Как определить шероховатость поверхности на чертеже

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;

Шаговые параметры:

Sm — средний шаг неровностей;

S — средний шаг местных выступов профиля;

tp — относительная опорная длина профиля, где p — значения уровня сечений профиля из ряда 10; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 %.

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] .

Качество поверхностного слоя определяется совокупностью характеристик: физико-механическим состоянием, микроструктурой металла поверхностного слоя, шероховатостью поверхности. Состояние поверхностного слоя влияет на эксплуатационные свойства деталей машин: износостойкость, виброустойчивость, контактную жесткость, прочность соединений, прочность конструкций при циклических нагрузках и т. д.

Параметры и характеристики шероховатости поверхности установлены ГОСТ 2789–73, требования к другим характеристикам поверхностного слоя назначают по руководящим материалам предприятия.

Для оценки шероховатости поверхности ГОСТ 2789 – 73 предусматривает шесть параметров:

высотные : Ra — среднее арифметическое отклонение профиля; Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам; R_max — наибольшая высота профиля;

шаговые : S — средний шаг неровностей профиля по вершинам; S_m — средний шаг неровностей профиля по средней линии;

высотно-шаговый t_p — относительная опорная длина профиля.

Базой для отсчета высот выступов и впадин неровностей, свойства которых нормируются, служит средняя линия профиля (рис. 279) — базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально.

Через высшую и низшую точки профиля в пределах базовой длины l проводят линии выступов и впадин профиля, эквидистантно средней линии. Расстояние между этими линиями определяет наибольшую высоту неровностей профиля R_max.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra определяется как среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профили в пределах базовой длины:

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz равна средней арифметической суммы абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов Н_{i min} и пяти наибольших максимумов H_{i max} профиля в пределах базовой длины:

Вместо средней линии, имеющей форму отрезка прямой, определяют расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов h_{i max} и низших точек пяти наибольших минимумов h_{i min} до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль.

Средний шаг неровностей S вычисляют как среднее арифметическое значение шага неровностей Smi в пределах базовой длины:

Средний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам S_i в пределах базовой длины

Под опорной длиной профиля η_р понимают сумму длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале выступов профиля линией, эквидистантной средней линии.

Относительная опорная длина профиля t_p определяется как отношение опорной длины профиля η_р к базовой длине:

Требования к шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-73 устанавливают указанием числовых значений параметров. В дополнение к количественным параметрам для более полной характеристики шероховатости указывают направление неровностей (условное обозначение — см. рис. 280), вид обработки поверхности или последовательность видов обработки (рис. 281 — 283).

В обозначении шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается, применяют знак, приведенный на рис. 282, а; если поверхность образована с удалением слоя материала — знак, приведенный на рис. 282, б; и для поверхности, образованной без удаления слоя материала, — знак, приведенный на рис. 282, в.

Значение параметра Ra указывают без символа, например, 0,5. Для остальных указывают символы, например, R_mах 6,3.

ГОСТ 2789-71 установлено 14 классов шероховатости поверхности. Причем классы 1—5, 13 и 14 определены через параметр Rz, классы 6—12 через параметр Ra. Каждый класс определен только по одному параметру и базовой длине. Числовые значения параметров заданы в виде диапазонов, верхние пределы которых полностью соответствуют ранее действовавшим.

Требования к шероховатости поверхности устанавливают путем задания значения параметра (параметров) и базовой длины. Причем целесообразно пользоваться предпочтительными значениями параметра Ra (графа 2, табл. 29). Эти значения находятся вблизи середины диапазона, определяющего данный класс шероховатости. В других случаях могут назначать величины параметров по графам 3 или 4.

Требования к шероховатости поверхности определяются условиями работы поверхности в машине. В общем случае, чем выше требования по точности, тем выше требования и по шероховатости поверхности.

Для грубых квалитетов с расширенным полем допусков класс шероховатости можно снижать, что уменьшает стоимость изготовления.

Минимальный класс шероховатости поверхности обработки, необходимый для получения различных квалитетов, можно выбрать по табл. 30.

Классы шероховатости поверхностей, соответствующие различным видам обработки, приведены и табл. 31.

При выборе класса шероховатости должны быть учтены свойства материала и твердость поверхности детали. Высокие показатели для сталей можно получить при твердости не ниже HRC 30—35. Стальные изделия, подлежащие чистой обработке, должны быть по меньшей мере подвергнуты улучшению или нормализации. Термически необработанные низкоуглеродистые стали тонкой обработке поддаются плохо.

По условиям обработки получить чистую отделку и точные размеры в отверстиях труднее, чем на валах. Поэтому, как правило, требование к шероховатости поверхности в отверстиях назначают на 1—2 класса ниже, чем на валах.

В интересах уменьшения стоимости изготовления рекомендуется применять менее высокие требования к шероховатости, совместимые с условием надежной работы деталей.

В некоторых случаях (соединения с натягом, подшипники скольжения) существуют оптимальные параметры поверхности, отклонения от которых в ту или другую сторону снижают работоспособность соединений.

Свободные поверхности (не входящие в соединения или расположенные с зазором по отношению к ближайшим поверхностям) следует в интересах экономичности обрабатывать по низким классам шероховатости. Исключение составляют напряженные циклически нагруженные детали. Для повышения сопротивления усталости такие детали обрабатывают так, чтобы обеспечить высокий класс шероховатости поверхности, полируют и дополнительно упрочняют поверхностным пластическим деформированием.

