7. Нормирование шероховатости поверхности

( ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82, ГОСТ 2.309-73* )

7.1.Основные понятия и определения

При изготовлении деталей невозможно получить идеально ровную поверхность. Вибрации, неоднородность материала заготовки, непостоянство скорости съема материала и подачи, трение режущего инструмента о деталь и другие причины приводят к образованию шероховатости.

Шероховатость поверхности – это совокупность микронеровностей в виде чередующихся выступов и впадин различной высоты, глубины и формы с относительно малыми шагами.

Шероховатость поверхности вместе с физико-механическими свойствами поверхностного слоя определяет износостойкость, усталостную прочность, герметичность, отражательную способность и другие эксплуатационные характеристики поверхности деталей, поэтому, задавая и обеспечивая при изготовлении деталей необходимую шероховатость, достигают соответствующее качество поверхности.

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля, получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью, перпендикулярной к ней, т.е. нормальной плоскостью. (рис.15).

Рис. 15. Шероховатость поверхности

Полученный, таким образом, профиль поверхности называют профилограммой.

Линия, на которой выделяется совокупность поверхностных не- ровностей, называется базовой линией.

Базовая линия – это линия заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля и служащая для оценки геометрических параметров поверхностных неровностей. Вид этой линии зависит от вида поверхности элемента детали. Так базовая линия будет прямой, если неровности определяются на плоской поверхности или на образующих цилиндрических поверхностей. Базовая линия будет в виде окружности, если исследуемая поверхность имеет вид сферы и т.д. В качестве базовой линии при оценки поверхностных неровностей используется средняя линия, относительно которой отсчитываются отклонения профиля.

Средняя линия профиля m (рис.16) - базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины

среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально.

Профилограмма

Рис. 16. Средняя линия и базовая длина

Базовая длина ℓ, мм (рис. 16) – это длина базовой линии (средней линии профиля), используемая для выделения неровностей характеризующих шероховатость поверхности. Числовые значения базовой длины выбираются из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5, 8, 25.

Выбор значения базовой длины зависит от поверхностных неровностей: чем неоднороднее поверхностные неровности и чем они больше, тем больше должна быть базовая длина, для того, чтобы выбранная совокупность поверхностных неровностей полнее характеризовала состояние поверхности.

7.2. Параметры шероховатости

Число параметров, установленных для оценки шероховатости по- верхности, достигает 40. Рассмотрим те параметры, которые получили наибольшее применение на практике:

• Параметры шероховатости, связанные с высотными свойствами неровностей:

1. Среднее арифметическое отклонение профиля R_а , мкм (рис.17) – среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины .

, где ℓ – базовая длина; y(х) – отклонение профиля (расстояние между точкой профиля и базовой линией m).

Приближенно ,

где y_i – измеренные отклонения профиля в дискретных точках; n – число измеренных дискретных отклонений профиля на базовой длине.

Рис. 17. Среднее арифметическое отклонение профиля R

2. Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z , мкм (рис.18)– сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины

,

где – высота i - го наибольшего выступа профиля; - глубина i – ой наибольшей впадины профиля.

Рис. 18. Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z

3. Наибольшая высота неровностей профиля R_max, мкм (рис.19)– расстояние между линией выступов и линией впадин профиля в пределах базовой длины .Линия выступов профиля – линия, эквидистантная средней линии, проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины (рис.19). Линия впадин профиля – линия, эквидистантная средней линии, проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины (рис.19).

Рис. 19. Наибольшая высота неровностей профиля R_max;

R_p – высота наибольшего выступа профиля;

R_v – глубина наибольшей впадины профиля

• Параметры шероховатости, связанные со свойствами неровностей в направлении длины профиля:

1. Средний шаг неровностей профиля S_m , мм (рис.20)– среднее значение шагов неровностей профиля в пределах базовой длины

,

где ,мм – шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии профиля, содержащий неровность профиля; под неровностью профиля понимают выступ профиля и сопряженную с ним впадину профиля;

n - число шагов в пределах базовой длины.

Рис. 20. Средний шаг неровностей профиля S_m

2. Средний шаг местных выступов профиля S, мм (рис.21) – среднее значение шагов местных выступов профиля, находящихся в пределах базовой длины (рис. 7):

,

где S_i , мм – шаг местных выступов профиля равный длине отрезка средней линии между проекциями на нее наивысших точек соседних местных выступов профиля;

n - число шагов местных выступов профиля базовой длины.

Рис. 21. Средний шаг местных выступов S

• Парасметр формы.

Относительная опорная длина профиля t_p ,%– отношение опорной длины профиля к базовой длине:

1 ,

где , мм ( рис.22 ) - опорная длина профиля – это сумма длин отрезков b_i, отсекаемых на заданном уровне р в материале профиля линией, эквидистантной средней линии m в пределах базовой длины ; n – число отсекаемых отрезков; ℓ, мм – базовая длина.

Рис. 22. Опорная длина профиля

р - уровень сечения профиля (расстояние между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно средней линии m , (рис.22).

Значения уровня сечения профиля р отсчитывают от линии выступов и выбирают из ряда: 5,10,15,20,25,30,40,50,60,70,80,90% R_max.

Числовые значения параметров R_а, R_z , R_max , S_m , S соответствуют размерам ряда R_a 10 и определены ГОСТ 2789 – 73 , причем для всех трех высотных параметров выделены предпочтительные значения, которыми и следует пользоваться в первую очередь при постановке на чертежах.

Значение относительной опорной длины профиля t_p выбирают из ряда

10;15;20;25;30;40;50;60;70;80;90%.

Помимо количественных параметров шероховатости ГОСТ 2789-73 предусматривает семь типов направлений неровностей, условные обозначения которых по ГОСТ 2.309-73^* приведены в табл.4.

Таблица 4

Условные обозначения направления поверхностей

Типы направлений неровностей	Схематическое изображение неровностей	Условное обозначение по ГОСТ 2.309-73*
Параллельное		=
Перпендикулярное
Перекрещивающееся		X
Произвольное		M
Круговое		C
Радиальное		R
Точечное		P

Выбор параметров для нормирования шероховатости должен производится исходя из функционального назначения поверхности.

Основным в большинстве случаев является нормирование высотных параметров R_а или R_z. Для наиболее ответственных поверхностей, когда нормирование одних высотных параметров может оказаться недостаточным для обеспечения требуемых функциональных свойств, дополнительно нормируют шаговые параметры (влияют на сопротивление в волноводах, виброустойчивость, прочность при циклических нагрузках) или параметр t_p

(влияет на износостойкость трущихся поверхностей, контактную жесткость, герметичность соединений).

Когда необходимо оградить поверхность от отдельных больших выступов и впадин дополнительно к параметрам R_а и R_z указывают R_max.

Дополнительное нормирование направления неровностей (см. табл. 4) может быть целесообразным, например, в связи с направлением относительного перемещения трущихся сопряженных поверхностей или с направлением движения струи жидкости или газа относительно поверхности.