Лекции по метрологии [3 курс] / Раздел Взаимозаменяемость / Раздел Взаимозаменяемость / 3 Стандартизация параметров поверхности

СТАНДАРТИЗАЦИЯ, ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

Основные понятия и определения

Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины (ГОСТ 25142—82).

Базовая длина l − длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Базовая линия (поверхность) − линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля m, то есть базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально (суммарная площадь выступов неровностей в пределах длины равна суммарной площади впадин). Систему отсчета шероховатости от средней линии профиля называют системой средней линии.

Рис. 1. Профилограмма и основные параметры шероховатости поверхности

Если для определения шероховатости выбран участок поверхности длиной l, другие неровности (например, волнистость), имеющие шаг больше l, не учитывают. Длина оценки L − длина, в которой оценивают шероховатость. Она может содержать одну или несколько базовых длин l (рис. 1).

Обычно l = 0,08 – 8 мм.

2

Основные нормируемые параметры шероховатости

Параметры шероховатости в направлении высоты неровностей:

1) Ra – среднее арифметическое отклонение профиля.

Ra – среднее из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l, мкм:

Ra = 1 ∑n yi .

n i =1

где п – число выбранных точек профиля в базовой длине; у — расстояние между любой точкой профиля и средней линией. Нормируется от 0,008 до 100 мкм.

2) Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам.

Rz – сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины l, мкм:

где уpi – высота i-го наибольшего выступа профиля; уvi – глубина i-й наибольшей впадины профиля.

3) Rmax – наибольшая высота неровностей профиля.

Rmax – расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины l, мкм. Нормируются от 0,025 до 1000 мкм.

Rmax = Rp + Rv.

Параметры шероховатости в направлении длины профиля:

4) Sm − средний шаг неровностей профиля. Среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины l:

Sm = 1 ∑n Smi ,

n i =1

где п — число шагов в пределах базовой длины l; Smi − шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, пересекающей профиль в трех соседних точках и ограниченной двумя крайними точками. Нормируется от

0,002 до 12,5 мм.

5) S − средний шаг местных выступов (неровностей) профиля по вершинам. S − среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины l:

S = 1 ∑n Si , n i =1

где п − число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины l; Si − шаг неровностей профиля по вершинам, равный длине отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних выступов профиля. Нормируется от 0,002 до 12,5 мм.

3

Числовые значения параметров шероховатости Ra , Rz , Rтах , Sm и S приведены в ГОСТ 2789−73.

Параметры шероховатости, связанные с формой неровностей профиля.

6) ηp − опорная длина профиля. ηp − сумма длин отрезков bi, отсекаемых на заданном уровне р в материале профиля линией, эквидистантной средней линии т в пределах базовой длины (рис. 1).

n

ηp = ∑bi .

i=1

7)tp − относительная опорная длина профиля (поверхности). tp − отношение опорной длины профиля (поверхности) к базовой длине, выраженной в % (p – уровень, взятый в % от Rmax):

t p =ηlp ×100% .

Опорную длину профиля ηp определяют на уровне сечения профиля p, то есть на заданном расстоянии между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля. Линия выступов профиля − линия эквидистантная средней линии, проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины. Значение уровня сечения профиля р отсчитывают по линии выступов и выбирают из ряда: 5; 10; 15; 20;

25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90% от Rmax. Относительная опорная длина профиля tp

может быть равна: 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90%.

tp1 > tp2

4

Обозначение шероховатости поверхности на чертежах

Согласно ГОСТ 2.309—73, шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей детали, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Рис. 2. Структура обозначения шероховатости поверхности

Наиболее распространенным является знак (рис. 2, б), который показывает, что поверхность, на которую указывает этот знак, должна иметь указанную шероховатость, безразлично каким способом будет проведена обработка этой поверхности. Этот знак наиболее часто используется.

Знак (рис. 2, в) означает, что поверхность, на которую он указывает, должна быть обработана со снятием материала (точение, шлифование, фрезерование, сверление). Иногда нормируют желательный вид обработки.

Знак (рис. 2, г) имеет два значения. При одном значении он указывает, что поверхность не должна обрабатываться, то есть по этому чертежу шероховатость для указываемой поверхности не нормируется. При другом значении данного знака поверхность, на которую указывает знак своей вершиной, должна обрабатываться без удаления слоя материала (литьем, ковкой, штамповкой, прокатом). При этом у знака всегда ставится какой-либо параметр шероховатости. Параметр шероховатости Ra указывается на чертежах без индекса.

При выборе параметров Ra или Rz следует иметь в виду, что параметр Ra дает более полную оценку шероховатости так как для его определения измеряют и суммируют расстояние большего числа точек действительного профиля до его средней линии, тогда как при определении параметра Rz измеряют только расстояния между пятью вершинами и пятью впадинами неровностей.

При указании нескольких параметров шероховатости — они приводятся в определенной последовательности сверху вниз: сначала указываются высотные параметры, а потом шаговые.

В ГОСТ 2789—73 предусмотрена возможность указывать требования в отношении направления неровностей и в ГОСТ 2.309—73 установлено шесть

6

ВОЛНИСТОСТЬ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Волнистостью поверхности называется совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояния между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину.

Волнистость занимает промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности. Стандарта на волнистость нет. Есть рекомендации ISO, согласно которым предусмотрено два параметра: Sw − шаг волнистости, Wz – высота волнистости.

