Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы взаимозаменяемости размерные и геометрические допуски. Учебное пособие
.pdf
61
1.11. Шероховатость поверхности
Текстура (строение) поверхности – повторяющиеся и
случайные отклонения от геометрической (номинальной)
поверхности, которые формируют трехмерную топографию
поверхности.
Какой бы гладкой визуально или на ощупь не выглядела
поверхность детали при наблюдении её с помощью микроскопа или
при сканировании с увеличением можно убедиться в наличии на
ней сложного рельефа, называемого текстурой поверхности.
В текстуре поверхности выделяют шероховатость, волнистость,
направление неровностей, изъяны поверхности и отклонение
формы в пределах ограниченного участка поверхности.
Для нормирования и количественной оценки параметров
текстуры поверхностей используют профильный метод (двухмерное
измерение) и метод Ареал (трехмерное измерение).
В настоящее время наибольшее распространение получил
профильный метод, при котором текстуру оценивают параметрами
линии пересечения поверхности с плоскостью, называемой
профилем поверхности.
При контроле текстуры поверхности выделяют несколько
типов профилей поверхности.
Трассированный профиль – траектория центра иглы щупа при
перемещении (трассировании) по поверхности.
Базовый профиль – траектория щупа при перемещении по
совершенно гладкой поверхности (эта траектория отражает
погрешности геометрии направляющей поверхности прибора)
Полный профиль – цифровая форма профиля,
зафиксированная измерительным прибором, содержащая в себе
трассированный и базовый профили.
Для отсечения неровностей профиля, которые в процессе
трассирования проявляют себя с разной длиной волны λ,
используют фильтры. Фильтры могут быть механическими,
электрическими, математическими и др. В частности, функцию
62
первичного (механического) фильтра выполняет щуп
измерительного прибора, размеры которого определяют степень
сглаживания профиля при трассировании.
Полный профиль, полученный в результате применения
коротковолнового фильтра λs, называют первичным профилем.
Использование фильтра λс позволяет получить профиль
шероховатости. Фильтр профиля λf разделяет неровности,
относящиеся к волнистости, и более длинные волны, и
способствует выявлению профиля волнистости.
Рассмотрим нормирование параметров текстуры на примере
шероховатости поверхности.
По определению ГОСТ 25142, шероховатость поверхности –
совокупность неровностей поверхности с относительно малыми
шагами, выделенных, например, с помощью базовой длины.
Шероховатость является отклонением формы поверхности,
рассматриваемым на уровне микрогеометрии. Причинами
появления шероховатости являются особенности технологического
процесса обработки поверхности, копирование неровностей
инструмента, неоднородность свойств материала детали,
упругопластические деформации, окислительные процессы и
другие. Влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные
свойства поверхностей и деталей в целом проявляется в изменении
контактной жесткости и износостойкости, усталостной прочности,
коррозионной стойкости, качества покрытий, электрического
сопротивления контактов, отражающей способности и т.д.
На рис. 45 показано изображение профиля (профилограмма)
поверхности детали в большом увеличении, которое получают с
помощью средств измерений, называемых профилографами.
Буквами m – m обозначена базовая линия.
Базовая линия - линия заданной геометрической формы,
определенным образом проведенная относительно профиля
поверхности и служащая для оценки геометрических параметров
поверхности.
Базовую линию, имеющую форму номинального профиля и
проведенную так, что в пределах базовой длины
среднеквадратическое отклонение профиля от этой линии имеет
63
Линия
впадин
Si
Smi
Линия выступов
y(x)
l
H
i max
m
m
H
i min
Rmax
(p·Rmax)/100%
yi
bi
минимальное значение, называют средней линией профиля. Способ
l
n
i
i
y
n
dxxy
l
Ra
0
1
11
определения параметров шероховатости с использованием средней
линии профиля называют системой средней линии.
Рис. 45. Профилограмма поверхности детали
Длину l базовой линии, используемую для выделения
неровностей, характеризующих шероховатость поверхности,
называют базовой длиной.
Перечень параметров, используемых для характеристики
профиля поверхности, установлен стандартами ГОСТ 25142 (25
параметров) и ГОСТ Р ИСО 4287 (16 параметров). В указанных
стандартах приведены определения параметров, необходимые
пояснения и иллюстрации.
Ограничимся рассмотрением параметров, которые стандартом
ГОСТ 2789 выделены для применения при нормировании и
контроле шероховатости.
1. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее
арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в
пределах базовой длины:
,
64
где l — базовая длина; n — число выбранных точек профиля на
5
1i
5
1i
minimaxi
HH
5
1
Rz
n
i
i
mm
S
n
S
1
1
n
i
i
S
n
S
1
1
базовой длине; уi — отклонение i - ой точки профиля от средней
линии (отклонение профиля).
2. Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz —
сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших
выступов профиля H
H
на базовой длине:
i min
.
3. Наибольшая высота неровностей профиля Rmax —
расстояние между линией выступов профиля и линией впадин
профиля. Линия выступов/впадин – линия эквидистантная средней
линии профиля, проведенная через его высшую/низшую точку.
4. Средний шаг неровностей профиля Sm — среднее значение
шага неровностей профиля на базовой длине:
где Smi — шаг неровностей профиля, равный длине отрезка
средней линии, пересекающего реальный профиль в трех точках,
измеренный между крайними точками.
5. Средний шаг местных выступов S — среднее значение шага
местных выступов профиля в пределах базовой длины:
и глубин пяти наибольших впадин профиля
i max
,
,
где Si — шаг местных выступов профиля.
6. Относительная опорная длина профиля tр — отношение
опорной длины профиля к базовой длине:
t p = η p/l∙100 %,
где р - опорная длина профиля — сумма длин отрезков bi,
отсекаемых на заданном уровне сечения р (в процентах от Rmax) в
материале профиля линией, эквидистантной средней линии.
Первые три параметра Ra, Rz, Rmax называют высотными
параметрами, параметры Sm, S - шаговыми.
65
Способ обработки поверхности
Полка знака
Базовая длина по ГОСТ 2789 /
/ Параметр (параметры) шероховатости
Условное обозначение
Требования к шероховатости поверхностей детали на рабочих
чертежах указывают в виде обозначения, структура которого
показана на рисунке 46.
Возможны три варианта изображения знака шероховатости
(рис. 47): а) – конструктор способ обработки не задает; б) –
обработка со снятием слоя металла; в) – обработка без снятия слоя
металла и поверхности, не обрабатываемые по данному чертежу.
Перечень нормируемых параметров шероховатости выбирают
исходя из функциональных требований к поверхности детали (табл.
9). Параметр Ra является предпочтительным для применения.
и (или) другие дополнительные указания
направления неровностей (рис. 49)
Рис. 46. Структура обозначения шероховатости на чертежах
а) б) в)
Рис. 47. Варианты изображения знака шероховатости
Требования к уровню параметра шероховатости могут быть
заданы наибольшим предельным значением (по умолчанию),
наименьшим предельным значением, диапазоном допустимых
значений, номинальным значением и допустимыми отклонениями
(рис. 48).
Рис. 48. Примеры обозначений (спецификаций) шероховатости
66
перпендикулярное
М
произвольное
С
кругообразное
P
точечное
R
радиальное
перекрещивающееся
параллельное
Условное
обозначение
Схематическое
изображение
Направление неровностей
Ra (Rz), tр, Н.Н.
Ra, Sm, S
Износоустойчивость
Сопротивление в волноводах
Эксплуатационные свойства
поверхности
Таблица 9
Виброустойчивость
Контактная жесткость
Прочность соединения
Прочность деталей при
циклических нагрузках
Герметичность соединений
Примечание. Н.Н. – направление неровностей
Рис. 49. Обозначения направлений неровностей
Нормируемые параметры
Ra (Rz), Sm, S, Н.Н.
Ra (Rz), tр
Ra (Rz)
Rmax, Sm, S, Н.Н.
Ra (Rz), Rmax, tр
67
Значения параметров должны соответствовать ряду
Ra 6,3 ( )
5…10
5…10
Ra 1,6
Ra 1,6
Ra 1,6
Ra 1,6
Ra 1,6
Основная надпись
Требования к шероховатости
указаны на изображении детали
предпочтительных чисел R10: …0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4;
0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10; 12,5;
16; 20; 25; 32; … (подчеркнуты числа, предпочтительные для
применения). В обозначении шероховатости значения высотных
параметров приводят в микрометрах, а шаговых параметров – в
миллиметрах.
Уровни сечения и значения относительной опорной длины
профиля принимают из ряда чисел (в процентах) 5, 10, 15, 20, 25,
30, 40, 50, 60, 70, 80, 90.
Примеры указания требований к шероховатости на чертежах
приведены на рис. 53 и 54. Если в обозначении шероховатости
значение базовой длины не указано, то оно должны соответствовать
стандарту ГОСТ 2789 (таблица 10).
Рис. 50. Указание требований к шероховатости поверхности на чертеже
поверхностей, для которых они не
68
Рекомендуемые соотношения между допусками размера,
Параметры шероховатости
Базовая длина
Ra, мкм
Rz, Rmax, мкм
l, мм
До 0,025
Св. 0,025 до 0,4
Св. 0,4 до 3,2
Св. 3,2 до 12,5
Св. 12,5 до 100
До 0,10
Св. 0,1 до 1,6
Св. 1,6 до 12,5
Св. 12,5 до 50
Св. 50 до 400
0,08
0,25
0,8
2,5
8
При допуске формы Tф
в процентах от допуска
размера IT
Параметр Ra
Параметр Rz
А = 60%
Ra 0,05· IT
Rz = 0,2 · IT
В = 40%
Ra 0,025 · IT
Rz = 0,1 · IT
С = 25%
Ra 0,012 · IT
Rz = 0,05 · IT
D 25%
Ra = 0,15 · Tф
Rz = 0,6 · Tф
формы или расположения поверхности и средним арифметическим
отклонением профиля указаны в таблице 11 (РТМ 2 Н31-4-81).
