Програма роботи. 1). Виконати контроль шорсткості поверхні порівнянням реальної поверхні деталей з робочими зразками шорсткості.

1). Виконати контроль шорсткості поверхні порівнянням реальної поверхні деталей з робочими зразками шорсткості.

2). Визначити вимірюванням параметр шорсткості R_а поверхні деталі за допомогою профілометра моделі 296.

3). Привести метрологічну характеристику профілометра моделі 296.

4). Оформити звіт про виконану роботу.

2.3. Оснащення лабораторної роботи

1). Робочі зразки шорсткості.

2). Профілометр моделі 296.

3). Деталі для вимірювання.

2.4. Рекомендації до виконання роботи

2.4.1. Ознайомитись з системою нормування шорсткості поверхонь

Шорсткістю поверхні за ДСТУ 2413-91 називається сукупність нерівностей поверхні з відносно малими кроками на базовій її довжині l.

Базова довжина l – це довжина базової лінії, яка використовується для виділення нерівностей, що характеризують шорсткість поверхні. Числові значення базової довжини добирають з ряду 0, 01; 0, 03; 0, 08; 0, 25; 0, 8; 2, 5; 8; 25 мм.

Нерівності поверхні є наслідком способів її отримання (тиснення, різання точінням, шліфуванням тощо).

Крок нерівностей – це відрізок середньої лінії профілю, що обмежує нерівність профілю (тобто виступ профілю і сполучену з ним западину профілю).

кількісна оцінка шорсткості поверхні визначається від середньої лінії профілю m, тобто базової лінії, що має форму номінального профілю і проведеної так, що в межах базової довжини середнє квадратичне відхилення профілю від цієї лінії є найменшим. Таку систему нормування шорсткості називають системою середньої лінії.

Шорсткість поверхонь виробів незалежно від матеріалів і способів їх отримання оцінюється одним чи кількома параметрами (рис. 1).

Рис. 1. Профілограмма і основні параметри шорсткості поверхні

Встановлені параметри шорсткості поділяються на три групи:

- висотні (R_а, R_z, R_max), що пов’язані з висотними властивостями нерівностей;

- крокові (S_m, S), що пов’язані з властивостями нерівностей у напрямку довжини профілю;

- опорні (t_р), пов’язані з формою нерівностей профілю.

Середнє арифметичне відхилення профілю R_а – це середнє арифметичне абсолютних значень відхилень профілю в межах базової довжини:

(1)

де R_а – середнє арифметичне відхилення профілю, мкм;

n – кількість відхилень профілю на базовій довжині;

у_і – відхилення профілю, тобто відстань від і-тої точки на середній лінії до профілю поверхні, мкм.

Висота нерівностей профілю у десятьох точках R_z – це сума середніх абсолютних значень висот п’яти найбільших виступів профілю і глибин п’яти найбільших западин профілю в межах базової довжини:

(2)

де R_z – висота нерівностей профілю у десятьох точках, мкм;

у_рі – висота і-го найбільшого виступу профілю середньої лінії, мкм;

у_vі – глибина і-тої найбільшої западини профілю від середньої лінії, мкм.

Найбільша висота нерівностей профілю R_max – це відстань між лінією виступів профілю і лінією западин в межах базової довжини:

(3)

де R_max – найбільша висота нерівностей профілю, мкм;

R_р – найбільша висота виступів профілю, мкм;

R_v – найбільша глибина западин профілю, мкм.

Середній крок нерівностей профілю S_m – це середнє значення кроку нерівностей профілю в межах базової довжини:

(4)

де S_m – середній крок нерівностей профілю, мм;

n – кількість кроків профілю у межах базової довжини l;

S_mі – крок нерівностей профілю, що дорівнює довжині відрізка середньої лінії, яка перетинає профіль у трьох сусідніх точках, та обмежений крайніми точками, мм.