Параметры волнистости:

Wz = 1 ∑5 Wzi - среднее арифметическое из пяти значений. 5 i =1

Sw = 1 ∑n Swi .

n i =1

Lw – длина участка измерений. Предельные числовые значения Wz

выбирают из ряда: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200 мкм.

Положение средней линии тw определяется так же, как и положение средней линии профиля т шероховатости.

Условная граница между различными порядками отклонений поверхности устанавливается по значению отношения шага Sw к высоте неровностей Wz. При (Sw/Wz) < 40 отклонения относят к шероховатости поверхности, при 1000 ≥ (Sw/Wz) > 40 − к волнистости, при (Sw/Wz) > 1000 − к отклонениям формы.

Рис. 4 Волнистость поверхности

7

СТАНДАРТИЗАЦИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Термины и определения, относящиеся к основным видам отклонений и допусков формы и расположения, установлены ГОСТ24642-81, ГОСТ24643-81.

Отклонением формы называется отклонение формы реальной поверхности или реального профиля от формы номинальной поверхности или номинального профиля. В обоснованных случаях допускается нормировать отдельно волнистость поверхности или часть отклонения формы без учета волнистости. Шероховатость поверхности не включается в отклонение формы.

Параметры, нормируемые для оценки отклонений формы, делят на комплексные (интегральные) и дифференциальные (частные) виды отклонений. Дифференциальные показатели обычно более доступны для практического использования, чем комплексные.

Отклонением расположения называется отклонение реального расположения рассматриваемого элемента от его номинального расположения. При оценке отклонений расположения должны исключаться отклонения формы, а для этого реальные поверхности (или профили) при оценке расположения заменяются прилегающими или их элементами.

Приняты следующие буквенные обозначения: ∆ − отклонение формы или отклонение расположения поверхностей; T − допуск формы или отклонение расположения поверхностей; L − длина нормируемого участка.

Отклонение формы цилиндрических поверхностей

А) В поперечном сечении:

Комплексным показателем для цилиндрической поверхности является отклонение от цилиндричности.

Отклонение от цилиндричности (рис. 5) называется наибольшее отклонение ∆ от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра в пределах нормируемого участка. Этот комплексный показатель трудно определить из-за отсутствия надежных приборов, поэтому его на рабочих чертежах не указывают. Используют заменяющие способы нормирования и измерения, представленные двумя другими отклонениями формы − круглость (в поперечном сечении) и профиль продольного сечения, расчленяющие этот комплексный показатель.

Комплексный показатель:

Отклонением от круглости (рис. 6, а) называется наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей окружности. Допуск круглости Т − наибольшее допускаемое значение отклонения от круглости.

Дифференциальными показателями отклонений от круглости являются овальность (рис. 6, в) и огранка (рис. 6, б).

8

Рис. 5 Отклонения от цилиндричности и профиля продольного сечения

Рис. 6 Отклонения формы цилиндрических поверхностей в поперечном сечении

Б) В продольном сечении: Комплексный показатель:

Отклонение профиля продольного сечения − наибольшее расстояние ∆ от точек, образующих реальную поверхность и лежащих в плоскости, проходящей через ее ось до соответствующей стороны прилегающего профиля в пределах нормируемого участка.

Дифференциальными показателями отклонения профиля продольного сечения являются конусообразность, бочкообразность, седлообразность, изогнутость (см. рис. 5, г, д, е).

9

Изогнутость:

Отклонения формы плоских поверхностей

Комплексный показатель:

Отклонением от прямолинейности называется наибольшее расстояние ∆ от точек реального профиля до прилегающей прямой в пределах нормируемого участка L (рис. 7). Наибольшее допускаемое значение отклонения от прямолинейности является допуском прямолинейности Т. Область на плоскости, ограниченная двумя параллельными прямыми, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску прямолинейности Т, называют полем допуска прямолинейности в плоскости.

Дифференциальные показатели отклонений от прямолинейности − выпуклость и вогнутость. Условных обозначений эти виды отклонений не имеют, а поэтому требования к ним записываются в технических условиях или текстом рядом с условным знаком допуска прямолинейности.

Примеры условного обозначения на чертеже требований к прямолинейности приведены на рис. 8.

На рис. 8, а приведенное обозначение указывает, что «отклонение от прямолинейности 0,01 мм», на рис. 3.6, б — «отклонение от прямолинейности 0,01 мм на длине в 100 мм», а на всей длине не задано отклонение. На рис. 3.6, в обозначено, что отклонение от прямолинейности в продольном направлении детали 0,025 мм и 0,01 мм на каждом участке в 100 мм и отклонение от прямолинейности в поперечном направлении не более 0,01 мм. Все пояснения, которые были даны выше, должны указываться текстом в технических условиях, если не использовать знаки.

Рис. 7 Отклонения от прямолинейности

10

Рис. 8. Условные обозначения на чертеже требований к прямолинейности

Комплексный показатель:

Отклонением от плоскостности называется наибольшее расстояние от точек поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка (рис. 9, а , б).

Для плоскостности так же, как для прямолинейности, имеются

дифференциальные показатели − выпуклость, вогнутость, которые используются в тех же случаях, что и при прямолинейности.

Примеры условного обозначения допусков на чертежах на плоскость приведены на рис. 10, а − в.

Рис. 9. Отклонения от плоскостности

Рис. 10. Примеры условного обозначения требований к плоскостности

Нормирование и измерение отклонений расположения

Отклонением расположения называется отклонение реального расположения рассматриваемого элемента от его номинального расположения.

Стандартизованы следующие виды отклонений расположения: 1) отклонение от параллельности;