Шероховатость поверхности возникает вследствие воздействия инструмента на поверхность детали при обработке. Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами. Шероховатость измеряют на базовой длине относительно базовой линии. Обычно за базовую линию принимают среднюю линию профиля шероховатости. Средняя линия проводится так, что в пределах базовой линии среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально (рис. 1). Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.
Для точной оценки шероховатости измерения следует повторять несколько раз в разных местах поверхности и за результат принимать среднее арифметическое всех результатов измерения.
Рис. 1. Профилограмма шероховатости
Согласно ГОСТ 2789-73 шероховатость поверхности можно оценивать одним или несколькими параметрами:
или 
,
где Rа – среднее арифметическое отклонение профиля; n – число выбранных точек на базовой длине; уi – расстояние между точками профиля и средней линией; l – базовая длина; хi – координата по оси х.
Высота неровностей по десяти точкам Rz – сумма средних абсолютных значений высоты пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:
,
где урi – высота i наибольшего выступа профиля; уvi – глубина i наибольшей впадины профиля в пределах базовой длины.
Наибольшая высота неровностей профиля R max – расстояние между линией выступов и линией впадин профиля в пределах базовой длины:
,
где Rp – максимальная высота выступов; Rv – максимальная глубина впадин.
Средний шаг неровностей Sm:
,
где n – число шагов в пределах базовой длины; Smi – шаг неровностей, равный длине отрезка средней линии, пересекающий профиль в трех соседних точках и ограниченный двумя крайними точками.
Средний шаг местных выступов профиля S:
,
где Si – шаг неровностей профиля по вершинам.
Относительная опорная длина профиля tp:
,
где h р – опорная длина профиля, т.е. сумма отрезков, отсекаемых на заданном уровне P линией эквидистантной средней линии в пределах базовой длины l:
Значение P выбирают из ряда 5, 10, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90% от R max и откладывают от линии выступов профиля в материал детали.
Параметр Ra является предпочтительным.
При определении параметров Ra, Rz, R max, Sт, Si по профилограмме следует учитывать ВУ – вертикальное увеличение и ГУ – горизонтальное увеличение.
Структура обозначения шероховатости приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структура обозначения шероховатости: 1 – способ обработки
поверхности; 2 – направление неровностей; 3 – базовая длина;
4 – параметр шероховатости
– среднее арифметическое отклонение профиля не более 1,25 мкм;
– поверхность получается съемом материала (
); высота неровностей по 10 точкам не более 20 мкм;
– поверхность получается без съема материала (
); среднее арифметическое отклонение профиля, не указанное на чертеже [остальное (
)] не более 20 мкм;
|
– средний шаг неровностей профиля от 0,04 до 0,063 мм на базовой длине замера 2,5 мм;
– поверхность получается полированием, Ra ≤ 0,2 мкм;
– относительная опорная длина профиля на уровне сечения 40% не менее 50% на базовой длине 0,8; на направление неровностей произвольное (М);
– шероховатость по контуру детали.
Обозначение направления неровностей: = параллельное, 
перпендикулярное, X – перекрещивающееся, M – произвольное, C – кругообразное, R – радиальное.
Нормирование параметра шероховатости Ra
В зависимости от условий эксплуатации Ra может определяться по трем уровням относительной геометрической точности:
· A (нормальная точность) Ra = 0,05 T (5% от допуска T);
· B (повышенная точность) Ra = 0,025 T (2,5% от допуска T);
· C (высокая точность) Ra = 0,01 T (1% от допуска T).
Уровень точности B рекомендуется использовать для изделий приборостроения; C – для деталей гидравлики, пневматики, контактирующих с рабочим жидкостями и уплотнениями; при изготовлении калибров, шаблонов, мер.
Пример: определить параметр шероховатости Ra для детали «вал» (рис. 3) по нормальному уровню точности А
мкм.
Рис. 3
После расчета выбирается ближайшее стандартное значение, соответствующее, или начальному значению Ra для класса шероховатости, или дополнительно рекомендуемому значению (табл. 1.) Для данного примера Ra = 2,5 мкм (начальное значение 6 класса Ra = 2,5….1,25) или Ra = 1,6 мкм (дополнительное рекомендуемое значение).
