Волнистость и шероховатость поверхности

Поверхности деталей, обработанных на любых металлорежущих станках, имеют неровности в продольном и поперечном направлениях. Продольные неровности определяются в направлении главного рабочего движения при резании, а поперечные – в направлении, перпендикулярном к нему.

Форма, размеры, частота повторяемости этих неровностей зависят от вида режущего инструмента, методов и режимов обработки, материала детали, жёсткости оборудования и, как следствие, от частоты колебаний в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь».

При изучении неровностей поверхности выделяют волнистость и шероховатость.

Волнистость – это такая совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояние между смежными возвышенностями или впадинами превышает базовую длину l. Волнистость занимает промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности. Условно границу между различными порядками отклонений поверхности можно установить по значению отношения шага Sw к высоте неровностей Wz. При (Sw/Wz) < 40 отклонения относят к шероховатости поверхности, при 1000 > (Sw/Wz) > 40 – волнистости, при (Sw/Wz) > 1000 – к отклонениям формы.

Параметры волнистости установлены рекомендацией СЭВ (РС 3951 – 73).

Высота волнистости (рис. а)

Wz = (W1 + W2 + W3 + W4 + W5) /5

Рисунок ….. Схема для определения высоты (а) и шага (б) волнистости

Наибольшая высота волнистости Wmax – расстояние между наивысшей и наинизшей точками измеренного профиля в пределах длины Lw, измеренное на одной полной волне.

Средний шаг волнистости (рис. б)

Sw = 1/n Swi.

Шероховатостью поверхности в соответствии с ГОСТ 25142 – 82 называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины. Базовая длина – это длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Базовая линия (поверхность) – это линия (поверхность) заданной геометрической формы, определённым образом проведённая относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Шероховатость поверхности оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства поверхностного слоя, следовательно, детали в целом. К показателям, характеризующим эксплуатационные свойства поверхностного слоя, относятся:

- действительное напряжение на поверхности двух взаимодействующих тел и, как следствие, контактная жёсткость;

- прочность деталей из-за концентрации напряжений в отдельных рисках на поверхности;

- характер процесса трения между сопрягаемыми поверхностями в паре трения;

- изменение посадки в процессе сборки (с натягом) или при эксплуатации (с зазором);

- антикоррозийная стойкость поверхностей;

- плотность и герметичность соединений;

- адгезионная способность к гальваническим и лакокрасочным покрытиям;

- декоративные свойства;

- удобство содержания поверхностей в чистоте и т. п.

Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которою принята средняя линия профиля m, то есть базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведённая так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально. Систему отсчёта шероховатости от средней линии профиля называют системой средней линии.

Если для определения шероховатости выбран участок поверхности длиной l, другие неровности (например, волнистость), имеющие шаг больше l, не учитывают.

Длина оценки L – это длина, на которой оценивают шероховатость поверхности. Она может содержать одну или несколько базовых длин l. Числовые значения базовых длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8,0; 25,0 мм.

Параметры шероховатости. В соответствии с ГОСТ 2789 - 73 шероховатость поверхности изделий независимо от материала и способа изготовления можно оценивать следующими параметрами (рис.).

Рисунок …. Профилограмма поверхности

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее арифметическое из абсолютных значений отклонение профиля в пределах базовой длины:

Ra = 1/l

где l - базовая длина;

n – число выбранных точек профиля на базовой длине;

y – расстояние между любой точкой профиля и средней линией (отклонение профиля).

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:

Rz = 1/5 (

где Н и Н определяются относительно средней линии;

h и h – относительно произвольной прямой, параллельной средней линии и не пересекающей профиль.

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax – расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.

Средний шаг неровностей профиля Sm - среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины:

Sm = 1/n

где Smi - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, заключённого между точками пересечения смежных выступов и впадин профиля со средней линией.

Средний шаг неровностей профиля по вершинам S - среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины:

S = 1/n

где Si - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, заключённого между проекциями на неё наивысших точек двух соседних местных выступов профиля.

Относительная опорная длина профиля tp – отношение опорной длины профиля к базовой длине, определяемое в %:

tp = /l,

где - опорная длина профиля – сумма длин отрезков bi, отсекаемых на заданном уровне р в материале профиля линией эквидистантной средняя линия профиля m в пределах базовой длины (рис.):

= bi.

Относительная опорная длина профиля tp характеризует фактическую опорную площадь, от которой в значительной степени зависят износостойкость подвижных соединений, прочность посадок с натягом и пластическая деформация поверхностей при их контакте.

Опорную длину профиля определяют на уровне сечения профиля р, то есть на заданном расстоянии между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля, и строят кривую опорной длины профиля (рис.)

0 20 40 60 80 %

Рисунок …. Кривая относительной опорной длины профиля

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.

Числовые значения параметров шероховатости Ra, Rz, Rmax, Sm, S и tp приведены в ГОСТ 2789 – 73.

Обозначение шероховатости на чертежах. ГОСТ 2.309 – 73 устанавливает обозначения шероховатости поверхностей и правила нанесения их на чертежах изделий.

На рис. приведена структура обозначения шероховатости. При обозначении шероховатости только по параметру применяют знак без полки.

Рисунок …. Структура обозначения шероховатости поверхности

Примеры обозначения шероховатости на чертежах приведены на рис.

а б в

г д е ж

Рисунок …. Примеры обозначения шероховатости на чертежах

Если параметры Ra, Rz, Rmax определены на базовой длине в соответствии с ГОСТ 2789 – 73, то эти базовые длины не указываются в требованиях к шероховатости (рис. б).

При необходимости дополнительно к параметрам шероховатости поверхности устанавливаются требования по направлению неровностей поверхности (табл.), а также по способу или последовательности способов получения (обработки) поверхности. При этом способ обработки указывается только в случаях, когда он является единственно приемлемым для получения требуемого качества поверхности.

При указании двух и более параметров шероховатости поверхности значения параметров записываются сверху вниз в следующем порядке: высота неровностей профиля, шаг неровностей профиля, относительная опорная длина профиля (рис. а).

Допускается применять упрощённое обозначение шероховатости поверхностей с разъяснением его в технических требованиях чертежа (рис. в).

Если шероховатости поверхностей, образующих контур, должна быть одинаковой, обозначение шероховатости наносят один раз со знаком окружности (рис. г).

На рис. д приведён пример обозначения минимально допустимой шероховатости.

Обозначение шероховатости, одинаковой для части поверхностей изделия, может быть помещено в правом верхнем углу чертежа (рис. е и рис. ж) с условным обозначением (). Это означает, что все поверхности, на которых на изображении не нанесены обозначения шероховатости, должны иметь шероховатость, указанную перед условным обозначением (

Таблица …. Направления неровностей поверхности по ГОСТ 2789 – 73

Типы направления неровностей	Схематическое изображение	Условное обозначение
Параллельное   Перпендикулярное     Перекрещивающееся     Произвольное     Точечное     Кругообразное     Радиальное

Допускаемые значения Ra и Rz в зависимости от допуска размера и формы установлены по четырём уровням относительной геометрической точности, определяемых соотношением допусков геометрии и размера соответственно (табл.).

Таблица …. Параметры шероховатости в зависимости от допусков размера IT и формы Тф

При допуске формы Тф в процентах от допуска размера IT	Параметр Ra	Параметр Rz
А = 60% В = 40% С = 25% D < 25%	Ra< 0.05 IT Ra< 0.025 IT Ra< 0.012 IT Ra = 0,15 Tф	Rz = 0,2 IT Rz = 0,1 IT Rz = 0,05 IT Rz = 0,6 Tф

Дата добавления: 2014-01-06