Контроль шероховатости поверхности металла

Шероховатость поверхности – совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности детали и рассматриваемых в пределах базовой длины l.

Шероховатость обработанной поверхности является следствием пластической деформации поверхностного слоя при образовании стружки, копирования неровностей кромок режущего инструмента и трения его о деталь, вибраций, неоднородности материала заготовки и других причин. Количественно шероховатость поверхности устанавливается независимо от способа ее обработки.

Профиль поверхности (профилограмма) показан на рис. 3.

В основу нормирования и количественной оценки шероховатости поверхности положена система средней линии профиля m – система M. Средняя линия профиля – базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально.

Базовая длина l – длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности, и для количественного определения ее параметров.

Нормирование и количественная оценка шероховатости поверхности производится с помощью высотных параметров R_a, R_z, R_max, шаговых параметров S_m и S и параметра формы t_p.

Для заданной детали в цеховых условиях удобнее и проще осуществлять качественный контроль шероховатости поверхностей.

Контроль шероховатости поверхности проводится в цехах и в измерительных лабораториях.

Качественный контроль шероховатости поверхности осуществляют путем сравнения с образцами или образцовыми деталями визуально или на ощупь. Образцы сравнения имеют прямолинейное, дугообразное или перекрывающееся дугообразное направление неровностей и предназначены для контроля шероховатости поверхностей, обработанных точением, расточкой, цилиндрическим фрезерованием, строганием, торцовым точением, фрезерованием, шлифованием, шлифованием периферией круга и чашеобразным кругом. Поверхности образцов сравнения (рабочие) имеют цилиндрическую выпуклую, цилиндрическую вогнутую или плоскую форму. Образцы шероховатости поверхности представляют собой наборы стальных или чугунных брусков размером 30х20 мм, закрепленных в оправах винтами. Плоская или цилиндрическая рабочая поверхность образцов обрабатывается различными способами при определенных режимах и по результатам измерения относятся к соответствующим классам ГОСТа 2789-59. При выборе образцов для контроля шероховатости поверхности детали следует выполнять следующие условия:

1) образец должен быть выполнен из того же материала, что и контролируемая деталь (сталь, чугун, бронза и т.п.);

2) рабочая поверхность образца должна быть обработана тем же методом, что и контролируемая поверхность детали (точением, фрезерованием и т.п.);

3) геометрическая форма рабочей поверхности образца должна соответствовать геометрической форме контролируемой поверхности детали (плоская, цилиндрическая).

Вместо образцов шероховатости в ряде случаев применяют готовую деталь, шероховатость поверхности которой аттестована специальными измерительными приборами. Эта эталонная деталь наилучшим образом отвечает всем вышеперечисленным условиям.

По ГОСТу 9378-75 числовые значения шероховатости рабочих поверхностей образцов должны соответствовать шероховатости 0,8R_z соответствующих классов с допускаемыми отклонениями приблизительно ±20%. Образцы не должны иметь дефекты, видимые невооруженным глазом. Неоднородность шероховатости поверхности одного образца не должна превышать 35-50% в зависимости от вида обработки и материала образца.

Образцы шероховатости поверхности комплектуются в наборы: №1 – полный набор из 46 шт. стальных образцов классов чистоты с 4 по 13; №2 – набор из 21 шт. сырых стальных образцов классов чистоты 4-8; №3 – набор из 25 шт. закаленных стальных образцов классов чистоты 6-13 (наборы №2 и №3 вместе соответствуют набору №1). В набор №4 входит 30 чугунных образцов классов чистоты 4-9.

Количественный контроль параметров шероховатости осуществляют бесконтактными методами (с помощью приборов светового сечения типа МИС-11 и ПСС-2, микроинтерферометров, имерсионно-репликовых микроинтерферометров МИИ-10, типа МИИ-4, МИИ-9, МИИ-11, МИИ-12, растровых измерительных микроскопов ОРИМ-1 и др.) и контактными методами с помощью щуповых приборов (профилометров и профилографов). Контактные профилометры и профилографы, имеющие более высокую точность, применяют для контроля наиболее ответственных измерений. Принцип действия бесконтактных приборов (типа ПСС-2 и МИС-11) основан на измерении параметров проекции светового сечения исследуемой поверхности с помощью наклонно направленного к ней светового пучка.

Принцип действия интерферометров основан на использовании явления интерференции света, отраженного от образцовой и исследуемой поверхностей. Принцип действия растровых микроскопов основан на явлении образования муаровых полос при наложении изображений элементов двух периодических структур (направленных следов обработки и дифракционной решетки). При наличии неровностей муаровые полосы искривляются. Высоту микронеровностей определяют по степени искривления муаровых полос.

В щуповых приборах контактного действия для измерения высоты неровностей используют вертикальные колебания иглы, перемещаемой по контролируемой поверхности. Колебания преобразуются в электрическое напряжение с помощью индуктивных, механотронных, пьезоэлектрических и других преобразователей.

