Шероховатость поверхности

Понятие качества поверхности металла после обработки

После обработки на фрезерном станке, как и после других работ с заготовкой, на ее поверхности образуются неровности – гребешки и впадины (иначе говоря, шероховатости и волнистости). В верхних слоях материала также появляется остаточное напряжение, на некоторых глубинах проката возникает разность твердости, которая проявляется как упрочнение или наклеп. Такие изменения влияют на свойства готовых изделий и, следовательно, на качество их поверхностей. Все эти характеристики и определяют класс обработки металла.

Качество готовых деталей определяется как их физическими, так и геометрическими показателями.

Физические критерии качества.

Качество поверхности изделия определяется соотношением физических и механических свойств его центральной части с наружной.

Во время обработки металлических заготовок их поверхность подвержена пластическим изменениям, поэтому и прочие характеристики материала в готовом изделии отличаются от первоначальных. Внешняя часть пластины при этом упрочняется, в ней появляются внутренние напряжения.

После финального этапа обработки металла на фрезерной установке упрочненный слой распространяется всего на несколько сотых миллиметра, тогда как после первичного воздействия цилиндрической фрезой его толщина в среднем составляет 0,04–0,08 мм, достигая при этом и 0,12 мм. При воздействии торцевой фрезой параметр равняется 0,06–0,1 мм, хотя может быть и 0,2 мм. Возникающие внутренние напряжения и упрочнения поверхности понижают класс обработки металла за счет уменьшения усталостной прочности изделия. Такие деформации сокращают эксплуатационный срок детали, что приводит к необходимости ее скорой замены.

При грубой черновой обработке зубчатой фрезой на больших оборотах и при повышенной глубине сечения на кромке изделия остаются неровности, которые заметны невооруженным глазом и легко определяются на ощупь. Шероховатости и волнистости, образующиеся при промежуточной и чистовой обработке на малых оборотах и при неглубокой резке, визуально незаметны и едва прощупываются.

Класс геометрической точности обработки металла зависит от наличия на поверхности изделия неровностей: впадин, гребешков, шероховатостей и пр. Подобные дефекты на малой площади поверхности называются ее микрогеометрией.

Микрогеометрия поверхности при обработке проката зависит от:

геометрии фрезы, ее качества и степени износа;
вибраций, возникающих из-за недостаточной жесткости станка или его рабочих элементов;
установленных настроек работы фрезерной машины (скорости и глубины раскроя, подачи на зуб, охлаждения);
механических свойств обрабатываемого листа и самой фрезы.

Обозначение шероховатости поверхности

Шероховатость поверхностей 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 включает знак шероховатости, полку знака и другие дополнительные указания. При применении знака без указания параметра и способа обработки его изображают без полки.

Высота h должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел. Высота H равна (1.5…5) h. Толщина линий знаков должна быть приблизительно равна половине толщины сплошной основной линии, применяемой на чертеже.

Видео о таблице допусков

В данном ролике фрезеровщик Илья Водичкин расскажет про таблицу допусков, какие квалитеты применимы к ней:

Шерохотоватость поверхности – это показатели, которые обозначают определенное количество данных характеризующих состояние неровностей поверхности измеряемых сверхмалыми отрезками при базовой величине длины. Совокупность показателей, обозначающих возможную ориентацию направлений неровностей поверхностей с определенными значениями и их характеристикой, задается в нормативных документах ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82, ГОСТ 2.309-73. Совокупность требований указанных в нормативных документах распространяется на изделия, изготовленные с использованием различных материалов, технологий и методов обработки, за исключением имеющихся дефектов.

Высокое качество обработки деталей позволяет значительно снизить износ поверхностей, возникновение очагов коррозии, тем самым повышая точность сборки механизмов их надежность при длительной эксплуатации.

Какие параметры шероховатости существуют

Существует свыше 8 параметров, которые характеризуют значение высоты неровностей поверхности. В статье мы разберем лишь самые востребованные, незнание которых будет значительным пробелом для любого технического специалиста. Это Ra и Rz.Значение Rz показывает среднеарифметическое значение высоты, взятое по 10 точкам поверхности. Это означает, что в измерении участвовали только 5 подъемов и 5 впадин. Весь остальной «горный массив» в расчет не принимался. В системе СИ Rz измеряется в микрометрах.

