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:

_n

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^+2O%; t₅₀ 70 ± 40% и т.п.

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.

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.