Шероховатость поверхности. 
Метрология, стандартизация и сертификация: взаимозаменяемость

Рассмотрим нормирование параметров текстуры на примере шероховатости поверхности.

По определению ГОСТ 25 142–82, шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенных, например, с помощью базовой длины. Шероховатость является отклонением формы поверхности, рассматриваемым на уровне микрогеометрии. Причинами появления шероховатости являются особенности технологического процесса обработки поверхности, копирование неровностей инструмента, неоднородность свойств материала детали, упругопластические деформации, окислительные процессы и др. Влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные свойства поверхностей и деталей в целом проявляется в изменении контактной жесткости и износостойкости, усталостной прочности, коррозионной стойкости, качества покрытий, электрического сопротивления контактов, отражающей способности и т. д.

Рассмотрим основные параметры шероховатости.

Базовая линия — линия заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля поверхности и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Базовую линию, имеющую форму номинального профиля и проведенную так, что в пределах базовой длины среднеквадратическое отклонение профиля от этой линии имеет минимальное значение, называют средней линией профиля. Способ определения параметров шероховатости с использованием средней линии профиля называют системой средней линии.

Длину I базовой линии, используемую для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности, называют базовой длиной.

Перечень параметров, используемых для характеристики профиля поверхности, установлен стандартами ГОСТ 25 142–82 (25 параметров) и ГОСТ Р ИСО 4287—2014 (16 параметров). В указанных стандартах приведены определения параметров, необходимые пояснения и иллюстрации.

Параметры, применяемые при нормировании и контроле шероховатости.

Ограничимся рассмотрением параметров, которые в ГОСТ 2789–73 выделены для применения при нормировании и контроле шероховатости.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra — среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля Hi max и глубин пяти наибольших впадин профиля Hi min на базовой длине.

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax — расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля.

Линия выступов (впадин) профиля — линия, эквидистантная средней линии профиля, проходящая через его высшую (низшую) точку в пределах базовой длины.

Средний шаг неровностей профиля Sm — среднее значение шага неровностей профиля на базовой длине.

Средний шаг местных выступов S — среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины.

Относительная опорная длина профиля tp — отношение опорной длины профиля к базовой длине.

Параметры Ra, Rz, Rmax называют высотными параметрами, параметры Sm, S — шаговыми.

В ГОСТ 2789–73 дополнительно к параметрам шероховатости поверхности установлены требования к направлению неровностей поверхности, к способу или последовательности способов их получения (обработки). Регламентированы следующие типы направлений неровностей: параллельное, перпендикулярное, перекрещивающееся, произвольное, кругообразное, радиальное.

Перечень нормируемых параметров шероховатости выбирают исходя из функциональных требований к поверхности детали (табл. 3.3). Параметр Ra является предпочтительным для применения.

Таблица 3.3

Нормируемые параметры шероховатости в зависимости от эксплуатационных свойств поверхности.

Обозначение шероховатости по ГОСТ 2.309—73 аналогично ISO 1302:2002. Если в обозначении шероховатости значение базовой длины не указано, то оно должны соответствовать стандарту ГОСТ 2789–73, который также устанавливает требования и к условному обозначению направлений неровностей (табл. 1 ГОСТ 2789–73).

Разработка новых технологий обработки деталей, углубление знаний о взаимосвязи между характеристиками микрогеометрии поверхности и ее функциональными свойствами, внедрение компьютеризированных средств измерений предопределили применение новых параметров для характеристики текстуры поверхности.

Накопленный опыт нашел отражение в стандартах Международной организации по стандартизации (ИСО) с общим названием «Текстура поверхности. Профильный метод». В этих стандартах регламентированы термины и определения параметров текстуры поверхности, правила и процедуры их оценки, изложены требования к контактным (щуповым) средствам измерений профиля поверхности и методы их калибровки, установлены основные принципы и способы использования программного обеспечения средств измерений, закреплены правила обозначения текстуры поверхности в инженерно-технической документации.

Международные стандарты носят рекомендательный характер, и поэтому лишь некоторые страны ввели их в действие в виде национальных стандартов. В силу этого параметры текстуры поверхности, их обозначения и правила оценки, применяемые в различных странах, могут отличаться, что следует из табл. 3.4 (обозначения в верхней строке табл. 3.4 относятся к странам: DIN — Германия, ANSI — США, JIS — Япония, BS — Великобритания). В Российской Федерации действует ГОСТ Р ИСО 4287—2014 «Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Профильный метод. Термины, определения и параметры структуры поверхности», содержащий аутентичный перевод международного стандарта.

Таблица ЗА

Согласованность регламентированных в различных странах параметров текстуры поверхности с международным стандартом.

Примечание. Знаки «плюс» и «минус» здесь означают, что параметр регламентирован (+) или не регламентирован (-) стандартами в данной стране.

Актуальным направлением в области установления требований и оценки качества поверхности является применение трехмерного анализа структуры поверхности на основе ЗБ-измерений. Профильные измерения и осуществляемая на их основе оценка текстуры поверхности носят ограниченный характер и не дают полного представления о топографии поверхности. При трехмерном анализе появляется возможность визуализации поверхности с помощью компьютера и более точной оценки свойств поверхности. Термины, определения, параметры структуры поверхности и их обозначения применительно к методу «Ареал» приведены в стандарте ГОСТ Р ИСО 25 178−2—2014 «Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Ареал. Часть 2».

Между всеми перечисленными параметрами шероховатости и другими показателями точности существуют реальные качественные и количественные взаимосвязи. Рекомендуемые соотношения между допусками размера, формы или расположения поверхности и средним арифметическим отклонением профиля приведены в табл. 3.5 (РТМ 2 Н31−4—81).

Таблица 3.5

Соответствие параметров формы и шероховатости с допуском на размер

Примечание. IT — допуск соответствующего размера; TF — допуск формы, который составляет менее 25% от допуска на размер.

Минимальные требования к шероховатости поверхности в зависимости от допусков размера и формы (РТМ 2 Н31−4—81*).

Таблица 3.6

Примечание. РТМ 2 Н31−4—81 «Соотношения между допусками размера, формы, расположения и шероховатости поверхностей» устанавливает рекомендации по выбору допусков формы, расположения, а также шероховатости поверхностей в зависимости от допуска размера и рекомендации по взаимной увязке допусков перечисленных геометрических параметров поверхности.

При оформлении эскизов соединяемых деталей необходимо учитывать, что допуски на отклонения от правильной геометрической формы и (или) расположения не могут быть больше величины допуска на размер вала или отверстия. Величины допусков формы и расположения зависят также от величины микронеровностей. В табл. 3.6 приведены минимальные требования к шероховатости поверхности в зависимости от допусков размера и формы.

Таким образом, развитие взаимозаменяемости направлено на совершенствование и распространение прогрессивной измерительной техники.