3.3. Нормирование шероховатости поверхности

3.3.1. Основные термины и определения

Шероховатость характеризует качество поверхности наряду с другими физико-механическими свойствами, такими как остаточное напряжение, наклеп и т.д.

Шероховатость – совокупность неровностей поверхности с относительно мелкими шагами в пределах базовой длины l.

Шероховатостью нормируются требования к поверхностным неровностям по профилям, получаемым в сечении рассматриваемой поверхности плоскостями, перпендикулярными этой поверхности.

В основу нормирования и оценки шероховатости поверхности положена система M (система средней линии профиля m-m).. Система М – система отсчета отклонений профиля, в которой в качестве базовой линии выбрана средняя линия профиля.

Для изложения данной темы необходимо ввести несколько терминов и определений.

Реальная поверхность – поверхность, ограничивающая тело и отделяющая его от окружающей среды.

Реальный профиль – профиль реальной поверхности в заданном сечении.

Номинальная поверхность – поверхность, заданная в технической документации без учета допускаемых отклонений

Номинальный профиль – профиль, получаемый при сечении номинальной поверхности плоскостью.

Базовая линия (поверхность) – линия (поверхность) заданной геометрической формы определенным образом проведенная относительно профиля (поверхность) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Базовая длина (l) – длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности и для количественного определения ее параметров.

Средняя линия профиля (m) – базовая линия, имеющая форму номинального профиля, и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимальные.

3.3.2. Показатели шероховатости

В соответствии с ГОСТ 2789 шероховатость поверхности характеризуют три группы показателей (рис.17): высотные, шаговые и показатели, связанные с формой неровностей профиля.

Рис.17. Параметры шероховатости поверхности

Высотные показатели

R_max – наибольшая высота неровностей профиля, которая равна расстоянию между линией выступа и линией впадин. Этот показатель характеризует полную высоту профиля.

Линия выступов профиля – линия, эквидистантная средней линии, проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины.

Линия впадин профиля – линия, эквидистантная средней линии, проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины.

R_a – среднее арифметическое отклонение профиля (средняя высота всех неровностей). Параметр предпочтительный. Дает более полную оценку шероховатости, так как измеряется и суммируется расстояние большого числа точек реального профиля до средней линии:

R_a = ,

где y_i -отклонение профиля в системе М; это расстояние между любой точкой профиля и средней линией;

R_z – высота неровностей профиля по десяти точкам (средняя высота наибольших неровностей):

R_z = ,

где H_{i max} – отклонения пяти наибольших максимумов профиля (высота вершин); H_{i min} – отклонения пяти наибольших минимумов профиля (высота впадин).

Шаговые показатели

Параметры S_m и S характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей – вершин (максимумов) профиля и точек пересечения профиля со средней линией (нулей профиля):

S_m – средний шаг неровностей профиля в пределах базовой длины:

S_m = ,

где S_m - среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины.

S – средний шаг неровностей по вершинам (местных выступов профиля):

S = ,

где n - число шагов в пределах базовой длины l;

S_i - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, пересекающей профиль в трех соседних точках и ограниченной двумя крайними точками.

Показатели, связанные с формой неровностей профиля

η_р – опорная длина профиля – сумма длин отрезков «b_i », отсекаемых на заданном уровне сечения « р » в материале профиля линией, эквидистантной средней линии « m » в пределах базовой длины:

η_р = ;

t_p - относительная опорная длина профиля, %. Это отношение опорной длины профиля к базовой длине:

t_p = ,

где p – уровень сечения профиля – расстояние между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов. Измеряется в % от R_max.

Показатель t_p позволяет оценить влияние формы неровностей на эксплуатационные показатели детали. С увеличением t_p возрастает трудоемкость процессов обработки.

В ГОСТ 2789 установлены стандартные ряды уровней сечения профиля

и относительной опорной длины.

Направление неровностей и их обозначения

В обоснованных случаях устанавливают требования к направлению неровностей (рис.18) и виду (или последовательности видов) обработки, если он единственный для обеспечения качества поверхности.

Рис.18. Направление неровностей и их обозначения

Шероховатость и эксплуатационные показатели изделий

Шероховатость оказывает влияние на такие эксплуатационные показатели изделий, как контактная жесткость и прочность узлов (зависит от R_a или R_z, S_m, t_p и направления неровностей), герметичность соединений (зависит от R_a или R_z, t_p); износостойкость (зависит от R_a или R_z, t_p, направления неровностей; наименьший коэффициент трения получается при несовпадении направления движения с направлением неровностей); усталостная прочность деталей при циклических нагрузках (зависит от R_max, S_m или S); коррозионная стойкость деталей (зависит от R_a ,R_z, t_p); гидравлическое сопротивление при движении жидкости в трубопроводах (зависит от R_a или R_z, S_m или S ).

Шероховатость связана с точностью изготовления изделия, т.е. с квалитетом. Чем меньше допуск, тем более высокие требования предъявляются к параметрам шероховатости, т.е. тем меньше должна быть шероховатость. Вопрос нормирования шероховатости дополнительно рассматривается в разделе «Нормирование точности формы и расположения».

Значения параметров R_a ,R_z, R_max следует выбирать из рядов предпочтительных величин по ГОСТ 2789. Значения параметра R_a принято выбирать по варианту 1, который соответствует предпочтительному ряду.