Шероховатость – это совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Поверхностный слой деталей при эксплуатации часто испытывает максимальные напряжения, поэтому его физико-механические свойства в микро- и макрогеометрии определяет долговечность всей детали. Шероховатость играет большую роль в подвижных соединениях деталей, влияет на трение и износ. Зазор и натяг, который можно определить при соединении детали отличается от эффективного зазора или натяга, имеющего место при сборке и в процессе эксплуатации. Эффективный натяг уменьшается, а эффективный зазор увеличивается тем больше, чем большую шероховатость имеют сопрягаемые поверхности. Уменьшение шероховатости поверхности вносит большую определенность в характер и качество определенных соединений деталей. Шероховатость поверхностей связана с плотностью и герметичностью соединения, с отражательной способностью поверхности, с контактной жесткостью поверхности, с прочностью сцепления при притирании и склеивании. Шероховатость поверхности влияет на точность измерений детали. Ее необходимо нормировать, исходя из функционального назначения поверхности. Способы нормирования шероховатости установлены ГОСТ2789-73 и распространяются на поверхности изделий из любых материалов.

Определение класса шероховатости.

Для определения класса шероховатости поверхностей деталей используются образцы шероховатости, которые являются профессиональным инструментом. С помощью визуального метода определяют классы шероховатости поверхности деталей по сравнению с образцами. Высокие классы от 8 до 13 измеряют с помощью лупы. Чтобы правильно поставить оценку нужно применять образцы, по характеру обработки и материалу, которые соответствуют проверяемым поверхностям изделий. Для определения классов шероховатости поверхности существуют образы, выпуск которых прекратили, когда заменили ГОСТ 2789–59, где образцы были предусмотрены на новый ГОСТ 2789-73 в котором их нету. С 1975 года вводят ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности», который разрешал применять классы шероховатости поверхности до 1980 года. Благодаря этому существовала справочная таблица по соответствию классов шероховатости по ГОСТ 2789–59 со значениями Rz и Ra по ГОСТ 2789–73*. ГОСТ 2789 – 73 «Шероховатость поверхности» существует в России и по сей день по состоянию на 01.09.2002 год. Таблица, которая указывалась выше используется для иллюстрации старых источников обучения, в новых же источниках действует ГОСТ 2.309 -73 ЕСКД.

Шероховатость указанных размеров представлена ниже, в таблице 1.

Шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм). Шероховатость относится к микрогеометрии твёрдого тела и определяет его важнейшие эксплуатационные свойства. Прежде всего износостойкость от истирания, прочность, плотность (герметичность) соединений, химическая стойкость, внешний вид. В зависимости от условий работы поверхности назначается параметр шероховатости при проектировании деталей машин, также существует связь между предельным отклонением размера и шероховатостью. Исходная шероховатость является следствием технологической обработки поверхности материала, например, абразивами. В результате трения и изнашивания параметры исходной шероховатости, как правило, меняются.

Содержание

Параметры шероховатости [ править | править код ]

Исходная шероховатость является следствием технологической обработки поверхности материала. Для широкого класса поверхностей горизонтальный шаг неровностей находится в пределах от 1 до 1000 мкм, а высота — от 0,01 до 10 мкм. В результате трения и изнашивания параметры исходной шероховатости, как правило, меняются, и образуется эксплуатационная шероховатость. Эксплуатационная шероховатость, воспроизводимая при стационарных условиях трения, называется равновесной шероховатостью.

На рисунке схематично показаны параметры шероховатости, где: l <displaystyle l> — базовая длина; m <displaystyle m> — средняя линия профиля; S m i <displaystyle S_> — средний шаг неровностей профиля; S i <displaystyle S_> — средний шаг местных выступов профиля; H i m a x <displaystyle H_> — отклонение пяти наибольших максимумов профиля; H i m i n <displaystyle H_> — отклонение пяти наибольших минимумов профиля; h i m a x <displaystyle h_> — расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль; h i m i n <displaystyle h_> — расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль; R m a x <displaystyle R_> — наибольшая высота профиля; y i <displaystyle y_> — отклонения профиля от линии m <displaystyle m> ; p <displaystyle p> — уровень сечения профиля; b n <displaystyle b_> — длина отрезков, отсекаемых на уровне p <displaystyle p> .

• Высотные параметры:

• Ra — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины;

R a = 1 l ∫ l 0 | y i | d x <displaystyle R_=<frac <1>>int limits _^<0>left|y_
ight|,dx>R a = 1 n ∑ i = 1 n | y i | <displaystyle R_=<frac <1>>sum _^left|y_
ight|>

Rz — сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины;

R z = ( ∑ i = 1 5 | H i m a x | + ∑ i = 1 5 | H i m i n | ) / 5 <displaystyle R_=left(sum _^<5>|H_|+sum _^<5>|H_|
ight)/5>

• Rmax — наибольшая высота профиля;

t p = 1 l ∑ i = 1 n b i <displaystyle tp=<frac <1>>sum _^b_>

Ra, Rz и Rmax определяются на базовой длине l, которая может принимать значения из ряда 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Параметр Ra является предпочтительным.

Способы измерения [ править | править код ]

ISO 8503 определяет требования по определению компараторов профиля, который предназначен для визуального и тактильного сравнения стальных поверхностей, очищенных абразивоструйным способом. Компараторы профиля поверхности используются на строительных площадках для оценки шероховатости поверхности перед нанесением красок и других подобных продуктов или перед другими видами защиты поверхности [1] .