Тема 5 Волнистость и шероховатость поверхностей

Шероховатость поверхностей. Основные понятия. Понятие оптимальной шероховатости. Причины, вызывающие шероховатость поверхностей. Параметры шероховатости. Обозначение шероховатости на чертежах.

Литература: 1, с.144-165; 2, с.171-203.

Методические указания.

Шероховатость поверхностей. Основные понятия. Понятие оптимальной шероховатости

Реальная поверхность, ограничивающая деталь, в отличие от номинальной − геометрически правильной и гладкой − имеет сложный профиль, характеризующийся микро- и макрогеометрией. К микрогеометрии реальной поверхности относят шероховатость и волнистость.

Следует отметить, что чем меньше шероховатость, тем поверхность обладает большей противокоррозионной стойкостью. (Например, поверхность, обработанная драчевым напильником больше подвержена коррозии, чем поверхность, отполированная наждачной бумагой; поверхность после обдирки черновым резцом также больше подвержена коррозии, чем поверхность, полученная после шлифования).

Но не всегда на всех поверхностях должна иметь место минимальная шероховатость, в зависимости от условий работы деталей при конструировании устанавливаются определённые предельные отклонения величины параметра шероховатости. Существует понятие оптимальной шероховатости детали. Существуют механизмы, в которых работающие поверхности должны иметь высокое значение шероховатости. (Например, стенки цилиндра внутреннего сгорания поршневого цилиндра, должны иметь оптимально высокое значение шероховатости для обеспечения равномерности смазки, которая в процессе работы будет распределена в микровпадинах поверхности).

Оптимальная шероховатость поверхности детали − это такое значение шероховатости, которое позволяет обеспечить качественную работу узла механизма или всего механизма в целом и при этом процесс получения данной шероховатости поверхности должен быть экономически оправдан.

Шероховатостью поверхности согласно ГОСТ 25142-82 (СТ СЭВ 1156-78) называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины.

Базовая длина L − длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Базовая линия (поверхность) − линия (поверхность) заданной геометрической формы, определённым образом проведённая относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Причины, вызывающие шероховатость поверхностей

Шероховатость является следствием пластической деформации поверхностного слоя детали, возникающей вследствие образования стружки, копирования неровностей режущих кромок инструмента и трения его о деталь, вырывания с поверхности частиц материала и других причин.

Причины, вызывающие шероховатость поверхности:

1 Режим обработки;

2 Химический состав и микроструктура обрабатываемого материала;

3 Условия охлаждения и смазки режущего инструмента;

4 Конструкция, геометрия и режущая способность инструмента;

5 Тип и состояние оборудования;

6 Тип и состояние вспомогательного инструмента и приспособления.

ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ

Параметры и характеристики шероховатости устанавливает ГОСТ 2789-73. Указанный ГОСТ не распространяется на шероховатость ворсистых материалов (фетр и др.) и не учитывает такие дефекты поверхностей, как трещины, раковины и т.п.

Стандарт устанавливает для количественной оценки шероховатости шесть параметров: три высотных (Ra, Rz, Rmax), два шаговых (Sm, S) и параметр относительной опорной длины профиля (t_p).

Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля m. Для определения шероховатости выбирается участок длиной l, другие неровности (например, волнистость), имеющие шаг больше L не учитывают.

Базовая длина L − длина базовой линии, на которой определяют численные значения параметров шероховатости поверхности. Базовая длина задаётся в мм.

Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0, 01; 0, 03; 0, 08; 0, 25; 0, 8; 2, 5; 8; 25 мм.

Рисунок 4 − Профилограмма и основные параметры шероховатости поверхности

Согласно ГОСТ 2789-73, который полностью соответствует международной рекомендации по стандартизации ИСО p 468, шероховатость поверхности изделий независимо от материалов и способов изготовления можно оценивать одним или несколькими параметрами:

Ra, мкм − среднее арифметическое отклонение профиля − среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля от средней линии y_i в пределах базовой длины.

Ra =

Rz, мкм − высота неровностей профиля по десяти точкам − сумма средних абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов H_imin и пяти наибольших максимумов H_imax профиля в пределах базовой длины.

Rz =

R_max, мкм − наибольшая высота неровностей профиля − расстояние между линиями выступов и впадин профиля в пределах базовой длины.

Sm, мм − средний шаг неровностей профиля. S_mi − длина отрезка средней линии, пересекающая профиль в трёх соседних точках.

Sm =

S, мм − средний шаг местных выступов профиля (по вершинам). S_i − длина отрезка средней линии между проекциями на неё двух наивысших точек соседних выступов профиля.

t_p, % − относительная опорная длина профиля − отношение опорной длины профиля к базовой длине.

t_p = b_p/ L

b_p − опорная длина профиля − сумма длин отрезков b_i, отсекаемых на заданном уровне p в материале профиля линией, эквидистантой средней линии m в пределах базовой длины L.

b_p =

p − уровень сечения профиля − расстояние между линией выступов и линией, пересекающей профиль эквидистантной линии выступов профиля. Уровень сечения профиля p выражается в процентах от R_max и выбирается из ряда: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90. Относительная опорная длина профиля t_p, (%) выбирается из ряда: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90.

