Геометрические характеристики поверхностного слоя

В данном параграфе мы рассмотрим две разновидности отклонений от правильной геометрической формы: волнистость поверхности и ее шероховатость.

Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояние между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину, на которой оценивается шероховатость. Волнистость занимает промежуточное место между шероховатостью и отклонением формы. Ориентировочно границы между перечисленными разновидностями отклонений можно установить по значению отклонения шага волн к их высоте (рис. 5.3):

• • при  — шероховатость поверхности;
• • при  — волнистость;
• • при  — отклонения формы.

Волнистость поверхности W: определяется как среднее арифметическое из пяти значений высоты волн.

(5.1).

Рис. 5.3. Волнограмма поверхности.

Средний шаг волнистости  — среднее арифметическое значение длин волн , измеренных по средней линии.

(5.2).

До настоящего времени волнистость поверхности в России не стандартизирована, вследствие чего при повышенных требованиях к отклонениям от правильной геометрической формы конструкторы и технологи промышленных предприятий используют отраслевые нормали или руководящие технические материалы.

В соответствии с рекомендациями Института машиностроения РАН волнистость в зависимости от ее высоты подразделяют на девять классов:

На практике есть примеры использования этих рекомендаций в авиационной, шарикоподшипниковой промышленности, а также в научных исследованиях.

В отличие от волнистости шероховатость поверхности в нашей стране стандартизирована ГОСТом 2789−73, который соответствует международной рекомендации по стандартизации ИСО P 468.

На рис. 5.4 приведено увеличенное изображение шероховатости поверхности с обозначением стандартных параметров.

Под шероховатостью поверхности понимают совокупность микронеровностей высотой от 10−2 до 10−3 мкм с шагом меньшим, чем базовая длина l, используемая для ее измерения.

Базовая длина l — длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Базовая линия (поверхность) — линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно про;

Рис. 5.4. Параметры шероховатости поверхности.

филя (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Значения параметров шероховатости поверхности определяются от единой базы, за которую принята средняя линия т. Средняя линия т — базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднеквадратическое отклонение профиля до этой линии минимально.

Шероховатость поверхности оценивается на длине L, которая может содержать одну или несколько базовых длин (l).

Значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Отклонение у профиля — расстояние между любой точкой профиля и средней линией.

Линия выступов профиля — линия, эквидистантная по отношению к средней линии и проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины. Линия впадин профиля — линия эквидистантная по отношению к средней линии и проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины.

Установлено шесть параметров шероховатости поверхности.

I .Ra — среднее арифметическое отклонение профиля — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой д лины:

(5.3).

или.

(5.4).

где / - базовая длина; п — число выбранных точек на базовой длине. Нормируется в мкм.

2. - высота неровностей профиля по десяти точкам — сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубины пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

(5.5).

где  — высота i-го наибольшего выступа профиля;  — глубина i-й наибольшей впадины профиля. Нормируется в мкм.

• 3. - наибольшая высота неровностей профиля и линий впадин профиля в пределах базовой длины l. Нормируется в мкм.
• 4. - средний шаг неровностей профиля — среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины:

(5.6).

где п — число шагов в пределах базовой длины l;  — шаг неровностей про филя, равный длине отрезка средней линии, ограничивающей неровность профиля. Нормируется в мм.

5. S — средний шаг местных выступов профиля — среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины:

(5.7).

где п — число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины l; — шаг неровностей профиля по вершинам, равный длине отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних местных выступов профиля. Нормируется в мм.

6. , — относительная опорная длина профиля — отношение опорной длины профиля к базовой длине l: . Нормируется в процентах (%).

Опорная длина профиля — сумма длин отрезков в пределах базовой длины, которые отсекаются на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной по отношению к средней линии т:

(5.8).

Значение уровня сечения P нормируется в % от и выбирается из ряда 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90%

Рассматриваемый стандарт предоставляет возможность конструкторам регламентировать направление следов обработки технологической поверхности. В табл. 5.1 приведены типы направлений неровностей поверхности.

Таблица 5.1

Типы направлений неровностей поверхности

Тип.	Направление.	Обозначение.	Пояснение к расположению неровностей.	Возможное применение.
Параллельный.			Параллельно линии, изображающей поверхность на чертеже.
Перпендикулярный.			Перпендикулярно линии, изображающей поверхность на чертеже.
Перекрещивающийся.			Перекрещивание в двух направлениях наклонно к линии, изображающей поверхность на чертеже.	В сочетании с другими неровностями способствует прочности соединений.
Произвольный.			Различные направления по отношению к линии, изображающей поверхность на чертеже.	В сочетании с другими неровностями способствует прочности соединений.
Кругообразный.			Приблизительно кругообразно по отношению к центру поверхности.	В сочетании с обеспечивается скольжение сопряженных поверхностей, а вместе с улучшается смазывание поверхностей. Сочетание с другими неровностями способствует прочности соединений.
Радиальный.			Приблизительно радиально по отношению к центру поверхности.	В сочетании с улучшается смазывание поверхностей. Сочетание с другими неровностями способствует прочности соединений.

На рис. 5.5 представлена структура знака изображения шероховатости поверхности.

Рис. 5.5. Структура обозначения шероховатости поверхности.

Например:

Данное обозначение следует читать следующим образом: окончательная обработка поверхности — полирование, Ra нс более 0,1 мкм, базовая длина 0,08 мм, средний шаг неровностей профиля не менее 0,01 мм, параллельное направление неровностей и относительная опорная длина профиля на уровне сечения 40% от линии выступов должна быть равна не менее 60%.