ШЕРОХОВАТОСТЬ (МИКРОГЕОМЕТРИЯ) ПОВЕРХНОСТИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

7.1. Общие сведения. На любой обработанной поверхности при сильном увеличении хорошо заметны следы режущих кромок инструментов и зерен шлифованных кругов в виде близко расположенных друг к другу впадин и гребешков продольных 2 и поперечных 1 (рис. 123, I). Совокупность всех микронеровностей, образующих рельеф поверхности детали, называется шероховатостью.

Величина шероховатости или микронеровностей, определяемая высотой гребешков и глубиной впадин, оказывает весьма сущест­венное влияние на эксплуатаци­онные характеристики деталей — трение, износоустойчивость, прочность, антикоррозионную стойкость и т. д. Чем больше высо­та неровностей, тем сильнее сцеп­ление между гребешками, а пото­му при относительном перемеще­нии поверхностей следует затра­тить некоторую силу, чтобы пре­одолеть это сцепление, т. е. тре­ние, что ведет к уменьшению КПД машины. Соприкосновение дета­лей происходит по вершинам вы­ступов микронеровностей (см. рис. 123, II), образующим так на­зываемую контактную поверх­ность. Контактная поверхность обычно всегда меньше реальной, т. е. общей поверхности детали.

Даже после тонкой шлифовки со­единяемых деталей контактная поверхность в 2...3 раза меньше номинальной. При обычной же чистовой обработке резцом дейст­вительная площадь касания со­ставляет менее 20% реальной.

В зависимости от назначения й условий работы деталей машин допус­кают различную шероховатость их поверхности. И на одной и той же де­тали шероховатости ее различных поверхностей могут очень сильно отли­чаться друг от друга.

Почему же нельзя все поверхности деталей делать с минимально воз­можной шероховатостью? Объясняется это тем, что такая обработка по­верхности требует значительных затрат труда. Правильное назначение кон­структором шероховатости поверхности, соответствующей условиям рабо­ты детали, имеет огромное значение в машиностроении.

7.2 Требования к шероховатости поверхности. Согласно ГОСТ2789-73 требования к шероховатости поверхности должны быть обоснованными и устанавливаться, исходя из функционального назначения поверхности. Ес­ли требований к шероховатости поверхностей не установлено, то она не под­лежит контролю.

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться пу­тем указания числового значения параметра (параметров) и значений базо­вой длины, на которой происходит определение параметра. Шероховатость поверхности оценивается количественно или качественно. Количественная оценка состоит в определении высоты шероховатости по одному из ниже указанных параметров при помощи приборов. Качественная оценка шеро­ховатости заключается в сравнении ее с образцами.

7.3 Понятие о параметрах шероховатости поверхности. Стандарт ГОСТ 2789-73 предусматривает шесть параметров.

Высотные:

R_a — среднее арифметическое отклонение профиля;

R_z — Высота неровностей профиля по десяти точкам;

Rmax — наибольшая высота профиля.

Шаговые:

S — средний шаг неровностей Профиля по вершинам;

S_m — средний шаг неровностей профиля по средней линии:

tp — относительная опорная длина профиля.

Все определения параметров приведены в справочном приложении к ГОСТ 2789-73. Остановимся теперь подробнее на двух основных параметрах по ГОСТ 2789-73, обозначаемых символами R_a и R_z. Среднее арифметическое от­клонение профиля R_a определяется как среднее значение расстояний отдель­ных точек профиля Y₁, Y₂... Y _п до средней линии гребешков ОХ (рис. 124).

где: п — число точек;

Y₁... Y _n — расстояние отдельных точек профиля до средней линии ОХ

Высоту неровностей профиля по десяти точкам R_z определяют как сред­нее значение между пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин профиля:

где: Н ₁ ...Н ₁₀ — перпендикуляры из точек выступов (высших и низших) параллельно линии ОХ. Стандарт ГОСТ 2789-73 устанавливает предельные значения величин R_a и R_z, обозначаемые на чертежах числовой величиной шероховатости в микрометрах (мкм). Пять высших точек выступов и пять низших точек впадин (см. рис. 124) берут в пределах базовой длины l — дли­ны участка поверхности, принятого для измерения шероховатости.

Базовой называется длина участка поверхности, характеризующая ше­роховатость поверхности и используемая для количественного определения ее параметров.

Предельные значения величин R_a и R_z, обозначаемые на чертежах чис­ловой величиной шероховатости в микрометрах, установлены ГОСТ 2789- 73. Этим же стандартом подразделение шероховатости на классы проведено по двум параметрам R_a и R_z, но каждый класс определен только по одному из этих параметров и базовой длине. Такое уточнение класса шероховатос­ти сделано для однозначности контроля.

Обозначение требований к шероховатости поверхностей в соответствии с ГОСТ 2789-73 и правила нанесения их в технической документации опреде­лены ГОСТ 2.309-73.

При установлении требований к шероховатости поверхностей из эксплу­атационных соображений следует учитывать возможность обеспечения их в процессе изготовления изделия.

