Таблица шероховатостей и квалитетов

Шероховатость поверхности и квалитеты при

различных видах о бработки деталей

Фрезерование цилиндрической фрезой:

Фрезерование торцевой фрезой:

Фрезерование концевой фрезой:

Обтачивание при продольной подаче:

Обтачивание при поперечной подаче:

Сверление до 15 мм:

Сверление св. 15 мм:

Зенкование под углом

Зачистка шлифовальной лентой (после резца и фрезы)

Калибрование отверстий шариком или оправкой:

Обкатывание и раскатывание роликами или шариками при исходном значении Ra =12;5, . 3,2 мкм

Наклепывание шариками при исходном значении Ra =3,2…0,8 мкм

Вид обработки	Значения параметра Ra, мкм	Экономическая точность (квалитеты)	Достижимая точность (квалитеты)
Отрезка: резцом фрезой абразивом	25…100	14…17	—
25…50	14…17	—
3,2…6,3	12…15	—
Строгание: черновое чистовое тонкое	12,5…25	12…14	—
3,2…6,8	10…13	—
0,8…1,6	8…10
Фрезерование цилиндрической фрезой: черновое чистовое тонкое	25…50	11…14	—
3,2…6,3	10…11	—
1,6	8…9	6…7
Обтачивание: обдирочное получистовое чистовое	25…100	15…17	—
6,3…12,5	12…14	—
0,8…3,2	7…9
Сверление: до 15 мм св.15 мм.	6,3…12,5	12…14	10…11
12,5…25	12…14	10…11
Растачивание: черновое получистовое чистовое тонкое (алмазное)	50…100	15…17	—
12,5…25	12…14	—
0,8…3,2	8…9
0,2…08
Шлифование круглое: получистовое чистовое тонкое	3,2…6,3	8…11	—
0,8…1,6	6…8
0,1…0,4	выше 5
Полирование: обычное тонкое	0,2…1,6	—
0,05…0,1	—

При выборе параметров шероховатости поверхности для их нормирования необходимо исходить из функционального назначения и конструктивных особенностей каждой поверхности и детали в целом, условий эксплуатации рассматриваемой поверхности. Этот выбор должен быть обоснованным и оптимальным.

На чертежах шероховатость поверхно­сти обозначают по ГОСТ 2.309—73 ”ЕСКД. Обозначение шероховатости поверхностей” с соответствующими изменениями для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей детали, независимо от метода их образования.

Структура условного обозначения шероховатости поверхности приведена на рис. 2.27, а. В обозначении шероховатости поверхности без указания параметра и способа обработки применяют знак, показанный на рис. 2.27, б, причем этот знак является предпочтительным. В обозначении шероховатости поверхности, образуемой путем удаления слоя материала (например, точением, шлифованием, хонингованием, фрезерованием, сверлением и т.п.), но без указания параметра, применяют знак, показанный на рис. 2.27, в. В обозначении шероховатости поверхности, образуемой без снятия слоя материала (например, литьем, ковкой, штамповкой) или когда шероховатость поверхности сохраняется в состоянии поставки, применяют знак, показанный на рис.2.27, г.

Значения параметров шероховатости указывают под знаком с буквенным обозна­чением и числовым значением (рис. 2.28, а). При указании нескольких параметров вверху ста­вят обозначение высоты неровностей профиля, ниже – параметр шага и еще ниже – относительной опорной длины профиля.

Вид обработки указывают над полкой знака шеро­ховатости (рис. 2.28,б).

В некоторых обоснованных случаях устанавливаются требования к направлению неровностей и виду обработки (если он является единственным или предпочтительным для обеспечения качества поверхности). Эти параметры обозначаются в соответствующем поле условного обозначения (рис. 2.27, а), вид обработки – надписью, направление неровностей – условным знаком.

Условные обозначения направления неровностей указывают на чертежах, используя один из следующих знаков, приведенных в табл.2.5.