Середній крок місцевих виступів профілю S – це середнє значення кроків місцевих виступів профілю у межах базової довжини l:

(5)

де S – середній крок місцевих виступів, мм;

n – кількість кроків нерівностей по вершинах у межах базової довжини l;

S_і – крок нерівностей профілю по вершинах, який дорівнює довжині відрізка середньої лінії між проекціями на неї двох найвищих сусідніх виступів профілю, мм.

Для нормування параметрів шорсткості доцільно використовувати ряди переважних чисел.

Відносна опорна довжина профілю t_p – це відношення опорної довжини профілю до базової довжини

(6)

де t_p – відносна опорна довжина профілю;

η _р – опорна довжина профілю, мкм;

l – базова довжина, мкм.

Опорна довжина профілю η _р – це сума довжин відрізків b_і, які відокремлює на заданому рівні Ру матеріалі профілю лінія, еквідистантна середній лінії профілю m у межах базової довжини

(7)

де η _р – опорна довжина профілю, мкм;

n – кількість відрізків b_і;

b_і – довжина і-го відрізка, відокремленого на заданому рівні р у матеріалі профілю лінією, еквідистантною середній лінії, мкм;

р – рівень перетину профілю, тобто відстань між лінією, що перетинає профіль еквідистантно лінії виступів (чи середній лінії) профілю.

Лінія відступів профілю – це лінія, еквідистантна середній лінії, яка проходить через найвищу точку профілю у межах базової довжини. Для нормування значення відстані р добирають із ряду 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80 і 90% від R_max, а відносну опорну довжину профілю t_р із ряду 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80 і 90% від l.

Шорсткість поверхні нормують і оцінюють одним чи декількома з перерахованих параметрів, а при виборі базової довжини l керують наступною таблицею (табл. 1).

Таблиця 1

Співвідношення значень параметрів R_а, R_z R_max та базової довжини l

Rа, мкм	Rz і Rmax, мкм	l, мм
понад	до	понад	до
-	0, 025	-	0, 1	0, 08
0, 025	0, 4	0, 1	1, 6	0, 25
0, 4	3, 2	1, 6	12, 5	0, 8
3, 2	12, 5	12, 5		2, 5
12, 5

Норми параметрів шорсткості поверхонь виробів вибирають залежно від їх функціонального призначення. оскільки для нормування шорсткості поверхні достатньо й одного параметра, то переважно її нормують за висотними параметрами R_а або R_z. Перевагу віддають параметру R_а, що повніше характеризує шорсткість поверхонь. Шорсткість відповідальних поверхонь нормують за допомогою кількох параметрів.

Вимірювання параметрів шорсткості встановлює ДСТУ 2409-94.

Шорсткість поверхонь позначається на кресленні для всіх поверхонь виробу, крім тієї, шорсткість якої не зумовлена вимогам конструкції

В залежності від обраного виду обробки встановлено три знаки позначення шорсткості поверхні:

- переважний знак, коли вид механічної обробки не встановлений;

- знак утворення поверхні засобами видалення шару матеріалу, наприклад, точінням, фрезеруванням, шліфуванням тощо;

- знак поверхні, отриманої без видалення шару матеріалу (литтям, куванням, прокатом, штампуванням тощо), а також поверхні, до обробки яких вимоги не встановлені.

Структура знака позначення шорсткості поверхонь зображена на рис. 2. Прямокутниками обмежені місця, що містять таку інформацію про параметри шорсткості поверхні: 1- числові значення параметрів шорсткості (R_а, R_z, R_max, S_m, S і t_р), 2 – способи оброблення поверхонь, 3 – базова довжина, 4 – умовне позначення напрямку нерівностей (слідів оброблення різанням).

Якщо інформація, подана у прямокутниках 2, 3 і 4 не потрібна для отримання заданої шорсткості поверхні, то використовують спрощений знак (рис. 2, б). Знак (рис.2, в) ставлять на поверхнях, які отримують будь-яким способом різання матеріалів (зняттям стружки), а знак (рис. 2, г) – на поверхнях, які отримують без зняття стружки (литтям, тисненням, пересуванням тощо).

