Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности и геометрических допусков

2.1. Шероховатость поверхности и нормирование

Теоретическая часть к практическим занятиям 2.1

На поверхности детали после обработки остаются следы от кромок режущего инструмента в виде неровностей и гребешков, близко расположенных друг от друга. Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами, выделенная на базовой длине (l).

Нормирование шероховатости поверхности по ГОСТ 2789 выполнено с учетом рекомендаций международных стандартов.

Установлено (рис. 2.1) шесть параметров: три высотных (Rа; Rz; R_max), два шаговых (Sm; S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp) [1; 4, 11, 12].

Рис. 2.1. Профилограмма шероховатости поверхности

Характеристика параметров шероховатости:

Rа − среднее арифметическое отклонение профиля, мкм;

, (1)

где y_i – расстояние между любой точкой профиля и средней линией m, cредняя линия имеет форму номинального профиля и проводится так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально;

n – количество рассматриваемых точек профиля на базовой длине.

Rz – высота неровностей профиля по 10-ти точкам, мкм;

, (2)

где H_imax;H_imin –высота наибольшего выступа и глубина наибольшей впадины, мкм;

Соотношение между Ra и Rz колеблется в пределах от 4 до 7 раз, Rz больше, чем Ra_.

R_max – наибольшая высота профиля − расстояние между линией выступов и линией впадин, мкм;

Sm – средний шаг неровностей профиля по средней линии в пределах базовой длины, мм;

₍₃₎

где n – количество шагов в пределах базовой длины;

S_mi - шаг неровностей профиля по средней линии.

S – средний шаг местных выступов профиля (по вершинам) в пределах базовой длины, мкм;

, (4)

где n – количество шагов в пределах базовой длины;

S_i - шаг местных выступов профиля.

t_p – относительная опорная длина профиля:

, (5)

где p – уровень сечения профиля в % − это расстояние между линией выступов и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов; за 100% принимается R_max;

b_i – длина отрезка, отсекаемая на заданном уровне в материале, мм;

l – базовая длина, мм.

Направления неровностей обработки зависят от метода и технологии изготовления, влияют на работоспособность, износостойкость и долговечность изделия. Условные обозначения направления неровностей (табл. 2.1) указывают на чертеже при необходимости.

Выбор параметров производится в зависимости от эксплуатационных свойств поверхности. Предпочтительным принят параметр Ra  среднее арифметическое отклонение профиля, так как он определяет шероховатость по всем точкам профиля (табл. В.1).

Т а б л и ц а 2.1

Условное обозначение направлений неровностей

Тип направления неровностей	Обозначение	Тип направления неровностей	Обозначение
П араллельное		Произвольное	M
П ерпендикулярное		Кругообразное	C
Перекрещиваю-щееся		Радиальное	R
		Точечное

Точечное направление неровностей дают поверхности, полученные методом порошковой металлургии, электроискровым методом, травлением и др.

Средняя высота неровностей по 10 точкам Rz используется в тех случаях, когда нельзя измерить Ra на приборах типа профилометр путем ощупывания поверхности алмазной иглой (острые кромки, мягкий материал, особо чистая поверхность).

Шаговые параметры влияют на виброустойчивость, сопротивление в волноводах и электропроводность в электротехнических деталях.

Параметр t_p необходимо учитывать при высоких требованиях к контактной жесткости и герметичности.

В ГОСТ 2789-59 предусматривалось 14 классов шероховатости в порядке уменьшения значений параметров. В сравнительной табл. В.1 даны соотношения между классами шероховатости и другими высотными параметрами. С 1983 г. для всех классов введен ряд значений Ra предпочтительного применения по 1-ому варианту.

Определение значений параметров шероховатости может быть выполнено методом подобия и расчетным методом.

Метод подобия (табл. В.2) ориентируется на экономическую точность которая устанавливает зависимость шероховатости и формы поверхности от допуска размера и применяемого отделочного метода обработки.

Минимальные требования к шероховатости поверхности в зависимости от допусков размера и формы даны в табл. В.3 [4, 11].

Примеры выбора числовых значений Ra в зависимости от вида соединения даны в табл. В.4.

При расчетном методе учитывается зависимость параметров шероховатости поверхности от допуска размера, так как при обеспечении требуемой точности размера изменяется шероховатость и качество формы поверхности.

Для деталей жесткой конструкции (L2d) соотношение допусков размера (Т) и формы поверхности (Т_ф) установлены три уровня относительной геометрической точности (ГОСТ 24643):

А – нормальный, используемый наиболее часто в машиностроении для поверхностей без особых требований к точности формы при низкой скорости вращения или перемещения.

В – повышенный, используемый для поверхностей, работающих при средних нагрузках и скоростях до 1500 об/мин, при оговоренных требованиях к плавности хода и герметичности уплотнений. Поверхности, образующие соединения с натягом или по переходным посадкам при воздействии больших скоростей и нагрузок, при наличии ударов и вибраций;

С – высокий, рекомендуемый для поверхностей, работающих в подвижных соединениях при высоких нагрузках и скоростях свыше 1500 об/мин, при высоких требованиях к плавности хода, герметичности уплотнения и при необходимости трения малой величины; при высоких требованиях к точности центрирования, прочности соединения в условиях воздействия больших нагрузок, ударов и вибраций.

Значения коэффициентов формы (К_ф) и шероховатости (К_r) приведены в табл.2.2.

Значение Ra можно рассчитать по формуле

Ra = К_r Т, (6)

где Т −допуск на размер, ограничивающий данную поверхность (Td; TD);

К_r − коэффициент шероховатости поверхности по табл. 2.2.

Расчетное значение округлить в сторону уменьшения до величины, указанной в табл. В.1., вариант 1.

Таблица 2.2