Стандартизация шероховатости поверхности. Методические указания по выполнению лабораторной работы

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

МГАВТ

Шклярова Е. И.

«СТАНДАРТИЗАЦИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ»

Альтаир – МГАВТ Москва

2010

2

Учебно-практическое издание

Шклярова Е. И.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

Методические рекомендации для выполнения лабораторных работ

Компьютерная верстка: Шершакова И.В.

Подписано в печать__.__.2010 Формат 60x90/16. Объем 1 п.л.

Заказ № ___ Тираж. экз.

Альтаир — МГАВТ Московская государственная академия водного транспорта

117105 г. Москва, Новоданиловская наб., д.2, корп.1

4

Шклярова Е.И. «Стандартизация шероховатости поверхности». Методические указания по выполнению лабораторной работы. — М.: Альтаир-МГАВТ. 2010 г. 20 с.

Методические указания по выполнению лабораторной работы относятся к дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация». Лабораторная работа посвящена современному точному методу стандартизации шероховатости поверхности — измерению профиля и параметров шероховатости контактным способом на профилометре — профилографе «Профи–130». В процессе выполнения работы студенты осваивают современный метод исследования качества поверхности и рассчитывают погрешности измерения параметров шероховатости. Содержание лабораторной работы соответствует требования Государственного образовательного стандарта.

Методические указания предназначены для студентов, изучающих дисциплину «Метрология, стандартизация и сертификация».

Специальности 180101, 180103, 180403, 190602, 190701, 270104.

Рецензент: кандидат технических наук, профессор В.И. Волхонов. Рассмотрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры судостроения

и судоремонта (протокол № 1 от 28.09.2010).

Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом МГАВТ.

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов несут автор и кафедры академии, выпускающие учебно-методические материалы.

© МГАВТ, 2010 © Шклярова Е.И. 2010

5

СОДЕРЖАНИЕ

6

1. Цель работы

Профилометр контактный «Профи-130» (степень точности 1 по ГОСТ 1930086 модели 130) предназначен для измерения профиля и параметров шероховатости по системе средней линии «m» (ГОСТ 25142-82).

Цель работы — измерение шероховатости поверхности контактным способом с помощью профилографа — профилометра «Профи-130», расчѐт параметров шероховатости (автоматизированный и ручной метод).

2. Основные сведения

Шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с относительно малым шагом на базовой длине L. В проборе используется система отсчета шероховатости от средней линии профиля m.

Средней линии профиля m — базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведѐнная таким образом, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально. Стандартные числовые значения базовой длины, как правило, выбирают из ряда 0,08 мм; 0,25 мм; 0,8 мм; 2,5 мм и 8 мм ( Таблица №1 «Соотношение параметров шероховатости и базовой длины»).

Шероховатость поверхности оценивается несколькими параметрами, которые подразделяют на высотные параметры, шаговые параметры и параметры формы профиля (см. профилограмму на Рис. 1)

Высотные параметры

Основными высотными параметрами являются среднее арифметическое отклонение профиля Ra; высота неровностей профиля по 10 точкам Rz; наибольшая высота неровностей профиля Rmax.

Рис. 1. Профилограмма и основные параметры шероховатости поверхности

7

Cреднее арифметическое отклонение профиля Ra — среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля y в пределах базовой длины l:

где l — базовая длина; n — число отклонений профиля.

Отклонения профиля y – расстояние между любой точкой профиля и средней линией, измеренное по нормали, проведѐнной к средней линии через эту точку профиля.

Высота неровностей профиля по 10 точкам Rz — среднее значение абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин в пределах базовой длины:

где Hmax i — высота i-го наибольшего выступа профиля Hmin i — глубина i-ой наибольшей впадины профиля.

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax — расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины:

Шаговые параметры

Средний шаг неровностей профиля Sm – среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины:

где n — число шагов неровностей в проделах базовой длины l

Sm i — шаг неровностей профиля по средней линии; равен длине отрезка средней линии, пересекающей профиль в трѐх соседних точках; ограничен двумя крайними точками.

