Обозначение шероховатости поверхности на чертежах

Основные положения. Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины.

Базовая длина (l) — длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Базовая линия (поверхность) — линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности. Числовое значение шероховатости поверхности определяют по единой базе, за которую принята средняя линия профиля, т.е. базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднеквадратическое отклонение профиля до этой линии минимально. Система отсчета шероховатости от средней линии профиля называют системой средней линии.

Шероховатость является следствием пластической деформации поверхностного слоя детали, возникающей вследствие образования стружки, копирования неровностей режущих кромок инструмента и трения его о деталь, вырывания с поверхности частиц материала и других причин.

Если для определения шероховатости выбран участок поверхности длиной l, другие неровности, имеющие шаг больше l, не учитываются. Для надежной оценки шероховатости, с учетом разброса показаний прибора и возможной неоднородности строения неровностей, измерения следует повторять несколько раз в разных местах поверхности и за результат измерения принимать среднее арифметическое результатов измерения на нескольких длинах оценки. Длина оценки L — длина, на которой оценивают шероховатость. Она может содержать одну или несколько базовых длин l. Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Согласно ГОСТ 2789 шероховатость поверхности изделий независимо от материала и способа изготовления (получения поверхности) можно оценивать количественно одним или несколькими параметрами.

Среднеарифметическое отклонение профиля R_a — это среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:

или

где l — базовая длина; п — число выбранных точек профиля на базовой длине; у— расстояние между любой точкой профиля и средней линией.

Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z — сумма средних абсолютных значений высоты пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

где — высота i-го наибольшего выступа профиля; y_vi — глубина i-й наибольшей впадины профиля.

Наибольшая высота неровностей профиля R_max— расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины R_max = R_p + R_v (рис.9).

Средний шаг неровностей профиля S_m — среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины:

S_m = (1/n) S_mi,

ⁱ⁼¹

где п — число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины l; S_mi — шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, пересекающего профиль в трех соседних точках, и ограниченного двумя крайними точками.

Рис. 9. Профилограмма и основные параметры шероховатости

поверхности

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

S = (1/n) ,

где n — число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой линии; S_i — шаг неровностей профиля по вершинам, равный длине отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних выступов профиля.

Относительная опорная длина профиля t_p — отношение опорной длины профиля к базовой длине:

где — опорная длина профиля — сумма длин отрезков b_i отсекаемых на заданном уровне p в материале профиля линией, эквидистантной средней линии т в пределах базовой длины (см. рис. 9).

Опорную длину профиля определяют на уровне сечения профиля, т.е. на заданном расстоянии между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля. Линия выступов профиля — линия, эквидистантная средней линии, проходящая

через высшую точку профиля в пределах базовой длины. Значение уровня сечения профиля отсчитывают по линии выступов и выбирают из ряда: 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90% от R_max.

Параметр R_a является предпочтительным по сравнению с R_z и R_max, так как параметр R_a характеризует среднюю высоту всех неровностей профиля; R_z — среднюю высоту наибольших неровностей; R_max — наибольшую высоту профиля. Шаговые параметры S_m, S и t_p введены для учета различной формы и взаимного расположения характерных точек неровностей. Эти параметры позволяют также нормировать спектральные характеристики профиля.

