Измерение шероховатости повехности изделий

Отклонения поверхностей деталей возникают в процессе обработки заготовок из-за неточности и деформации станка, неточности и износа режущего инструмента, неточности зажимных устройств, деформации заготовок во время обработки, неравномерности величины припуска на обработку, неодинаковой по длине и диаметру твёрдости заготовок и т. д.

В соответствии с установившейся классификацией неровности поверхности делят на три основные вида:

• — отклонение формы — отклонение формы реальной поверхности или реального профиля от формы геометрической поверхности или геометрического профиля (ГОСТ 306−76);
• — волнистость — совокупность периодических неровностей с относительно большими шагами на участке, длина которого превышает нормированную базовую длину /, установленную для измерения шероховатости;
• — шероховатость поверхности (ГОСТ 25 142−82) — совокупность неровностей поверхности (в пределах базовой длины /) с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности.

Базовая длина / - длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Её выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Шероховатость поверхности, наряду с другими факторами, определяющими качество поверхности изделия, — отклонением формы поверхности, отклонением расположения данной поверхности относительно других поверхностей и физическими свойствами поверхности — оказывает большое влияние на эксплуатационные свойства машин, приборов, инструментов, средств транспорта и других, в том числе на качество посадок деталей, в расчёт которых входят её параметры.

Шероховатость поверхности возникает в процессе её формообразования и является следом резца, она копирует неровности режущей кромки инструмента и возникает из-за пластической деформации поверхностного слоя при образовании стружки или вибрации, появляющейся при резании, а также в результате действия других причин.

Шероховатость поверхности определяет качество обработанной поверхности и влияет на эксплуатационные свойства деталей: износостойкость (особенно усталостную), коррозионную стойкость, коэффициент трения, прочность неподвижных соединений и пр.

Способы нормирования шероховатости поверхности установлены ГОСТ 2789–73 и распространяются на поверхности изделий, изготовленных из любых материалов (кроме ворсистых) и любыми методами.

Шероховатость поверхности оценивают по неровностям профиля (рис. 2.7), получаемого путём сечения реальной поверхности плоскостью.

Рис. 2.7. Профиль микронеровностей.

Параметрами шероховатости (ГОСТ 2783−73) являются:

R_a — среднеарифметическое отклонение профиля;

R_: — высота неровностей профиля по десяти точкам;

Rпшх — наибольшая высота профиля;

S_m — средний шаг неровностей;

5 — средний шаг местных выступов профиля;

t_p — относительная опорная длина профиля, где р — значение уровня сечения профиля.

Параметр R_a является предпочтительным для использования. Среднее арифметическое отклонение профиля R_a — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:

или приближённо.

где / - базовая длина; п — число выбранных точек профиля; у — отклонение профиля, т. е. расстояние между любой точкой профиля и базовой линией.

Параметр R_u нормирован в диапазоне 0,008 — 100 мкм (42 значения).

Высота неровностей профиля по десяти точкам R_: — сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

где у_Pi — высота /-го наибольшего выступа профиля; y_vi — глубина /-й наибольшей впадины профиля.

Параметр R_: нормирован в диапазоне 0,025 — 1.600 мкм (49 значений).

Относительная опорная длина профиля t_p есть отношение опорной длины профиля к базовой длине, т.с.

II.

где ц_р = У ft. — опорная длина профиля, т. е. сумма длин отрсз;

i=i.

ков, отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной (от лат. aequidistans — равноудалённый) средней линии в пределах базовой длины.

Значения t_p нормируют в процентах и выбирают из ряда: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90.

Числовые значения уровня сечения профиля р (рис. 2.7) нормируют в процентах и выбирают из ряда: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 от R_mnr.

Длина участка измерения — минимальная длина участка поверхности, необходимая для надёжного определения характеристик шероховатости, включающая в себя одну или несколько базовых длин.

Средняя линия профиля т — базовая линия, имеющая форму номинального профиля и прошедшая так, что в пределах базовой длины срсднсквадратичсскос отклонение профиля от этой линии было минимальным.

Линия выступов профиля — линия, эквидистантная средней линии т и проходящая через высшую точку профиля, а линия впадин профиля — это линия, эквидистантная средней линии т и проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины.

Шероховатость поверхности измеряют контактным и бесконтактным способами.

При контактном способе шероховатость определяют, измеряя непосредственно высоту неровностей.