Ra является также среднеарифметическим показателем высоты шероховатости. От Rz его отличает то, что в расчет берется не 10 точек, а все. По этой причине параметр Ra более точно отображает неровность поверхностей и считается более предпочтительным.

Помимо Ra и Rz стоит упомянуть о еще одном параметре, близкий по смыслу вышеупомянутым. Это Rmax. Он отображает высоту неровностей поверхности только по ее максимальным точкам. По наибольшей высоте и наименьшей впадине. В нынешнее время Rmax не используется в силу своей грубой точности.

Измерение

Шероховатость меряют двумя способами: качественным и количественным. Качественный метод оценки неровностей поверхности больше подходит непосредственно для производственников. В тех ситуациях, когда глубокий анализ не целесообразен или на него нет банально времени. Данный способ носит более грубый характер и заключается в сравнении гладкости исследуемой поверхности с неким эталоном на ощупь.

Эталон представляет собой небольшую металлическую плитку с габаритными размерами 30х30 мм и толщиной 5 мм. Он имеет определенное значение Ra и Rz, является образцом по которому сравнивают качество поверхности. Такие плиты собирают в наборы с указанием напротив каждой позиции значение шероховатости.

Количественный метод более точен и требует для своего осуществления специального оборудования. Это могут быть профилометры, профилографы и двойные микроскопы. По исследуемой поверхности проводят подключенным к приборам стержень с алмазным наконечником, высокочувствительным к перемещениям. Этот стержень полностью повторяет форму поверхностей и передает ее размеры на экран или ленту профилограммы. Дальше, по полученным данным лаборант делает точное заключение о значение шероховатости и передает ее службе качества.

Что такое базовая длина и для чего она используется?

Базовая длина l –длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующая шероховатость поверхности. Базовая линия проводится относительно профиля неровностей определённым образом и имеет заданную геометрическую форму.

Что значит Ra?

Ra — символ химического элемента радия. Ra — обозначение шероховатости поверхности (среднее арифметическое отклонение профиля в мкм)

Что такое RZ на чертеже?

Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам. Шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Что такое RZ 20?

Сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины. Расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.

Как выбрать шероховатость?

Выбор шероховатости не такой уж и сложный процесс, как может показаться. Везде, где я работал, да и у знакомых так же, по умолчанию выбирается шероховатость Ra6,3 для всех поверхностей, где нет конкретных указаний о гладкости поверхности. Для более гладких поверхностей, например, шлифованных, значение шероховатости может быть в пределах от 3,2 до 0,1. Смотреть нужно по целевой принадлежности детали. Например, если к поверхности, для которой указывается шероховатость, будет прикладываться охлаждаемый радиатор, то ее нужно сделать гладкой – Ra1,6. За все время работы я встречал использование только четырех вариантов шероховатости:

6,3 везде
3,2 в более аккуратных местах, таких как канавки под уплотнительную резинку
1,6 в местах контакта охлаждаемых поверхностей
0,8 в местах, где поверхность полировалась (лазерная техника)

При попытках рассмотреть этот вопрос в интернете, можно найти много разнообразных картинок с теорией, где нарисована хитрая деталь со всеми возможными видами обработки и указаны шероховатости для этих видов. Характерно то, что на всех этих картинках цифры указаны вроде бы одинаковые, но диапазоны у них разные. В любом случае, для общего понятия правильной постановки шероховатости будет достаточно и списка выше, а для более хитрых деталей следует изучить требование, которые к ним применяются конкретно на предприятии или заказчиком.

Нормирование уровней точности

Разработка методов стандартизации производства — сюда входят допуски, посадки, квалитеты точности – осуществляется метрологическими службами. Прежде чем приступить непосредственно к их изучению, нужно понимать смысл слова «взаимозаменяемость». Что скрывается под этим определением?