Если необходимо ограничить не только максималь­ное, но и минимальное значение параметра, предель­ные значения располагают один над другим: выше — максимальное, ниже — минимальное, например,

Кроме номинального значения параметра, могут быть указаны предельные отклонения в процентах, например, Ra 1± 30 %; t 70±10% и т. п. Допускается упрощенное обозначение шерохова­тости поверхности при помощи строчных букв русского алфавита с разъяснением его в технических условиях (рис. 2.28, в).

Шероховатость поверхностей зубьев колес, эвольвентных шлицев указывают на делительной окруж­ности, если на чертежах не приводится их профиль.

Как уже отмечалось выше, волнистость и шероховатость поверхностей оказывают значительное влияние на долговечность подвиж­ных и надежность неподвижных соединений.

В подвижных соединениях в начальный период работы из-за наличия волнистости и ше­роховатости фактическая площадь контакта сопрягаемых поверхностей может уменьшаться до 3 — 5 раз относительно номинальной. В результате происходит упругая и пластическая деформации сжатия и сдвига вершин неровностей, приводящие к интенсивному изнашиванию контактируемых поверхностей в период приработки, и в некоторых случаях к схватыванию трущихся поверхностей, т.е. к катастрофическому износу. Эти процессы сопро­вождаются значительным повышением температуры, что в соединениях типа “подшипник скольжения” приводит к выплавлению антифрикционного слоя и разрушению подшипника. Если же такого аварийного разрушения сопрягаемых поверхностей не происходит, то все равно наблюдаются ускоренный износ поверхностей и значительное увеличение зазора в сопряжении. Этот процесс продолжается до тех пор, пока высота, форма и направление неровностей не достигнут опреде­ленного значения. Такую шероховатость называют оптимальной для данных условий эксплуатации(давления, скорости, условий смазки и т.п.).

Важно отметить, что если неровности поверхности после обработки будут меньше оптимальной величины, то через определенный промежуток времени высота и форма микронеровностей опять приблизятся к оптимальным значениям. Чем больше пер­воначальная шероховатость будет отличаться от оптималь­ной, тем больший износ будет иметь поверхность в период приработки, и на большее значение сократится ресурс соединения.

В неподвижных соединениях шероховатость по­верхностей деталей значительно влияет на их надеж­ность. При напрессовке деталей соединений с натягом происходит частичное сглажи­вание неровностей, при этом изменяется натяг, и в собранном соединении он будет меньше расчетного. Это приводит к уменьшению прочности соединения. С уменьшением высоты неровностей это влияние будет меньшим.

Шероховатость поверхности влияет также на усталостную прочность деталей, так как неровности яв­ляются концентраторами напряжений. Поэтому дета­ли, работающие в циклических условиях, а тем более в условиях знакопеременных нагрузок, не должны иметь грубо обработанных поверх­ностей с большими микроне­ровностями. Кроме этого впадины неровнос­тей являются резервуарами, в которых скапли­ваются вода и другие агрессивные жидкости, поэтому по­верхности с большими неровностями более подвержены коррозии.

В местах уплотнений, где требуется герметичность, большая высота неровностей также вредна.

Как правило, чем меньше допуск на размер, тем жестче устанавливаются параметры шероховатости поверхности. В тоже время прямой зависимости между значением допуска и параметрами шероховатости нет.

При назначении параметра шероховатости Ra можно ориентироваться на наибольшие допускаемые значе­ния этого параметра в зависимости от допуска на размер (T) и допуска формы (Ts), определяемых для следующих условий:

На практике иногда при большом допуске на размер назна­чают шероховатость с минимальной высотой неровно­стей для придания декоративного вида поверхности или с целью лучшей защиты ее от коррозии. В других случаях при незначительных допусках на размер добиваются шероховатости со сравнительно большими неровностями, что позволяет лучше удерживать смаз­ку (например, поверхности поршней, направляющих станков, различных салазок).

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (чаще поперечного), получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью (чаще всего в нормальном сечении). Для отделения шероховатости поверхности от других не­ровностей с относительно большими шагами (отклонения формы и волнистости) ее рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной l . Базой для отсчета отклонений про­филя является средняя линия профиля т .

Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхностей ГОСТ 2789-73* (Рис. 5) устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra , Rz , Rm ах ), два шаговых (Sm , S ) и параметр относительной опорной длины профиля (tp ).

Параметры Ra, Rz представляют собой среднюю высоту неровностей профиля (Ra — всех неровностей; Rz — наибольших неровностей), параметр Rmax — полную высоту профиля

Параметры S и Sm характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей (максимумов) про­филя и точек пересечения профиля со средней линией (нулей про­филя).

Параметр tр содержит наиболь­шую информацию о высотных свой­ствах профиля (он комплексно ха­рактеризует высоту и форму неров­ностей профиля), так как она ана­логична функции распределения. В продольном направлении t p по­зволяет судить о фактической пло­щади контакта при контактиро­вании шероховатых поверхностей на заданном уровне сечения р .

Профиль шероховатости, его характеристики и параметры

В дополнение к количественным параметрам в некоторых случаях целесообразно нормировать направление неровностей, например в связи с направлением относитель­ного перемещения трущихся сопряженных поверхностей или струи жидкости, или газа относительно поверхности, а также для обеспечения необходимой виброустой­чивости и прочности при циклических нагрузках.

При необходимости конструктором устанавливается также способ или последо­вательность способов получения (обработки) поверхности, если они являются единственными для обеспечения ее заданного качества.

При назначении параметров шероховатости поверхностей следует проверить возможность их достижения в связи с рациональными методами обработки детали. Как правило, следует применять наибольшую шероховатость, допускаемую кон­структивными требованиями. В противном случае может значительно увеличиться стоимость обработки, что может быть компенсировано лишь повышением качества изделия. В некоторых же случаях повышение требований к шероховатости может оказаться не только не рентабельным, но и недопустимым. Например, при слишком гладких сопрягаемых поверхностях может возникнуть явление «схватывания», При котором частицы металла отрываются от поверхностного слоя трущихся поверхностей. Для таких поверхностей следует нормировать оптимальную исходную шеро­ховатость, которая должна быть близкой к получающейся в процессе приработки

Обычно отделать отверстие труднее, чем вал. Это часто учитывается назначением различной шероховатости поверхностей сопрягаемых деталей: у отверстия шероховатость несколько выше.

Правильное решение, принятое при выборе параметров шероховатости поверхностей деталей, а также при выборе методов обработки, обеспечивающих получение; поверхностей с заданной шероховатостью, оказывает серьезное влияние на качество: конструкции, ее технологичность и позволяет установить наиболее экономичные методы изготовления деталей.

Для обеспечения условий взаимозаменяемости назначение шероховатости сопряженных поверхностей может производиться в зависимости от точности сопряжения (выбранной посадки) и точности обработки (выбранного квалитета). Прямой связи между точностью и шероховатостью поверхности нет, так как к самым неточным поверхностям по допуску размера можно предъявить весьма высокие требования шероховатости (например, поверхности ручек хирургического инструмента в т. п.). Вместе с тем при выборе шероховатости поверхности следует учитывать что

значение Rz должнo составлять лишь некоторую часть допуска (δ p ) соответству­ющего размера.

Если в конструкциях сопряжении, согласно требованиям к эксплуатационным качествам деталей, необходимо ограничить отклонение формы (Δф) или отклонение расположения (Δп) по сравнению с допуском на размер (δ р), то соответственно должна быть ограничена и шероховатость поверхности. При этом следует ориентироваться ва возможные (рекомендуемые) методы обработки, обеспечивающие получение значений Rz =(0,2-0,5) Δф или Rz =(0,24-0,5) Δц.

Если, точность сопряжения и метод обработки не позволяют определить требова­ния к шероховатости поверхностей, назначение шероховатости поверхности следует производить по другим главным для данного случая признакам, ориентируясь на данные практики передовых отраслей промышленности, отраженные во многих трудах.

Нормирование шероховатости поверхности: применяется три основных способа регламентации конструктором качества поверхности, в том числе шероховатости: 1) по прототипу (метод прецедентов); 2) расчетный; 3) экспериментальный.

