Шероховатость поверхности

В данном разделе рассмотривается вопрос об обозначение шероховатости поверхности в конструкторсой документации. Рассмотрены основные понятия и способы обозначения шероховатости поврехности изделий независимо от их материала и способа изготовления (получения поврехности).

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости поверхности не устанавливаются и шероховатость этой поверхности контролироваться не должна.

Шероховатость поверхности регламентируется следующими стандартами:

ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения;

ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики;

ГОСТ 2.309-73. Обозначение шероховатости поверхностей.

Шероховатость поверхности и ее влияние на работу деталей машин

В процессе формообразования деталей на их поверхности появляется шероховатость - ряд чередующихся выступов и впадин сравнительно малых размеров.

Шероховатость может быть следом от резца или другого режущего инструмента, копией неровностей форм или штампов, может возникать вследствие вибраций, возникающих при резании, а также в результате действия других факторов.

Влияние шероховатости на работу деталей машин многообразно:

1. шероховатость поверхности может нарушать характер сопряжения деталей за счет смятия или интенсивного износа выступов профиля;
2. неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей;
3. в стыковых соединениях из-за значительной шероховатости снижается жесткость стыков;
4. шероховатость поверхности валов разрушает контактирующие с ними различного рода уплотнения;
5. шероховатость влияет на герметичность соединений, на качество гальванических и лакокрасочных покрытий;
6. шероховатость влияет на точность измерения деталей;
7. коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубо обработанных поверхностях и т.п.

Параметры шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (рисунок 1), получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью. Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами её рассматривают в пределах базовой длины l.

Базой для отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля m-m - линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально. ГОСТ 2789-73 установлены следующие параметры шероховатости (см. рисунок 1).

1 Среднее арифметическое отклонение профиля R_a - это среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины

где l- базовая длина;

у - отклонение профиля (расстояние меледу любой точкой профиля и базовой линией т-т).

При дискретном способе обработки профилограммы параметр R_a рассчитывают по формуле:

где у_i- - измеренные отклонения профиля в дискретных точках;

n - число измеренных дискретных отклонений на базовой длине.

2. Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z - сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

где y_pi- высота i-го наибольшего выступа профиля;

y_vi - глубина i-й наибольшей впадины профиля.

3. Наибольшая высота неровностей профиля Rmax - расстояние меледу линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины (см. рисунок 1).

4. Средний шаг неровностей профиля S_m - среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины (см. рисунок 1).

5. Средний шаг местных выступов S - среднее значение шагов местных выступов профиля, находящихся в пределах базовой длины (см. рисунок 1).

6. Относительная опорная длина профиля t_p - отношение опорной длины профиля к базовой длине:

где суммарное значение b_i (i=1 до n)- опорная длина профиля (сумма длин отрезков, отсекаемых на заданном уровне р материале профиля линией, эквидистантной средней линии в пределах базовой длины).

Кроме перечисленных шести количественных параметров стандартом установлены два качественных параметра:

1. Вид обработки. Указывается в том случае, когда шероховатость поверхности следует получить только определенным способом.

2. Тип направлений неровностей. Выбирается из таблицы 1. Указывается только в ответственных случаях, когда это необходимо по условиям работы детали или сопряжения.

Таблица 1

Нормирование параметров шероховатости поверхности

Выбор параметров шероховатости поверхности производится в соответствии с ее функциональным назначением. Основным во всех случаях является нормирование высотных параметров. Предпочтительно, в том числе и для самых грубых поверхностей, нормировать параметр R_a, который лучше отражает отклонения профиля, поскольку определяется по значительно большему числу точек, чем R_z Параметр R_z нормируется в тех случаях, когда прямой контроль R_a с помощью профилометров невозможен (режущие кромки инструментов и т. п.).

