39. 3.5.4 Шероховатость поверхностей

При обработке изделий (точением, сверлением, фрезерованием, шлифованием и др.) на поверхности деталей образуются небольшие, часто повторяющиеся неровности. Совокупность таких неровностей с относительно малыми (отношение шага неровностей к их высоте менее 40) шагами называют шероховатостью поверхности. Неровности с большими шагами относят к волнистости, с очень большими – к отклонениям формы.

Неровности на обработанных поверхностях (следы обработки) возникают из-за деформаций поверхностных слоев материала, неровностей режущих лезвий инструментов и трения его о деталь, вырывания с поверхности частиц материала и других факторов. Величина неровностей зависит от метода, условий и режимов обработки, свойств материала детали и инструмента, геометрии инструментов и других факторов.

Шероховатость поверхностей оказывает влияние на трение и износ деталей, изменяет эффективные зазоры и натяги в соединениях, уменьшает прочность деталей при переменных нагрузках, ухудшает стойкость деталей при коррозии, влияет на плотность, герметичность и другие показатели.

Для количественного описания шероховатости используют несколько параметров по ГОСТ 2789-73 (распространяется на все поверхности, кроме ворсистых), которые характеризуют отдельные свойства шероховатых поверхностей.

Параметры оцениваются по неровностям профиля (сечения в плоскости, нормальной к поверхности), который может быть получен на приборе – профилографе с увеличением в несколько тысяч раз. Отклонения (параметры) профиля отсчитываются от средней линии (m – m) профиля (проведенной так, чтобы сумма квадратов расстояний каждой точки профиля до средней линии была минимальна) в пределах базовой длины l (выбирается так, чтобы при определении параметров не учитывались неровности с большим шагом – волнистость).

Параметры шероховатости (рисунок 15) разделяются на высотные (характеризуют неровности по высоте): R_а, R_z, R_max, и шаговые, (характеризуют неровности по длине): S, S_m, t_p. Последний параметр характеризует также форму неровностей.

Рисунок 15 – Шероховатость поверхностей

Среднее арифметическое отклонение профиля R– среднее арифметическое абсолютных (без учета направления) значений отклонений у_iпрофиля до средней линии по нормали к ней:

. (3.53)

Высота неровностей по десяти точкам R_z – среднее расстояние между наивысшими пятью точками выступов и наименьшими пятью точками впадин. R_z характеризует среднюю высоту неровностей:

, (3.54)

где h_imax и h_jmin – см. рисунок 15.

Параметры и R_z применяются в чертежах наиболее часто. Причем параметр , учитывающий положение каждой точки профиля (интегральный показатель) более полно определяет шероховатость, нежели R_z, и поэтому рекомендуется к применению.

Наибольшая высота неровности профиля R_max – расстояние (в пределах базовой длины) между линией выступов, проведенной параллельно (эквидистантно) средней линии через наивысшую точку профиля, и линией впадин, проведенной через наинизшую точку профиля.

Средний шаг неровностей профиля S_m – среднее арифметическое значение шага неровностей по средней линии профиля (в пределах базовой длины).

Средний шаг неровностей профиля по вершинам S (см. рисунок 15) – среднее арифметическое значение (в пределах базовой длины) шага неровностей по вершинам.

Относительная опорная длина профиля t_p – отношение опорной длины профиля к базовой длине l при уровне сечения р (р в % от R_max). Опорная длина профиля складывается из отрезков в_i (см. рисунок 15), отсекаемых линией сечения (эквидистантной средней линией профиля) в материале детали и расположенной на заданном расстоянии Р (уровень сечения р = Р/ R_max 100%) от линии выступов. Для каждой поверхности в зависимости от ее формы (закругленные или острые неровности) будет своя кривая изменения t_p в зависимости от р. Всегда t₀0. т.к. линия сечения совпадает с линией выступов (, см. рисунок 15) и t₁₀₀100, т.к. линия сечения совпадает с линией впадин.

С целью качественного сравнения шероховатости поверхностей в зависимости от значения или R_z установлены классы (с 1 по 14-й) шероховатости. 1-й класс – для самых шероховатых (грубых) поверхностей,

14-й – для самых чистых (гладких). На чертежах классы шероховатости не обозначаются, а указываются только значения параметров (, R_z, R_max в мкм; S_m, S в мм; t_p в %).

Для обозначения шероховатости на поверхностях деталей использовали до недавнего времени один из трех знаков:    . Знак  применяли, если метод получения поверхности не установлен, знак  - если поверхность должна быть получена с удалением слоя материала (точение, фрезерование, шлифование, травление и др.), знак  - если поверхность должна быть получена без удаления поверхностного слоя материала (литье, штамповка, обкатка шариком или роликом и др.).

Ранее над выбранным знаком указывали стандартные значения параметра или параметров, справа от знака (при необходимости) – направление неровностей, базовую длину и (на полке знака) способ обработки (если он является единственно возможным) или другие дополнительные сведения для обработки.

В соответствии с изменением №3 к ГОСТ 2.309-73 (изменение соответствует стандарту ИСО 1302) шероховатость обозначается теми же знаками, но обязательно с полкой (см. рисунок 15). Условные обозначения направления неровностей (если это необходимо по условию функционирования), базовую длину (при необходимости) и параметр (параметры) шероховатости (последнее обязательно) записывают под полкой знака аналогично указанному на рисунке 15. На полке знака указывают (при необходимости) способ обработки как и ранее. При применении знака без обозначения параметра и способа обработки его изображают без полки.

Все параметры шероховатости (ранее кроме параметра ), записывают со своими буквенными обозначениями, причем значения , R_z, R_max - в мкм (микрометрах), S_m, S в мм; t_p в %.

Знак шероховатости с числовым значением параметра помещенный в правом верхнем углу чертежа означает, что все поверхности (кругом) детали обработаны с указанной шероховатостью, или часть поверхностей (“остальные”), кроме поверхностей с обозначенной шероховатостью, обработана в соответствии со значением параметра в углу чертежа.

Знак , у которого не записано числовое значение параметра, означает, что поверхность по данному чертежу не обрабатывается.

Числовые значения высотных параметров и R_z обычно выбирают на основании теоретических и экспериментальных исследований или, предварительно, по величине допуска Т размера в зависимости от относительной геометрической точности соединения:

- нормальная точность, ; R_z; (3.55)

- повышенная точность, ; R_z; (3.56)

- высокая точность, ; R_z, (3.57)

Полученные значения округляют до стандартных.