7.4. Метрологический контроль шероховатости поверхности. При мет­рологическом контроле шероховатости поверхностей обычно решают две задачи: 1 — определяют принадлежность контролируемой поверхности к назначенному классу шероховатости, 2 — определяют годность поверхнос­ти детали в отношении требований к шероховатости поверхности, если класс шероховатости поверхности не грубее указанного в технической до­кументации.

Приборы, используемые для определения шероховатости по R_a или R_z, разделяются на две группы: контактные (профилографы и профилометры) и бесконтактные (оптические).

Работа профилографов основана на фотозаписи луча света, очерчиваю­щего в увеличенном виде профиль неровности проверяемой поверхности при скольжении по ней алмазной иглы.

На рис. 125 представлена схема наиболее широко применяющегося в практике оптико-механического профилографа. Алмазная игла 1, скользящая по проверяемой

поверхности, связана с зеркалом 2, на которое падает от лампы луч света, проходящий через диафрагму 8 и линзу 6. Колебания алмазной иглы, скользящей по шероховатой поверхности, изменяют на­правление отраженного от зеркала луча света, и он через систему зеркал 3... 5 попадает на вращающийся барабан 7 со светочувствительной бумагой. После проявления на бумаге остается след отраженного зеркалами луча све­та, который прочертил в увеличенном масштабе (фотозапись луча) микро­профиль шероховатой поверхности — профилограмму. Профилограмма очень важна в оценке износостойкости поверхности детали.

Шероховатость поверхности образуется в направлении главного движе­ния — движения резания вдоль обработочных рисок (продольная шерохо­ватость) и в направлении поперечной подачи (поперечная шероховатость). Форма, размер и расположение неровностей зависят от способа обработки. Меняя способ обработки, можно изменять характер и расположение неров­ностей. Оценка класса шероховатости поверхности детали производится из­мерением ее в направлении наибольшего значения, т. е. поперечной шеро­ховатости, которая обычно в 2... 3 раза превышает продольную шерохова­тость.

Числовые значения параметров шероховатости Ra и Rz таблице классов ГОСТ 2789-73 заданы в виде диапазонов. Классы 1... 5, 13 и 14 определены через параметр Rz, классы 6... 12 — через параметр Ra. Такое разделение произведено с учетом возможностей измерения этих параметров существую­щими измерительными средствами. Так профилометры служат для непо­средственного измерения параметра Ra в пределах 6... 12 классов, а профилографы и оптические приборы одновременного преобразования профиля (микроинтерферометры, приборы светового сечения, растровые микроско­пы) позволяют измерить параметр Rz с наибольшей трудоемкостью.

Это обеспечивает однозначность понятия «класс шероховатости» и кон­троля шероховатости в соответствии с требованиями технической докумен­тации.

7.5 Выбор шероховатости для поверхностей деталей. Характер и вели­чина шероховатости поверхности детали зависят от вида ее механической обработки. При выполнении чертежей деталей в процессе деталирования сборочного чертежа и при выполнении эскизов деталей с натуры приходит­ся решать вопросы, связанные с назначением (выбором) шероховатости по­верхностей.

В любом соединении есть соприкасающиеся поверхности двух или не­скольких деталей. По тому, насколько плотно или свободно это касание, можно судить о подвижности деталей, входящих в соединение. Характер соединения позволяет назначить шероховатость поверхностей детали.

По назначению и взаимодействию поверхности деталей разделяют на две.основные группы: 1 — сопрягаемые поверхности — поверхности соприкос­новения и взаимодействия двух или нескольких деталей в соединении; 2 — свободные поверхности — поверхности, которые с поверхностями других деталей не взаимодействуют.

Количество сопрягаемых поверхностей определяет степень подвижности или плотности сборки деталей. Количество свободных поверхностей опре­деляет степень простоты изготовления деталей.

Назначение числовых значений параметров шероховатости сопрягае­мых поверхностей зависит от необходимой точности соединений, от требо­ваний к внешнему виду и эксплуатационных свойств (уменьшение трения, удобство и безопасность обслуживания машины и пр.).

Прямой связи между точностью изготовления и шероховатостью не су­ществует, так как всегда можно предъявить высокие требования к шерохо­ватости поверхности при весьма неточном изготовлении ее. Однако, чем меньше поле допуска, тем более высокие требования предъявляются к ше­роховатости поверхности. Это позволяет ориентировочно выбирать мини­мально

необходимую шероховатость поверхности детали в зависимости от допуска с помощью диаграммы (рис. 126).

Наибольший диаметр ступенчатого валика, приведенного на том же чер­теже в качестве примера, обозначен 0 52__{0 019}. По таблице полей допусков валов ГОСТ 25347-82 (см. табл. 12) в колонке Л6 определяем предельные от­клонения для вала диаметром 0 52 лип. Они составляют 19 мкм. Следова­тельно, допуск равен 19 мкм. Теперь, пользуясь диаграммой, находим па­раметр шероховатости поверхности.

Как видно из-диаграммы, допуску 19 мкм должна соответствовать шеро­ховатость поверхности параметра R_a в диапазоне 0,63... 1,25 мкм.

Примечание. Заштрихованное между двумя кривыми линиями поле ог­раничивает пределы достигаемой шероховатости поверхности при одной и той же точности изготовления.

Аналогично можно установить шероховатости и для размера ø 30^__{0 013}.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: