная - в процессе работы
- Равновесная - при стационарном режиме трения
Зная характер изменения шероховатости, можно закладывать при проектировании необходимый запас, обеспечивающий работоспособность детали на весь срок службы.
Контроль шероховатости поверхности
Контроль параметров шероховатости производится для подтверждения соответствия реальных значений заданным в чертеже и техпроцессе.
Отклонения фактических параметров от значений по таблице шероховатостей не должны превышать поля допуска для данного класса. Например, для 6 класса предельное отклонение параметра Ra составляет ±0,5 мкм.
При превышении допустимых отклонений необходимо внести изменения в техпроцесс для повышения стабильности шероховатости.