Оборудование и приборы.
Образцы шероховатости, профилометр 253, профилограф, детали машин.
Таблица 1
Классы шероховатости поверхности
| Класс | Ra, мкм | Доп. рек Ra, мкм | Rz, мкм | Виды обработки |
| 80-40 | 50(63) | 320-160 | Литые заготовки | |
| 40-20 | 160-80 | Обдирка | ||
| 20-10 | 12,5 | 80-40 | Черновое точение, фрезерование, сверление, строгание | |
| 10-5 | 6,3 | 40-20 | Нормальное точение, растачивание, фрезерование, сверление, зенкерование |
Окончание табл. 1
| Класс | Ra, мкм | Доп. рек Ra, мкм | Rz, мкм | Виды обработки |
| 5-2,5 | 3,2 | 20-10 | Чистовые виды обработки: точение, растачивание, зенкерование, сверление, строгание, фрезерование | |
| 2,5-1,25 | 1,6 | 10-5 | Грубое шлифование, чистовое: точение, растачивание, зенкерование, сверление, строгание, фрезерование, черновое развертывание | |
| 1,25-0,63 | 0,8 | 6,3-3,2 | Чистовое шлифование, точение, растачивание, зенкерование, фрезерование, протягивание, развертывание | |
| 0,63-0,32 | 0,4 | 3,2-1,6 | Доводка, полировка, чистовое: протягивание, развертывание, тонкое точение, растачивание, шлифование | |
| 0,32-0,16 | 0,2 | 1,6-0,8 | Доводка, полировка, тонкое точение, растачивание, раскатка роликами | |
| 0,16-008 | 0,1 | 0,8-0,4 | Суперфиниширование, доводка, полировка, раскатка роликами | |
| 0,08-0,04 | 0,05 | 0,4-0,2 | Полировка, доводка | |
| 0,04-0,02 | 0,025 | 0,2-0,1 | ||
| Не нормируется | 0,1-0,05 | Зеркальные поверхности, полировка | ||
| 0,05-0,025 |
Количественный контроль параметров шероховатости осуществляют бесконтактными методами (с помощью приборов светового сечения типа МИС-11 и ПСС-2, микроинтерферометров, имерсионно-репликовых микроинтерферометров МИИ-10, типа МИИ-4, МИИ-9, МИИ-11, МИИ-12, растровых измерительных микроскопов типа ОРИМ-1 и др.) и контактными методами с помощью щуповых приборов (профилометров и профилографов).
Для контроля деталей из мягких материалов применяют бесконтактные приборы.
В бесконтактных приборах (типа ПСС-2 и МИС-11) принцип действия основан на измерении параметров проекции светового сечения исследуемой поверхности с помощью наклонно направленного к ней светового пучка.
Принцип действия интерферометров основан на использовании явления интерференции света, отраженного от образцовой и исследуемой поверхностей. Форма образующихся интерференционных полос зависит от вида и высоты (до 1 мкм) неровностей контролируемой поверхности. Принцип действия растровых микроскопов основан на явлении образования муаровых полос при наложении изображений элементов двух периодических структур (направленных следов обработки и дифракционной решетки). При наличии неровностей муаровые полосы искривляются. Высоту микронеровностей определяют по степени искривления муаровых полос.
В щуповых приборах контактного действия для измерения высоты неровностей используют вертикальные колебания иглы, перемещаемой по контролируемой поверхности. Принцип действия профилометра 253 основан на преобразовании колебаний иглы с помощью мехатронного преобразователя.
Профилометр «Абрис-ПМ7» (рис. 4):
(измерительная техника универсального применения)
Рис. 4
Предназначен для измерения шероховатости поверхностей деталей машин и приборов в заводских и полевых условиях, что особенно ценно при выполнении ремонта.
Профилограф-профилометр «Абрис-ПМ7» и «Абрис-ПМ7.4» (рис. 5)
(измерительная техника универсального применения)
Рис. 5
Предназначен для измерения шероховатости поверхности деталей машин и приборов в лабораторных условиях промышленных предприятий.