Выбор параметров шероховатости и их числовых значений производят в зависимости от требований к шероховатости поверхностей деталей, исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий. Если в этом нет необходимости, требования к шероховатости поверхности не устанавливают и шероховатость поверхности не контролируют. Рассмотренный комплекс параметров способствует обоснованному назначению показателей шероховатости для поверхностей различного эксплуатационного назначения. Например, для трущихся поверхностей ответственных деталей устанавливают допускаемые значения R_a (или R_z), R_max и t_p, а также направление неровностей; для поверхностей циклически нагруженных ответственных деталей — R_max, S_m и S и т.д. При выборе параметров R_a или R_z следует иметь в виду, что параметр R_a дает более полную оценку шероховатости, так как для его определения измеряют и суммируют расстояния большего числа точек действительного профиля до его средней линии, тогда как при определении параметра R_z измеряют только расстояния между пятью вершинами и пятью впадинами неровностей. Влияние формы неровностей на эксплуатационные показатели качества детали параметром R_a оценить нельзя, так как при различных формах неровностей значения R_a могут быть одинаковыми. Для лучшей оценки свойств шероховатости необходимо знать ее высотные, шаговые параметры и параметр формы t_p. Износостойкость, контактная жесткость, прочность посадок с натягом и другие эксплуатационные свойства сопрягаемых поверхностей деталей связаны с фактической площадью их контакта. Для определения опорной площади, которая образуется под рабочей нагрузкой, строят кривые относительной опорной длины профиля t_p. Для этого расстояние между линиями выступов и впадин делят на несколько уровней сечений профиля с соответствующими значениями уровня сечения профиля. Для каждого сечения определяют значение t_p и строят кривую изменения опорной длины профиля. При выборе значений t_p следует учитывать, что с его увеличением требуются все более трудоемкие процессы обработки; например, при значении t_p 25%, определенном по средней линии профиля, можно применять чистовое точение, а при t_p 40% необходимо хонингование. Относительная опорная длина профиля определяет значение пластической деформации поверхностей деталей при их контактировании.

В некоторых случаях устанавливают требования к направлению неровностей (табл. 2.7) и виду (или последовательности видов) обработки, если он единственный обеспечивает качество поверхности.

Наименьшие значения коэффициентов трения и износа трущихся деталей бывает, когда направление движения не совпадает с направлением неровностей, например при произвольном направлении неровностей, возникающем при суперфинишировании и хонинговании.

Требования к шероховатости поверхности устанавливают без учета дефектов поверхности (царапин, раковин и т.д.) и указывают отдельно.

Согласно ГОСТ 2.309 с учетом изменения №3 (протокол №21 Международного Совета по стандартизации, метрологии, сертификации от 28.05.2002,) шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей детали, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции. Структура обозначения шероховатости поверхности приведена на рис. 10, а.

Таблица 6

а) б) в) г)

Рис. 10. Структура обозначения шероховатости поверхности

В обозначении шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктор не устанавливает, применяют знак, показанный на рис. 10, б; этот знак является предпочтительным. В обозначении шероховатости поверхности, образуемой удалением слоя материала, например точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т.п., применяют знак, указанный на рис. 10, в. В обозначении шероховатости поверхности, образуемой без снятия слоя материала, например литьем, ковкой, объемной штамповкой, прокатом, волочением и т.п., применяют знак, показанный на рис. 10, г. При этом поверхности, не обрабатываемые по данному чертежу, обозначают этим знаком. Состояние поверхности, обозначенной этим знаком должно удовлетворять требованиям, установленным соответствующим стандартом или техническими условиями на сортамент материала.

Значение параметра шероховатости указывают после соответствующего символа, например:

R_a 0,5; R_max 6,3; S_m0,63; S 0,32;R_z 32; t₅₀ 70.

Здесь указаны наибольшие допустимые значения параметров шероховатости; наименьшие значения не ограничиваются. В примере обозначения t₅₀70 указана относительная опорная длина профиля t_р= 70% при уровне сечения профиля р=50%. При указании диапазона значений параметра шероховатости поверхности (наибольшего и наименьшего) в обозначении приводят пределы значений параметра, размещая их в две строки, например:

R_a ; R_z; R_max ; t₅₀ ; и т.п.

В верхней строке приведены значения параметра, соответствующие большей шероховатости.

При указании номинального значения параметра шероховатости поверхности в обозначении приводят это значение с предельными отклонениями, например 1 ± 20%; R_Z80 _-10%; S_m 0,63⁺²^O^%; t₅₀ 70 ± 40% и т.п.

При указании двух и большего числа параметров шероховатости поверхности в обозначении их значения записывают сверху вниз, как указано на рис. 11,а.

