6. Шероховатость и волнистость поверхности

Детали, полученные в результате механической обработки, имеют на своей поверхности чередующиеся впадины и выступы различных формы и величины, которые образуют неровности поверхности (микронеровности).

Шероховатость поверхности – совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами, определенными на базовой длине.

6.1. Шероховатость поверхности и ее влияние на работу деталей машин

В процессе формообразования деталей на их поверхности появляется шероховатость – ряд чередующихся выступов и впадин сравнительно малых размеров.

Шероховатость может быть следом от резца или другого режущего инструмента, копией неровностей форм или штампов, может появиться вследствие вибрации, возникающей при резании, а также в результате действия других факторов.

Влияние шероховатости на работу деталей машин многообразно:

в подвижных соединениях соприкосновение трущихся поверхностей происходит в отдельных точках при повышенном удельном давлении, вследствие чего смазка выдавливается, нарушается непрерывность масляного слоя, т. е. появляются условия для возникновения полусухого или даже сухого трения;

в неподвижных соединениях для обеспечения лучшего сцепления поверхность должна быть не совсем гладкой, но до определенного предела, так как при увеличении высоты неровностей при напрессовке они будут попросту срезаться и нужного натяга получить не удастся;

в стыковых соединениях из-за значительной шероховатости снижается жесткость стыков;

выступы микронеровностей валов разрушают контактирующие с ними различного рода уплотнения;

впадины неровностей, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей;

герметичность соединений значительно хуже у соединений с грубой шероховатостью поверхностей;

коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубо обработанных поверхностях, так как во впадинах микронеровностей собираются продукты износа, конденсат и другие примеси, которые образуют химические соединения кислотного или щелочного характера, т. е. впадины микронеровностей являются очагами зарождения и развития коррозии.

6.2. Оценка шероховатости

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля, получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью. Для определения параметров шероховатости поверхности их рассматривают в пределах базовой длины l.

Базовой длиной l называется длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Базовая длина может быть выбрана из ряда стандартных значений: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25 мм.

При выборе базовой длины надо учитывать соотношение длины и основных параметров поверхности: Ra – среднее арифметическое отклонение профиля – и Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Соотношение базовой длины и параметров шероховатости

Параметры шероховатости, мкм		Базовая длина l, мм
Ra	Rz
12,5 – 100 3,2 – 12,5 0,4 – 3,2 0,025 – 0,4 до 0,025	50 – 400 12,5 – 50 1,6 – 12,5 0,1 – 1,6 до 0,1	8,0 2,5 0,8 0,25 0,08

Оценка шероховатости производится по системе средней линии – это система отсчета, в которой в качестве базы используется средняя линия.

Средняя линия профиля – базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля yi до этой линии минимально (рис. 6.1), т. е. = min.

На практике чаще используется метод определения положения средней линии, которая совпадает с положением центральной линии.

Рис. 6.1

Центральная линия профиля – это базовая длина, имеющая форму номинального профиля, расположенная эквидистантно общему направлению профиля и делящая профиль так, что в пределах базовой длины суммы площадей, заключенных между этой линией и профилем, по обе ее стороны одинаковы (рис. 6.2): F₁ + F₂ + … + F_n = + + … + .

Рис. 6.2

Площади выступов и впадин по профилограммам легко определяются с помощью специальных приборов по измерению площадей – планиметров.