Выбор параметров и их значений для нормирования шероховатости должен Производиться с учетом назначения поверхности и установления их связи с эксплуа­тационными свойствами поверхности.

В таблице1 приведены некоторые важнейшие эксплуатационные свойства по­верхности, зависящие от ее шероховатости, и номенклатура параметров, при помощи которых обеспечиваются показатели этих свойств. Основным во всех случаях является нормирование высотных параметров. Предпочтительно, в том числе и для самых грубых поверхностей, нормировать параметр Ra , который более информа­тивно, чем Ra и Rmax характеризует неровности профиля, поскольку определяется по всем точкам (или достаточно большому числу точек) профиля.

Эксплуатационное свойство поверхности

Параметры шероховатости поверхности и характеристики, определяющие эксплуатационное свойство

Износоустойчивость при всех видах трения

Контактная жесткость Прочность соединения Прочность конструкций при цик­лических нагрузках Герметичность соединений Сопротивление в волноводах

Параметры Rz и Rmax нормируют в тех случаях, когда по функциональным тре­бованиям необходимо ограничить полную высоту неровностей профиля, а также когда прямой контроль параметра Ra с помощью профилометров или образцов сравнения не представляется возможным, например для поверхностей, имеющих малые размеры или сложную конфигурацию (режущие кромки инструментов, детали часовых механизмов и пр.).

Для ответственных поверхностей производится нормирование не только высот­ных параметров, но и шаговых и параметра tp , так как они обеспечивают некоторые их функциональные свойства.

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться путем указания: 1) параметра шероховатости (одного или нескольких) ; 2) числовых значений выбранных параметров; 3) базовых длин, на кото­рых происходит определение указанных параметров.

На практике применяются три варианта указания числовых значений параметра (параметров) шероховатости: 1) наибольшим значением; 2) диапазоном значений; 3) номинальным значением.

Наиболее распространенным применительно к деталям машин является ва­риант, когда указано числовое значение параметра, соответствующее наиболее гру­бой допускаемой шероховатости, т. е. наибольшему предельному значению для пара­метров R a ,R z , R max , S m , S и наименьшему предельному значению параметра tp .

В отдельных случаях, когда для правильного функционирования недопустима и слишком гладкая поверхность, применяется второй вариант, при котором указан Диапазон значений параметра; наибольший и наименьший предельные значения.

Третий вариант применяется реже, в основном для образцов сравнения шеро­ховатости поверхности или для образцовых деталей, служащих для этих же целей. . При этом варианте указывается номинальное значение параметра с допустимыми пре­дельными отклонениями от него (%). Установление требований к шероховатости по­верхности указанием номинальных значений параметра обеспечивает наиболее строгий метрологический контроль.

Шероховатость поверхности Ra (мкм) элементов деталей

Нерабочие контуры деталей. Поверхности деталей, устана­вливаемых на бетонных, кирпичных и деревянных основаниях

Отверстия на проход крепежных деталей. Выточки, проточки. Отверстия масляных каналов на силовых валах. Кромки детали под сварные швы. Опорные поверхности пружин сжатия. По­дошвы станин, корпусов, лап

Внутренний диаметр шлицевых соединений (не шлифован­ных). Свободные несопрягаемые торцовые поверхности валов, муфт, втулок. Поверхности головок винтов

Торцовые поверхности под подшипники качения. Поверх­ности втулок, колец, ступиц, прилегающие к другим поверх­ностям, но не являющиеся посадочными. Нерабочие торцы валов, втулок, планок. Шейки валов 12-го квалитета диаме­тром 80-500 мм. Поверхности отверстий 12-го квалитета диа­метром 18-500 мм и 11-го квалитета

Нерабочие торцовые поверхности зубчатых и червячных ко­лес и звездочек. Канавки, фаски, выточки, зенковки, закругле­ния и т, п. Болты и гайки нормальной и повышенной точности (кроме резьбы)