Целью такого разделения является повышение производительности, которое образуется в силу следующих причин:

Развитие кооперирования и специализации. Чем более разнообразна номенклатура производства, тем больше времени необходимо для наладки оборудования под каждую конкретную деталь.
Сокращение разновидностей инструмента. Меньшее количество типов инструмента также повышает эффективность изготовления механизмов. Происходит это по причине сокращения времени на его замену в процессе производства.

Основные правила, используемые для обозначения неровности поверхности на чертежах

Основные правила, которые необходимо использовать при выполнении чертежа:

На чертеже указываются все шероховатости поверхности для используемого материала без учета используемых методов.
Нанесение значений шероховатостей осуществляется на разрезах, которые имеют размер.
Знаки наносятся на всех видах линий используемых в чертеже.
При наличии у знака полки его местоположение определяется по отношении к основной надписи.
Если изделие имеет разрыв на чертеже, то производится маркировка только одной части изображения.
Если поверхностный слой требует использования обработки участков детали различного класса, то производится разделение с помощью сплошной линии.
В случае сокращения места необходимого для нанесения обозначений на чертеже возможно допустимое упрощение знаков.
При одинаковом значении шероховатости поверхности контура, значение наносится один раз.
При идентичности различных поверхностей с одинаковыми значениями шероховатости, допускается нанесение значений один раз.
Знаки, обозначающие неровности должны иметь толщину в 1.5 раза больше, чем нанесенные на изображение.
Условия, обозначающие направление поверхностей должны соответствовать стандартам.
Обозначение шероховатости поверхности производится с использованием общих правил.

Обозначения направления шероховатости поверхности на чертежах

Учитывая структуру материала, конструктор имеет возможность указать необходимые параметры, предъявляемые к качеству поверхностей. Причем характеристики могут указываться по нескольким параметрам с установкой максимально и минимального значения с возможными допусками.

Роль и значение

Шероховатость играет важную роль в определении того, как реальный объект будет взаимодействовать с окружающей средой. В трибологии шероховатые поверхности обычно изнашиваются быстрее и имеют более высокие коэффициенты трения, чем гладкие. Шероховатость часто является хорошим предиктором характеристик механического компонента, поскольку неровности на поверхности могут образовывать места зарождения для трещин или коррозии. С другой стороны, шероховатость может способствовать адгезии. Вообще говоря, вместо масштабных дескрипторов, кросс-масштабные дескрипторы, такие как поверхностная фрактальность, обеспечивают более значимые предсказания механических взаимодействий на поверхностях, включая жесткость контакта и статическое трение. Шероховатость поверхности — это довольно сложный параметр, подробности о котором можно узнать ниже.

Как обозначить шероховатость в программе «Компас»

Правильно обозначить шероховатость можно с помощью встроенных в программу инструментов.

Обозначить шероховатость поверхности в Компасе можно командой «Шероховатость», из панели инструментов, затем выбирается поверхность, к которой будет применена команда и указывается положение знака. Значение шероховатости вводится с клавиатуры или из справочника. Команда «Неуказанная шероховатость» находится в панели «Оформление».

Открываем Панель инструментов, расположенную слева-> Выбираем команду «Шероховатость» – > Указываем поверхность -> Определяем положение знака->Вводим значение шероховатости.

Команда «Неуказанная шероховатость» находится в верхнее меню-> Выбираем команду «Вставка»->Выбираем «Неуказанная шероховатость»-> Ввод->Вводим значение шероховатости.

При необходимости можно нарисовать условный знак вручную.

Классы шероховатости.

ГОСТ 2789-73

Стандарт устанавливает специальные параметры и классы для оценки поверхности.

Параметры шероховатости поверхности.

Rz,мКм – средняя высота микронеровностей по 10 точкам (1 мКм = 0,001 мм).

Проводим любую линию. По отношению к ней расстояния до 5 выступов и до 5 впадин – среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины l пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, нумеруем от линии, параллельной средней линии.