В настоящее время существует несколько способов назначения шероховатости поверхности:

Шероховатость устанавливается стандартами на детали и изделия, а также на поверхности, с которыми они сопрягаются, например, требования к шероховатости поверхностей под подшипники качения (см. таблицу 2)

Таблица 2

Посадочная поверхность	Номинальный размер, мм	Значение параметра Ra , мкм, не более
		Класс точности подшипника
		0	6 и 5	4
Валов	До 80	1.25	0.63	0.32
	Свыше 80 до 500	2.5	1.25	0.63
Отверстий корпусов	До 80	1.25	0.63	0.63
	Свыше 80 до 500	2.5	1.25	1.25
Опорных торцов заплечиков валов и корпусов	До 80	2.5	1.25	1.25
	Свыше 80 до 500	2.5	2.5	2.5

Когда отсутствуют рекомендации по назначению шероховатости поверхности, ограничения шероховатости могут быть связаны с допуском размера (IT), формы (TF) или расположения (ТР). Большинство геометрических отклонений детали должно находиться в пределах поля допуска размера (рисунок 2).

Поэтому величину параметра R_z рекомендуется назначать не более 0.33 от величины поля допуска на размер либо 0.5...0.4 от допуска расположения или формы. Если элемент детали имеет все три допуска, то следует брать допуск с наименьшей величиной. Переход от параметра R_z к параметру R_a производится по соотношениям:

R_a ≈ 0.25- R_z при R_z ≥ 8мкм;

R_a ≈ 0.2- R_z при R_z < 8 мкм.

После определения параметр R_a округляют до ближайшего числа из ряда стандартных значений.

Пример 1:

На чертеже детали задан размер ⌀42k6(+0.018;+0.002). Определить параметр шероховатости R_a .

Решение:

Допуск размера IT=16 мкм. Параметр R_z=0,3377=0.33-16=5,3 мкм. Параметр R_a=0.2*R_z=0.2*5.3=1.06 мкм. Для нанесения на чертеже детали принимаем R_a=0.8 мкм.

Пример 2:

На чертеже детали заданы ⌀69k6(+0.015;+0.002), допуск радиального биения ТР=9 мкм и отклонение от цилиндричности TF=4 мкм. Определить параметр шероховатости R_a.

Решение:

Допуск размера IT=13 мкм, поэтому параметр R_z =0.5*TF =0.5*4=2 мкм. Параметр R_a=0.2*R_z=0.2*2=0.4 мкм. Для нанесения на чертеже детали принимаем R_a=0.4 мкм.

Обозначение шероховатости поверхностей

Шероховатость поверхности 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 показана на рисунке 3.

Для обозначения на чертежах шероховатости поверхности применяют знаки, приведенные на рисунках 4-7 в соответствии с ГОСТ 2.309-73 Числовые значения параметров шероховатости указываются после соответствующего символа (R_z20, Rmax10), кроме значений параметра R_a, который проставляется без символа.

Пояснение к рисунку 4: высота h равна высоте размерных чисел Н=(1.5...3.0)h. Данный знак применяется в обозначении шероховатости поверхности, способ обработки которой конструктором не устанавливается

Пояснение к рисунку 5: параметр R_z должен находиться в пределах 0.8...0.32 мкм.

Пояснение к рисунку 6: параметр R_a не должен превышать 1.6 мкм. На данном обозначение также пристутствуе параметр шероховатости в отличие от рисунка 7.

Пояснение к рисунку 7: Поверхности детали, изготовляемой из материала определенного профиля и размера, не подлежащие по данному чертежу дополнительной обработке, должны быть отмечены данным знаком без указания параметра шероховатости. Кроме того, Состояние поверхности должно соответствовать требованиям, установленным соответствующим стандартом или техническими условиями, или другим документом, причем на этот документ должна быть приведена ссылка, например, в виде указания сортамента материала в графе 3 основной надписи чертежа по ГОСТ 2.104-2006.

Обозначения шероховатости поверхности, в которых знак не имеет полки, располагают относительно основной надписи чертежа так, как показано на рисунке 8.