Шаровые поверхности ниппельных соединений. Канавки под уплотнительные резиновые кольца для подвижных и неподвиж­ных торцовых соединений. Радиусы скруглений на силовых валах. Поверхности осей для эксцентриков. Опорные плоскости реек. Поверхности выступающих частей быстровращающихся деталей. Поверхности направляющих типа «ласточкин хвост». Опорные плоскости реек. Шейки валов 9-го квалитета диаме­тром 80-500 мм,1 1-го квалитета диаметром 3-30 мм. Поверх­ности отверстий 7-го квалитета диаметром 180-500 мм, 9-го квалитета диаметром 18-360 мм, 11-го квалитета диаметром 1-10 мм

Наружные диаметры шлицевого соединения. Отверстия при­гоняемых и регулируемых соединений (вкладыши подшипников и др.) с допуском зазора — натяга 25-40 мкм. Цилиндры, работающие с резиновыми манжетами. Отверстия подшипников скольжения. Трущиеся поверхности малонагруженных дета­лей. Посадочные поверхности отверстий и валов под неподвиж­ные посадки. Трущиеся поверхности малонагруженных дета­лей. Рабочие поверхности дисков трения. Шейки валов 6-го квалитета диаметром 120-500 мм, 8-го квалитета диаметром 6-80 мм. Поверхности отверстий 6-го квалитета диаметром 50-500 мм, 7-го квалитета диаметром 10-180 мм, 9-го квали­тета — 1-18 мм

Поверхности зеркала цилиндров, работающих с резиновыми манжетами. Торцовые поверхности поршневых колес при диа­метре не менее 240 мм. Валы в пригоняемых и регулируемых соединениях с допуском зазора — натяга 7-25 мкм. Трущиеся поверхности нагруженных деталей. Посадочные поверхности 7-го квалитета с длительным сохранением заданной посадки: оси эксцентриков, точные червяки, зубчатые колеса. Сопряжен­ные поверхности бронзовых зубчатых колес. Рабочие шейки распределительных валов. Штоки и шейки валов в уплотне­ниях. Шейки валов 5-го квалитета диаметром 30-500 мм, 6-го квалитета диаметром 10-120 мм. Поверхности отверстий 6-го квалитета диаметром 3-50 мм, 6-го квалитета диаметром 1-10 мм

Шейки валов 5-го квалитета диаметром свыше 1 до 30 мм, 6-го квалитета диаметром свыше 1 до 10 мм. Валы в пригоняе­мых и" регулируемых соединениях (шейки шпинделей, золот­ники) с допусками зазора — натяга 16-25 мкм. Отверстия при­гоняемых и регулируемых соединений (вкладыши подшипников) с допуском зазора — натяга 4-7 мкм. Трущиеся элементы сильнонагруженных деталей. Цилиндры, работающие с порш­невыми кольцами

Поверхности деталей, работающих на трение, от износа кото­рых зависит точность работы механизма

Рабочие шейки валов прецизионных быстроходных станков и механизмов. Шейки валов в пригоняемых и регулируемых соединениях с допуском зазора — натяга 2,5-6,5 мкм. Поверх­ности отверстий пригоняемых и регулируемых соединений с до­пуском зазора — натяга до 2,5 мкм

Зеркальные валики координатно-расточных станков и др.

Точность обработки деталей

1. Допуски и посадки

Основные понятия и определения. Детали станков изготовляются по чертежам. На них указываются форма поверхностей детали, размеры, шероховатость и требования к точности изготовления. Размеры, проставляемые на чертеже, называются номинальными размерами. Обработать деталь абсолютно точно с номинальными размерами практически невозможно. Действительные размеры обработанной детали всегда отличаются от номинальных на величину отклонения. Поэтому каждый номинальный размер ограничивают двумя предельными размерами: наибольшим Х в и наименьшим Х н (рис. 1). Любой действительный размер Х д детали должен находиться в пределах поля допуска  , иначе деталь считается бракованной. Отклонения могут быть действительными и предельными. Действительным отклонением называется алгебраическая разность между действительным размером полученной детали и номинальным размером. Предельным отклонением называется алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Одно предельное отклонение из двух называется верхним, а другое – нижним. Для удобства записи на чертеже вместо предельных размеров рядом с номинальным указывают два предельных отклонения, например,
мм,