Рис. 2. Знаки позначення шорсткості поверхонь

Рис.3 Приклад позначення шорсткості поверхні на кресленні

Розміри знаків приймають відносно значень розмірів поверхонь виробів h, висоту Н беруть від 1, 5 до 2h, базові довжини, що є функцією параметра шорсткості R_а та наведені у стандартах, вказують тільки тоді, коли за спеціальними вимогами вони відрізняються від стандартних значень.

Значення параметра шорсткості вказують над знаком позначення шорсткості трьома способами:

- вказують найбільші допустимі значення параметра після відповідного символу, наприклад: R_а1, 25; R_z40; R_max63; S_m3, 2;

- числові значення параметрів вказують в діапазоні їхніх значень, розміщуючі межі значень параметрів у двох рядках, наприклад:

R_а0, 63 R_z40 R_max 6, 3 t₅₀ 50

0, 32 20 3, 2 70

- вказують номінальне значення параметра з граничними відхиленнями, наприклад: R_а 1, 6 ± 20%; R_z 50_-10%; S_m 1, 25^+20%; t₅₀70 ± 10%.

При вказуванні двох чи більше параметрів шорсткості поверхні в позначенні шорсткості значення параметрів записують зверху донизу в наступному порядку:

- параметр висоти нерівності R_а (R_z);

- параметр кроку S_m;

- відносну опорну довжину профілю t_р.

На поличці знаку шорсткості вказують вид обробки поверхні тільки в тих випадках, коли він є єдиним, що застосовується для одержання необхідної якості поверхні.

Під поличкою вказують базову довжину l тільки тоді, коли висотні параметри R_а і R_z визначаються в межах базової довжини, що відрізняється від рекомендованої, зазначеної в таблиці вище.

Для позначення напрямків мікро нерівностей використовують символи: ═ (для паралельних), ┴ (для перпендикулярних), × (для перехресних), М (для довільних, що не повторюються), С (для колових) і R (для радіальних). Ці позначки приводять на кресленні тільки в разі потреби.

2.4.2. Вимірювання та контроль параметрів шорсткості поверхонь виконують такими способами:

- порівнянням реальної поверхні виробу з робочими зразками шорсткості, які мають стандартизовані значення параметра R_а і виготовляються для визначення шорсткості поверхонь, що отримані різними способами обробки; замість зразків шорсткості іноді використовують атестовані зразкові деталі;

- вимірюванням параметрів шорсткості контактним способом за допомогою супортових приладів з голчастими вимірювальними головками (профілометрами, профілографами тощо);

- вимірюванням параметрів шорсткості безконтактним способом за допомогою оптичних засобів вимірювання (мікроскопів, мікро інтерферометрів).

При використанні оптичних засобів вимірювання визначають параметри шорсткості R_z і R_mах у межах від 0, 1 до 320 мкм, S і S_m – від 0, 001 до 6, 3 мм, а за допомогою голчастих профілометрів і профілографів залежно від типу вимірювального засобу – параметри R_а від 0, 008 до 100 мкм, S і S_m від 0, 003 до 12, 5 мм, t_р від 0 до 100%.

У конкретних засобах вимірювання шорсткості поверхонь за допомогою голчастих головок для визначення параметрів нерівностей використовують вертикальні коливання голки 1 (гострого алмазного наконечника), що рухається по досліджувальній поверхні (рис. 4). Ці коливання передаються коромислу 4, що може хитатися на опорі 3 і змінювати проміжок (магнітний опір) в обох колах магніто проводу 7 диференційного трансформатора. Це зумовлює відповідні електричні імпульси в електричних дротах 6, що живляться від джерел електричного струму 2 і 5 з частотою 10000с^-1

Рис. 4. Принципова схема профілометра

Хитання коромисла перерозподіляє індуктивності, змінюючи відповідно вихідну напругу диференційного трансформатора, амплітуда якої характеризує висоту мікро нерівностей вимірюваної поверхні, а частота (залежно від заданої швидкості протягування вимірювальної головки) – їх крок. Електричні сигнали підсумовуються у блоці 8 і передаються у блок оброблення і інформації 9, а далі – у показувальний чи записувальний блок 10.