Таблица 10. Стандартные значения базовой длины
Таблица 11
В таблице 12 приведены рекомендации стандартов ISO и DIN
по установлению значений параметров шероховатости в
зависимости от допуска размера.
Структуру обозначения, приведенную на рис. 50, применяют
для записи требований к параметрам различных профилей.
Для характеристики первичного профиля и профиля
волнистости используют параметры аналогичные параметрам
шероховатости. При этом, согласно стандартам ISO, обозначения
параметров шероховатости начинаются с буквы R, обозначения
соответствующих параметров, характеризующих первичный
профиль, - с буквы Р, профиль волнистости – W. Например,
69
обозначения среднего арифметического отклонения профиля: Ra,
Интервал
размеров:
свыше …
до …., мм
Параметр
шероховатости
Квалитет
5 6 7 8 9
10
11
1 - 6
Ra
0,4
0,8
0,8
1,6
1,6
3,2
3,2
Rz
2,5 4 6,3
6,3
10
16
25
6 – 10
Ra
0,4
0,8
0,8
1,6
3,2
6,3
12,5
Rz
2,5 4 6,3
10
16
25
40
10 - 18
Ra
0,8
0,8
0,8
1,6
3,2
6,3
12,5
Rz
4 4 6,3
10
16
25
40
18 – 80
Ra
0,8
0,8
1,6
3,2
3,2
6,3
12,5
Rz
4
6,3
10
16
16
40
63
80 - 250
Ra
0,8
1,6
1,6
3,2
3,2
6,3
12,5
Rz
6,3
10
16
25
25
40
63
= U «gauss» 0,00025 – 0,8/ Ra 5 max
Pa, Wa, обозначения среднего шага неровностей: Rsm, Psm, Wsm.
Таблица 12. Рекомендуемые значения параметров шероховатости, мкм
Обозначение шероховатости по ISO 1302 аналогично ранее
рассмотренному обозначению по ГОСТ 2.309-73. Однако оно может
содержать дополнительную информацию. Например, в обозначении
,
где = - направление неровностей;
U – указание на то, что значение параметра является
наибольшим;
“gauss” – использовать Гауссов фильтр;
0,0025-0,8 – полоса пропускания (длины волн λs – λс, мм);
Ra – среднее арифметическое отклонение профиля;
5 - длина оценки параметров равна пяти базовым длинам;
max – правило «mах» - ни одно измеренное значение не должно
превышать установленного предела 0,5 мкм;
0,5 – верхнее предельное значение параметра Ra, мкм.
70
Стандарт ISO 4288 устанавливает оператор спецификации
= – 0,8/ Ra max 0,5
шероховатости по умолчанию, с учетом которого приведенное
обозначение может быть записано более просто
.
По умолчанию стандарт ISO 4288 рекомендует использовать
Гауссов фильтр; полосу пропускания 0,0025-0,8 мм; длину оценки
параметров текстуры равной пяти базовым длинам. (Длина оценки
- длина, на которой оцениваются значения параметров
шероховатости). Если используется другое число длин, то это число
отражается в обозначении параметра шероховатости, например, Rz2
– длина оценки составляет 2 базовые длины.
Оценка параметров шероховатости на нескольких базовых
длинах с последующим осреднением полученных значений
позволяет повысить стабильность измерений.
Также по умолчанию действует «правило 16%». Оно
устанавливает, что поверхность удовлетворяет требованиям, если
не более 16% результатов измерений выходят за заданные границы.
В последние два десятилетия в связи с разработкой новых
технологий обработки деталей, углублением знаний о взаимосвязи
между характеристиками микрогеометрии поверхности и её
функциональными свойствами, внедрением компьютеризированных
средств измерений, для характеристики текстуры поверхности
стали применять новые параметры.
Накопленный опыт нашел отражение в стандартах
Международной организации по стандартизации с общим
названием «Текстура поверхности. Профильный метод».
В этих стандартах регламентированы термины и определения
параметров текстуры поверхности, правила и процедуры их оценки,
изложены требования к контактным (щуповым) средствам
измерений профиля поверхности и методы их калибровки,
установлены основные принципы и способы использования
программного обеспечения средств измерений, закреплены правила
обозначения текстуры поверхности в инженерно-технической
документации.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]