При указании одинаковой шероховатости для части поверхностей изделия в правом верхнем углу чертежа помещают обозначение одинаковой шероховатости и знак шероховатости в скобках. Знак в скобках означает, что все поверхности, на которых на изображении не нанесены обозначения шероховатости, должны иметь шероховатость, указанную перед скобками.

Размеры и толщина линий знака в обозначении шероховатости, вынесенном в правый верхний угол чертежа, должны быть приблизительно в 1,5 раз больше, чем в обозначениях, нанесенных на изображении (рисунок 9).

Пример указания шероховатости поверхности приведен на рисунке 10.

При указании двух и более параметров шероховатости поверхности в обозначении шероховатости значения параметров записывают сверху вниз в следующем порядке (см. рисунок 10):

- параметр высоты неровностей профиля,

- параметр шага неровностей профиля,

- относительная опорная длина профиля.

В обозначении на рисунке 10 указано:

1. Среднее арифметическое отклонение профиля R_a не более 0,1 мкм на базовой длине l=0,25 мм (в обозначении длина не указана, так как соответствует значению, определенному стандартом для данной высоты неровностей).

2. Средний шаг неровностей профиля Sm должен находиться в пределах от 0,063 мм до 0,04 мм на базовой длине l=0,8 мм.

3. Относительная опорная длина профиля на 50%-ном уровне сечения должна находиться в пределах 80±10% на базовой длине l=0,25 мм.

Для чертежей печатных плат чаще всего используются знаки, показанные на рисунке 11.

Знак для обозначения поверхностей, не выполняемых по данному чертежу (рисунок 11а), обычно наносят на верхнюю и нижнюю стороны печатной платы. Шероховатость поверхности, вид механической обработки которой конструктором не устанавливается, обозначают знаком, изображенном на рисунке 11б. Как правило, такое обозначение наносят по контуру печатной платы и на поверхности неметаллизированных отверстий, где требования к обработке поверхностей отличаются от требований по обработке металлизируемых монтажных отверстий. Для обозначения одинаковой шероховатости для части поверхностей изделия (неуказанную шероховатость) в правом вернем углу чертежа помещают группу символов, показанную на рисунке 11в. Подобная запись означает, что все поверхости, на изображении которых не нанесены знаки шероховатости, должны иметь шероховатость, указанную в правом верхем углу чертежа перед знаком в скобках.

Вид обработки поверхности указывают в обозначении шероховатости только в случаях, когда он является единственным, применимым для получения требуемого качества поверхности (рисунок 12).

Допускается применять упрощенное обозначение шероховатости поверхностей с разъяснением его в технических требованиях чертежа по примеру, указанному на рисунке 13. При этом применяются строчные буквы русского алфавита в алфавитном порядке, без повторений и, как правило, без пропусков.

Если направление измерения шероховатости должно отличаться от предусмотренного ГОСТ 2789-73, его указывают на чертеже по примеру, приведенному на рисунке 14

Если шероховатость одной и той же поверхности различна на отдельных участках, то эти участки разграничивают сплошной тонкой линией с нанесением соответствующих размеров и обозначений шероховатости (рисунок 15а). Через заштрихованную зону линию границы между участками не проводят (рисунок 15б).

Если шероховатость поверхностей, образующих контур, должна быть одинаковой, обозначение шероховатости наносят один раз в соответствии с рисунком 16. Диаметр вспомогательного знака, выполненного в виде окружности должне составлять 4...5 мм.

В обозначении одинаковой шероховатости поверхностей, плавно переходящих одна в другую, знак в виде окружности не приводят (см. рисунок 17)

Обозначение одинаковой шероховатости поверхности сложной конфигурации допускается приводить в технических требованиях чертежа со ссылкой на буквенное обозначение поверхности, например: "шероховатость поверхности А - ". При этом буквенное обозначение поверхности наносят на полке линии-выноски, проведенной от утолщенной штрихпунктирной линии, которой обводят поверхность на расстоянии 0,8...1 мм от линии контура (см. рисунок 18).