Замість магнітно-індуктивного використовують також механотронні, п’єзоелектричні перетворювачі переміщень головки в електричні сигнали. як показу вальні та запису вальні засоби. як показу вальні та запису вальні засоби використовують аналогові та цифрові прилади.

Для вимірювання шорсткості важкодоступних внутрішніх поверхонь застосовують імерсійно-репліковий інтерферометр, на якому виміряють параметри шорсткості не самої досліджувальної поверхні, а її відбитка (репліки).

Оскільки і сам процес вимірювання і засоби вимірювання складні і дорогі, та їх використовують для вимірювання та контролю параметрів шорсткості тільки відповідальних за функціональним призначенням поверхонь виробів. шорсткість менш відповідальних поверхонь виробів не контролюють зовсім, або забезпечують шорсткість поверхонь відповідними технологічними способами та режимам оброблення.

Вимірювання та контроль параметрів шорсткості поверхонь є технічно складальним завданням, оскільки до сьогодні відсутні прості та надійні засоби для вимірювання мікро нерівностей поверхонь різної форми та величини із високою точністю.

Через технічні труднощі перелічені вище засоби переважно дають умовні значення параметрів шорсткості або мають малу точність. Тому часто на практиці шорсткість поверхонь визначають за допомогою простіших та дешевих способів вимірювання, наприклад, порівнюючи їх візуально чи на дотик з еталонними зразками (ГОСТ9378-93), виготовленими із заданих матеріалів, за допомогою заданих способів оброблення.

Якісну оцінку шорсткості поверхонь конструктори, технологи та кваліфіковані робітники виконують на підставі набутого виробничого досвіду. Часто параметри шорсткості визначають за способом отримання поверхонь виробів. Наприклад, за допомогою різання матеріалів поверхні отримують у 1-4 етапи оброблення (чорновий, напівчистовий, чистовий та кінцевий, яким може бути фінішний етап).

Беручи до уваги, що параметр R_а за стандартом може мати значення 0, 008... 100 мкм і поділивши цей діапазон умовно на чотири піддіапазони за параметром шорсткості, наближено можемо прийняти такі значення параметра R_а для кожного з етапів оброблення: 10...100 мкм для чорнового, 1...10 мкм для напівчистового, 0, 1... 1 мкм для чистового та 0, 1...0, 01 мкм для кінцевого.

За цими показниками легко визначити норму шорсткості поверхні у робочому кресленні чи параметр шорсткості R_а уже готового виробу. Такий спосіб зручний як для конструкторів, що розробляють робочі креслення виробів, так і для технологів і робітників, які їх виготовляють.

Дещо складнішим є нормування та визначення параметрів шорсткості поверхонь, отриманих за допомогою лиття, тиснення, пресування, зварювання тощо. Але для кожного зі способів отримання виробів властиві фактори, що зумовлюють шорсткість поверхонь і дають змогу нормувати та визначати її параметри.

2.4.3. Виконати контроль шорсткості поверхні порівнянням реальної поверхні деталей з робочими зразками шорсткості.

2.4.4. Визначити вимірюванням параметр шорсткості R_а поверхні деталі за допомогою профілометра моделі 296. Результати вимірювання занести у звіт.

2.4.5. Привести метрологічну характеристику профілометра моделі 296. Оформити звіт про виконану роботу.

Лабораторна робота 9

ВИМІРЮВАННЯ ДЕТАЛЕЙ КУТОВИМИ ІНСТРУМЕНТАМИ

1. Завдання для самостійної підготовки до виконання роботи

1). Призначення та застосування засобів вимірювання кутів.

2). Метрологічна характеристика кутомірів.

3). Конструкція кутомірів типу УМ, УН.

2. Вказівки до аудиторного виконання роботи

2.1. Мета роботи - знати призначення та застосування, конструкцію та метрологічну характеристику кутомірів: вміти вимірювати кутидеталей кутомірами.