В зависимости от способа изготовления детали (рисунок 2, таблица 1), её поверхности могут иметь различную шероховатость.

Рисунок 5 − Шероховатость поверхностей в соответствии со способом её

обработки

Таблица 6 − Шероховатость поверхностей в соответствии со способом её

обработки

Продолжение таблицы 6

Таблица 7 − Размеры шероховатости поверхности (ГОСТ 2789-73)

Шероховатость поверхностей следует оценивать одним или несколькими параметрами, исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий.

Для поверхностей, работающих в условиях трения, скольжения и качения, подверженных износу следует задавать параметры Ra или Rz, t_p и направление неровностей. При выборе параметров Ra или Rz следует учитывать, что параметр Ra даёт более полную оценку шероховатости (Rz ≈ 4Ra).

Для поверхностей, испытывающих контактные напряжения следует задавать параметры Ra или Rz, t_p.

Для поверхностей, где необходимо обеспечить относительную неподвижность соединённых деталей следует задавать параметры Ra или Rz.

Для поверхностей, испытывающих переменные нагрузки следует задавать параметры Rmax, Sm или S и направление неровностей.

Для поверхностей, образующих герметичные соединения следует задавать параметры Ra или Rz, t_p.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ 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. Структура обозначения шероховатости поверхности приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Структура обозначения шероховатости

В дополнение к количественным параметрам шероховатости стандарт допускает нормирование качественной характеристики − направления неровностей.

Таблица 8 − Направление неровностей поверхностей (ГОСТ 2.309-73)

Таблица 9 − Условные обозначения шероховатости поверхности

Элементы обозначения	Графическое изображение	Пояснение
старое	новое
Знак, применяемый для обозначения шероховатости на чертеже			Знак условного обозначения шероховатости поверхности: распределении е информации по зонам: 1 − параметры шероховатости и их значения; 2 − вид обработки поверхности или другие дополнительные указания; 3 − значение базовой длины; 4 − обозначение направления неровностей (зоны 2…4 используют при необходимости)
	Знак, соответствующий условию нормирования шероховатости, когда метод образования поверхности чертежом не регламентируется; применение предпочтительно
	Знак, соответствующий конструкторскому требованию, чтобы поверхность была образована полным удалением поверхностного слоя материала (например, точением, шлифованием, полированием и т.п., конкретный вид обработки может не указываться). Следы необработанной поверхности («черновины») не допускаются
	Знак, соответствующий конструкторскому требованию, чтобы поверхность была образована без удаления поверхностного слоя материала (например, литьём, штамповкой, прессованием, конкретный вид образования поверхности может не указываться). Следы зачистки поверхности не допускаются
Указание нормируемого параметра шероховатости			Если буквенное обозначение параметра не указано, числовое значение относится к параметру Ra

Продолжение таблицы 9

			Буквенные обозначения параметров Rz, Rmax, S, Sm и tp указывают перед их числовыми значениями
Единицы числовых значений параметров шероховатости в условном обозначении			Значения параметров Ra, Rz, и Rmax указывают в микрометрах, параметров Sm и S − в миллиметрах, параметров tp − в процентах от l, уровня сечения р для параметраtp − в процентах от Rmax
Способ нормирования числовых значений параметров шероховатости			Указаны числовые значения, соответствующие наибольшему и наименьшему предельным значениям нормируемого параметра. Значение, указываемое сверху, относится к более грубой допускаемой шероховатости
		Указано номинальное значение параметра с предель-ными отклонениями от него (в процентах от номиналь-ного значения). Предельные отклонения выбираются из ряда 10, 20, 40 и могут быть односторонними (в плюс или минус) или симметричными (±)
Одновременное нормирование двух и более параметров шероховатости для одной и той же поверхности			Числовые значения записывают поверхности сверху вниз в следующем порядке: параметр высоты неровностей, параметр шага неровностей, параметр tp.
Дополнительные данные (вносятся при необходимости): базовая длина, направление неровностей, вид обработки поверхности			Указывается в случаях, когда требуется нормировать значение параметра шероховатости на базовой длине, отличающейся от рекомендуемой стандартом
		Указывается в случаях, когда нормируется направление неровностей
	Указывается в случаях, когда назначенные вид обработки является единственным, обеспечивающим требуемое качество поверхности. При этом в зависимости от вида обработки может быть применён либо знак обязательного удаления слоя, либо знак обязательного сохранения поверхностного слоя

В обозначении шероховатости поверхности, способ обработки которой конструктором не устанавливается, применяют знак. Если шероховатость поверхности должна быть образована удалением слоя материала (например, точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т. п.), применяют знак.

При обозначении шероховатости поверхности, образуемой без удаления слоя материала (например, литьем, ковкой, объемной штамповкой, прокатом, воло-чением и т. д.), применяют знак. Этим же знаком обозначают и поверхности, не обработанные по данному чертежу.

Рисунок 7 − Пример простановки шероховатости на чертеже

Вопросы для самоконтроля

1. Параметры для нормирования шероховатости поверхностей и их краткая характеристика.

2. Способы задания продельных значений нормируемых параметров шероховатости поверхности и направления неровностей.