Ниже приведены ориентировочные значения классов шероховатости поверхностей для типовых машиностроительных деталей, основанные на опыте общего машиностроения.

Шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами.

Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волнистости) её рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной.

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля, получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью.

Числовые значения параметров шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля, т.е. базовая линия.

Для количественной оценки шероховатости наиболее часто используют три основных параметра:

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

Rz — высота неровностей по десяти точкам (сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины).

Rmax — наибольшая высота неровностей профиля в пределах базовой длины.

Предпочтительным является параметр Ra, поскольку определяется по большему количеству точек профиля. В связи с этим параметром Ra нормируется шероховатость образцов сравнения, используемых для оценки шероховатости в промышленности.

Параметры Rmax и Rz используют в тех случаях, когда по функциональным требованиям необходимо ограничить полную высоту неровности профиля, а также когда прямой контроль Ra с помощью профилометров или образцов сравнения не представляется возможным (поверхности, имеющие малые размеры или сложную конфигурацию, например режущий инструмент).

Требования к шероховатости поверхности устанавливают исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости не устанавливают и шероховатость поверхности не контролируют.

Обозначение шероховатости поверхности

Шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Структура обозначения шероховатости поверхности включает знак шероховатости, полку знака и другие дополнительные указания. При применении знака без указания параметра и способа обработки его изображают без полки.

Высота h должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел. Высота H равна (1.5. 5) h. Толщина линий знаков должна быть приблизительно равна половине толщины сплошной основной линии, применяемой на чертеже.

Знаки для обозначения шероховатости поверхности в зависимости от вида ее обработки

Основной знак, соответствующий обычному условию нормирования шероховатости, когда метод образования поверхности чертежом не регламентируется.

Знак, соответствующий, конструкторскому требованию, чтобы поверхность была образована удалением слоя материала, например, точением, шлифованием, полированием, травлением и т. п. (конкретный вид обработки может и не указываться).

Знак, соответствующий конструкторскому требованию, чтобы поверхность была образована без удаления поверхностного слоя материала, например, литьем, штамповкой, прессованием (конкретный вид образования поверхности может и не указываться).

Примеры обозначения шероховатости поверхности

Графическое изображение шероховатости	Пояснение
	Указано числовое значение параметра, соответствующие наиболее грубой допускаемой шероховатости, т.е. наибольшему предельному значению для параметра Ra, Rz и Rmax. Значения параметров Ra, Rz и Rmax указывают в мкм.
	Указано наименьшее значение параметра шероховатости. Способ применяется в отдельных случаях, когда для правильного функционирования недопустима слишком гладкая поверхность.
	Указаны числовые значения, соответствующие наибольшему и наименьшему предельным значениям нормируемого параметра. Значение, указываемое сверху, соответствует наиболее грубой допускаемой шероховатости.
	Указано номинальное значение параметра с предельными отклонениями от него в % от номинального значения. Способ применяют в основном для образцов сравнения шероховатости поверхности или для образцовых деталей, служащих тем же целям.
	Указана шероховатость поверхностей образующих контур.
	Указан вид обработки поверхности. Указывается только в тех случаях, когда данный вид обработки является единственным, обеспечивающим требуемое качество поверхности.

Допускается применять упрощенное обозначение шероховатости поверхности с разъяснением его в технических требованиях чертежа. В упрощенном обозначении используют строчные буквы русского алфавита в алфавитном порядке, без повторений.

Условные обозначения направлений неровностей поверхности

Графическое изображение шероховатости	Пояснение
	Параллельное направление неровностей (параллельно линии, изображающей на чертеже поверхность).
	Перпендикулярное направление неровностей (перпендикулярно к линии, изображающей на чертеже поверхность).
	Перекрещивающееся направление неровностей (перекрещивание в двух направлениях наклонно к линии, изображающей на чертеже поверхность).
	Произвольное направление неровностей (различные направления по отношению к линии, изображающей на чертеже поверхность).
	Кругообразное направление неровностей (приблизительно кругообразно по отношению к центру поверхности).
	Радиальное направление неровностей (приблизительно радиально по отношению к центру поверхности).
	Хаотичное направление неровностей.

Высота знака условного обозначения направления неровностей должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел.

Отверстия под резьбу

Таблица сверл для отверстий под нарезание трубной цилиндрической резьбы.

Размеры гаек под ключ

Основные размеры под ключ для шестигранных головок болтов и шестигранных гаек.

G и M коды

Примеры, описание и расшифровка Ж и М кодов для создания управляющих программ на фрезерных и токарных станках с ЧПУ.

Типы резьб

Типы и характеристики метрической, трубной, упорной, трапецеидальной и круглой резьбы.

Масштабы чертежей

Стандартные масштабы изображений деталей на машиностроительных и строительных чертежах.

Режимы резания

Онлайн калькулятор для расчета режимов резания при точении.

Отверстия под резьбу

Таблица сверл и отверстий для нарезания метрической резьбы c крупным (основным) шагом.

Станки с ЧПУ

Классификация станков с ЧПУ, станки с ЧПУ по металлу для точения, фрезерования, сверления, расточки, нарезания резьбы, развёртывания, зенкерования.

Режимы резания

Онлайн калькулятор для расчета режимов резания при фрезеровании.

Форматы чертежей

Таблица размеров сторон основных и дополнительных форматов листов чертежей.

CAD/CAM/CAE системы

Системы автоматизированного проектирования САПР, 3D программы для проектирования, моделирования и создания 3d моделей.

Чтение чертежей

Техническое черчение, правила выполнения чертежей деталей и сборочных чертежей.