Средний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины:

где n — число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины l;

Si — шаг неровностей по вершинам; длина отрезка средней линии между проекциями на неѐ двух наивысших точек соседних выступов профиля.

8

Параметр формы неровностей профиля

Относительная опорная длина профиля tp — отношение опорной длины профиля к базовой длине l:

где n – число отрезков bi в пределах базовой длины

P – уровень сечения профиля в процентах; отсчитывают от линии выступов.

— сумма длин отрезков bi в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне выступов профиля линией, эквидистантной средней линии.

Опорная длина профиля tp определяет величину пластической деформации поверхности деталей при их контактировании.

При измерениях твердосплавная опора датчика скользит по измеряемой поверхности, описывая огибающую поверхность по вершинам профиля, а алмазная игла, скользя по измеряемой поверхности, снимает собственно профиль поверхности за вычетом еѐ огибающей.

Индуктивный датчик является высокочувствительным и позволяет описывать рельеф поверхности детали вплоть до десятых долей нанометра. Датчик перемещается мотоприводом, имеет безлюфтовую кинематику с антивибрационным креплением мотора и усреднением шероховатостей направляющих. Это позволяет перемещать датчик с точностью до 0,01 мкм и без бокового смещения.

В ходе лабораторной работы вышеперечисленные параметры измеряются в следующих диапазонах:

3. Содержание работы

Принцип работы профилометра основан на ощупывании алмазной иглой неровностей измеряемой поверхности и последующем преобразовании возникающих механических колебаний иглы индуктивным датчиком в измеряемый сигнал. Схема профилометра представлена на Рис. 2

9

Рис. 2 Схематическая конструкция профилометра:

1 – плита; 2 – призма; 3 – усилитель колонны стойки; 4 – стопорное кольцо; 5 – привод;6 – ножки датчика; 7 – привод; 8 – рукоятки; 9 – фиксатор; 10 – каретка стойки; 11 – колонна;12 – шток привода; 13 – винт; 14 – датчик; 15 – носик датчика; 16 – алмазная игла датчика; 17 – твердосплавная опора датчика.

Основным элементом профилометра является индуктивный датчик с иглой, имеющий опору на измеряемую поверхность. Датчик закреплѐн в электромеханическом приводе, с помощью которого он перемещается в горизонтальном направлении вдоль измеряемой поверхности. В вертикальном направлении привод с датчиком перемещается вверх – вниз по колонне. Колонна установлена на плите, на которой базируется измеряемая деталь.

Питание датчика, управление приводом и обработка сигнала осуществляется в помощью информационно – вычислительного блока (ИВБ) и системы Windows — 98/Windows – XP.

В приборе предусмотрены следующие величины так называемых поддиапазонов (П) измерений вышеприведѐнных параметров:

для Ra, мкм — 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100;

для Rz и Rmax, мкм — 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200; 500;

для S и Sm, мкм — 0,2 λb, где λb — величина так называемой отсечки шага, соответствующей базовой длине L;

для tp, % — до 100%.

Выбор определѐнной λb означает, что измеряемый профиль (совокупность неровностей с различным шагом) фильтруется таким образом, что параметры шероховатости вычисляются на базовой длине.

Базовая длина L соответствует значению отсечки шага λb. Эти отсечѐнные неровности характеризуются как волнистость или отклонение формы.

Погрешности измерений

При измерениях данным прибором пределы допускаемой основной погрешности для профиля, близкого к трапецеидальному, с шагом неровностей ≤0,25 λb, следующие:

при измерении параметра Ra — 0

при измерении параметров Rz; Rmax—0 при измерении параметров S; Sm—0 при измерении tp—0

где Н — действительные значения параметра; П — верхний предел поддиапазона измерений соответствующего параметра.

Пример 1. Поддиапазон Rz (П = 3,2 мкм) Значение Rz = 2,0 мкм.

Пример 2. Поддиапазон Ra (П = 0,8 мкм). Значение Ra = 0,3 мкм

Управление профилометром осуществляется клавиатурой и мышью компьютера. С помощью специальной программы может производиться:

расчѐт параметров шероховатости;

задача требуемых условий измерения;

вывод на экран полученной профилограммы;

выделение отдельных элементов профиля;

11