а) б) в)

Рис. 11. Примеры обозначения шероховатости поверхности

На рис. 11, б дополнительно к значению шероховатости поверхности указывают вид обработки, допускается применять упрощенное обозначение шероховатости поверхностей с разъяснением его в технических требованиях чертежа (рис. 11, в).

Обозначения шероховатости поверхностей на изображении детали располагают на линиях контура, выносных линиях (по возможности ближе к размерной линии) или на полках линий — выносок. При недостатке места допускается располагать обозначения шероховатости на размерных линиях или на их продолжениях, а также разрывать выносную линию. При изображении изделия с разрывом обозначение шероховатости наносят только на одной части изображения, по возможности ближе к месту указания размеров.

При указании одинаковой шероховатости для всех поверхностей детали обозначение шероховатости помещают в правом верхнем углу чертежа и на изображение не наносят (рис. 12,).

а) б)

в) г)

Рис. 12. Примеры специфических случаев обозначения шероховатости

При указании одинаковой шероховатости для части поверхностей детали в правом верхнем углу чертежа помещают обозначение одинаковой шероховатости и знак, показанный на рис. 12, б. Это означает, что все поверхности, на изображении которых не нанесены обозначения шероховатости или знак, показанный на рис. 12,г, должны иметь шероховатость, указанную перед знаком в правом верхнем углу чертежа. Когда часть поверхностей изделия не обрабатывается по данному чертежу, в правом верхнем углу чертежа помещают знаки, показанные на рис. 12,в. Если шероховатость одной поверхности различна на отдельных участках, эти участки разграничивают сплошной тонкой линией с нанесением соответствующих размеров и обозначений шероховатости (рис. 12,г).

Шероховатость поверхности характеризуется качественным и количественным контролем. Качественный контроль шероховатости поверхности осуществляют путем сравнения с рабочими эталонами или образцовыми деталями визуально или на ощупь. ГОСТ 9378 устанавливает образцы шероховатости, полученные механической обработкой, снятием позитивных отпечатков гальванопластикой или нанесением покрытий на пластмассовые отпечатки. Наборы или отдельные образцы имеют прямолинейные, дугообразные или перекрещивающиеся дугообразные расположения неровностей поверхности. На каждом образце указаны значение параметра R_a (в мкм) и вид обработки образца. Визуально можно удовлетворительно оценить поверхности с R_a=0,6,...,0,8 мкм и более. Для повышения точности используют щупы и микроскопы сравнения.

Количественный контроль параметров шероховатости осуществляют бесконтактными методами с помощью приборов светового сечения и контактными методами с помощью щуповых приборов — профилометров и профилографов.

При выборе метода и типа прибора необходимо учитывать возможность контроля предписанного чертежом параметра, пределы измерения, допускаемые отклонения контролируемого параметра, погрешность измерения и прибора, производительность средств измерения, форму, размеры и материал детали и другие факторы.

Контактные профилографы и профилометры, имеющие высокую точность, применяют для контроля наиболее ответственных измерений.

^[1] ГОСТ Р 8.563—96 ГСИ. Методики выполнения измерений.

^[2] ПР 50.2.004—94. Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием средств измерений, методиками выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм. —М.: ВНИИМС, 1994.

^[3] ПР 50.2.003—94. Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций. —М.: ВНИИМС, 1994.

^[4] ПР 50.2.004—94. Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок осуществления государственного надзора за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже. —М.: ВНИИМС, 1994.

[1][1] ГОСТ Р 8.563—96 ГСИ. Методики выполнения измерений.

[2][2] ПР 50.2.004—94. Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием средств измерений, методиками выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм. —М.: ВНИИМС, 1994.

[3][3] ПР 50.2.003—94. Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций. —М.: ВНИИМС, 1994.

[4][4] ПР 50.2.004—94. Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок осуществления государственного надзора за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже. —М.: ВНИИМС, 1994.