Бесконтактный способ является сравнительным или интегральным.

Для количественной оценки шероховатости применяют щуповые приборы: профилометры (от франц. profil — профиль и. метр), профилографы, а также оптические приборы: двойной микроскоп и интерференционный (от лат. inter — взаимно, между собой и. .ferio — ударяю, поражаю) микроскоп, а для качественной — образцы шероховатости и сравнительный микроскоп.

Профилограф и профиломстр представляют собой устройства, преобразующие линейные перемещения иглы (щупа) по микронеровностям в перемещение записывающего пера (профилограф) или стрелки вторичного прибора (профиломстр).

Профилометры предназначены для контроля шероховатости поверхности 5 — 12-го классов. Профилометры дают оценку шероховатости по Н_ск — среднему квадратическому отклонению высоты неровностей.

Как правило, профилометр имеет следующие основные технические характеристики:

• — пределы измерения: 0,02 — 100 мкм;
• — длина трассы ощупывания: до 12 мм;
• — скорость трассирования 0,5; 1,0; 2,0 мм/с.

Программное обеспечение позволяет в диалоговом режиме управлять процессом измерения, выбирая оптимальные режимы, вычислять параметры шероховатости, выводить на экран монитора и анализировать геометрические особенности микропрофиля. Результаты измерений сохраняются в памяти компьютера и могут быть распечатаны в виде протокола.

Образцы шероховатости поверхности (ГОСТ 9378−93) широко применяют для оценки шероховатости поверхностей визуальным сравнением с деталью. Образец шероховатости повсрхности (сравнения) — поверхность с известными параметрами шероховатости, полученная определённым способом обработки.

Наилучшие условия для сравнения создаются в случае, когда материал, технологический процесс и форма изготовляемого образца одинаковы с контролируемой деталью.

Этот метод даст надёжные результаты контроля шероховатости поверхностей до 6-го класса включительно. При контроле деталей 7 — 10-го классов не исключена возможность отнесения шероховатости поверхности к соседнему классу.

Для улучшения качества контроля шероховатости до 10-го класса сравнением с образцами применяют сравнительные микроскопы, которые бывают накладного, переносного и стационарного типов. При помощи этих микроскопов одновременно сравнивают две поверхности, одна из которых является образцовой, а другая — проверяемой.

Рис. 2.8. Образцы шероховатости.

Способы обработки поверхности деталей Способы обработки, воспроизводимые образцами, форма образца и основное направление неровностей поверхности образца указаны в табл. 2.1.

Способы обработки образца, форма.

Способ обработки, условное обозначение.	Форма образца.	Условное изображение.
Точение Расточка Фрезерование цилиндрическое Строгание Шлифование периферией круга.	Цилиндрическая выпуклая Цилиндрическая вогнутая Плоская Плоская Плоская, цилиндрическая выпуклая, цилиндрическая вогнутая.
Точение торцевое Фрезерование торцевое.	Плоская Плоская.
Фрезерование торцевое Шлифование торцевое Шлифование чашеобразным кругом.	Плоская Плоская Плоская.
Электроэрозионная обработка Дробеструйная Пескоструйная обработка.	Плоская Плоская Плоская.	Не имеет определённого направления штриха.
Полирование.	Плоская, цилиндрическая выпуклая.	Путаный штрих.

Пневматический метод оценки шероховатости основан на измерении расхода воздуха, проходящего через неровности поверхности, по шкале ротаметра, градуированного по образцам. Метод применим при R_c, = 0,20 — 6,3 мкм. При меньших значениях R_a па результаты оценки влияют волнистость и отклонение формы.

Рефлектометрический метод основан на использовании отражательной способности исследуемой поверхности. Лучи от источника света, пройдя объектив, попадают на поверхность детали и после отражения от неё, вновь преломившись на втором объективе, попадают на фотоприёмник. В зависимости от интенсивности светового потока, определяемого шероховатостью поверхности, в фотоэлементе возникает ток, фиксируемый гальванометром. Метод применим при R_a = 0,10 — 0,25 мкм.

В емкостном методе исследуемая поверхность является обкладкой измерительного конденсатора (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Емкостной метод определения шероховатости.

Тогда в зависимости от величины шероховатости будет меняться ёмкость конденсатора. Метод применим для шероховатости /?" = 0,025 — 0,1 мкм.