мм,

мм,

мм. Предельные отклонения, равные нулю, не указываются. Для размера мм предельные размеры равны: Х в =75,021 мм, Х н =75,002 мм; для размера мм – Х в = 175,4 мм, Х н = 175,0 мм. Допуски размеров, посадки и допуски посадок. Допуск характеризует точность изготовления детали. Чем меньше допуск, тем труднее обрабатывать деталь. Зону (поле), ограниченную верхним и нижним предельными отклонениями, называют полем допуска (рис. 1). Оно определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии. На рис. 2 изображены варианты расположения поля допуска T d для вала. Нулевая линия – это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок (ГОСТ 25346-82). При горизонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные – вниз. При этом верхнее предельное отклонение отверстия (вала) на схемах обозначают ES (es ), а нижнее предельное отклонение отверстия (вала) – EI (ei ). Характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов, называется посадкой. Положение поля допуска отверстия и вала определяет при сборке деталей тип посадки. Различают посадки с зазором, с натягом и переходные. Зазор S – находится как положительная (со знаком +) разность размеров отверстия и вала до сборки. Посадка с зазором – посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении и поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис. 3, а ). Натяг N – находится как отрицательная (со знаком –) разность размеров отверстия и вала до сборки. Посадка с натягом – посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении и поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала (рис. 3, б ). Переходная посадка – посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга. В этом случае поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью (рис. 3, в ). Допуск посадки – разность между наибольшим и наименьшим зазорами (натягами) или сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение. Вал и отверстие, образующие посадку, имеют одинаковый номинальный размер и отличаются только предельными отклонениями. На чертежах посадку ставят после номинального размера, обозначая ее дробью, в числителе которой записывают предельные отклонения для отверстия, а в знаменателе – для вала. Квалитеты. Допуски и посадки нормированы государственными стандартами, входящими в две системы: ЕСДП – "Единая система допусков и посадок" и ОНВ – "Основные нормы взаимозаменяемости". Классы (уровни, степени) точности допусков в ЕСДП названы квалитетами. Квалитет (степень точности) – ступень градации значений допусков системы. Допуски в каждом квалитете возрастают с увеличением номинального размера, но они соответствуют одному уровню точности, определяемому квалитетом, его порядковым номером. С уменьшением номера квалитета допуски на размер уменьшаются, точность увеличивается.В ЕСДП установлено 19 квалитетов, обозначаемых порядковым номером: 01; 0; 1; 2; 3; . 16; 17. Точность размера убывает от квалитета 01 к квалитету 17.Для нужд деревообрабатывающей промышленности введен квалитет номер 18. ГОСТ 6449.1-82 устанавливает для изделий из древесины девять квалитетов с 10 по 18 .Допуск квалитета условно обозначают буквами IT с номером квалитета, например, IT 6 – допуск 6-го квалитета. Допуск квалитета рассчитывается по формуле

,

Где а – число единиц допуска, установленное для каждого квалитета; i – значение единицы допуска, зависимое от номинального размера, мкм.Числа единиц допуска для квалитетов приведены ниже:

Для номинальных размеров D = (1 – 500) мм значение единицы допуска

,

где D c – среднее геометрическое граничных значений интервала номинальных размеров

,

где D min , D max – соответственно наименьшее и наибольшее граничное значение интервала номинальных размеров (табл. 1), мм.

Пример. Определить допуск вала (отверстия) 18-го квалитета с номинальным размером 100 мм.

Решение. По ГОСТ 6449.1-82 уточняем, что номинальный размер 100 расположен в интервале 80-120 мм. Находим среднее геометрическое граничных значений интервала номинальных размеров

= 97,98 мм.

Допуск вала = 25602,1725/1000 = 5,4 мм.

Значения полей допусков линейных размеров изделий