(h1+h2+h3+h4+h5)-(h1`+h2`+h3`+h4`+h5`) 5

Ra, мКм – среднее арифметическое отклонение профиля – среднее заключение, в пределах базовой длиныl, расстояние точек выступов и точек впадин от средней линии:

(y1+y2+… +yn)-(y1`+y2`+… +yn`)

l

Базовая длина – длина участка поверхности, используемая для выделения поверхности, характерных шероховатости поверхности. Обычно значения базовой длины берутся в пределах 0,08…8 мм. Кроме высотных существуют шаговое параметры шероховатости

Sш – средний шаг неровностей профиля.

S – средний шаг неровностей профиля по вершинам.

ГОСТ 2789-73

Классы шероховатости.

ГОСТом установлено 14 классов чистоты поверхности.

Классификацию шероховатости поверхности производят по числовым значениям параметров Raи Rzпри нормированных базовых данных в соответствии с таблицей.

Числовые значения величин шероховатости Raи Rzи базовые длины (l) (по ГОСТу 2789-59)

Класс чистоты поверхности

Наибольшая анафелия величин шероховатости в мкм

длина lвмм

а б в а б в 1 2 3 80 40 20 — — — — — — 320 160 80 — — — — — — 8 4 5 10 5 — — — — 40 20 — — — — 2,5 6 7 8 2,5 1,25 0,63 2 1 0,5 1,6 0,8 0,4 10 6,3 3,2 8 5 2,5 — 4 2 0,8 9 10 11 12 0,32 0,16 0,08 0,04 0,25 0,125 0,063 0,032 0,20 0,10 0,05 0,025 1,6 0,8 0,4 0,2 1,25 0,63 0,32 0,16 1 0,5 0,25 0,125 0,25 13 14 0,02 0,01 0,016 0,008 0,012 0,006 0,1 0,05 0,08 0,04 0,063 0,032 0,08

Чем выше класс (меньшее числовое значение параметра), тем поверхность более гладкая (чище). Классы шероховатости с 1 – 5, с 13 – 14 определяются параметром Rz, все остальные с 6 по 12 – параметром Ra.

Шероховатость поверхности детали задается при конструировании, исходя из функционального назначения детали, т.е. из условий её работы, либо из эстетических соображений.

Нужный класс чистоты обеспечивается технологией изготовления детали.

Шероховатость каждой поверхности детали должна соответствовать назначению этой поверхности. Степень неровности поверхности определяется высотой неровности на данном участке поверхности.

При составлении эскизов с натуры для определения шероховатости поверхностей детали должны быть измерены высоты неровностей поверхности определённой длины, установленной ГОСТом.

Измерение производится специальными приборами (микроскопами и профилографоми) или сравнением с образцами – эталонами.

При составлении эскизов с натуры при деталировании сборных чертежей для приближенного определения шероховатости поверхности детали, в том случае, когда не представляется возможным воспользоватся приборами точного измерения, надо установить назначение данной поверхности и в зависимости от этого определить класс чистоты поверхности.

Знаки обозначения шероховатости должны острием касаться обрабатываемой поверхности и быть направлены к ней со стороны обработки.

Обозначение шероховатости при различном поверхностей.

Обозначение шероховатости на изображении детали распологают на линиях контура, на высотных линиях (по возможности ближе к размерной линии) или на полках.

Шероховатость поверхностей, повторяющихся элементов деталей (отверстий, пазов и т.п.) наносим на чертеже один раз.

Если все поверхности детали имеют одинаковую шероховатость, то обозначение выносят в правый верхний угол чертежа, располагая его на расстоянии 5-10 мм от рамки.

Если одинаковый д.б. шероховатость части поверхности, то в правом верхнем углу чертежа помещают обозначение этой шероховатости и рядом знак, взятый в скобках. Это означает, что все поверхности, на которых на изображениях помещены обозначения шероховатости или знак, должна иметь шероховатость, указанная перед скобкой.

Примеры:

Шероховатость поверхностей деталей:

с зазором

неподвижного соединения

без зазора

подвижного соединения

деталей

3 — 4 класс Rz 80, Rz 40 4 – 5 класс Rz 40, Rz 20 6 – 8 класс Ra 2,5; Ra 1,25; Ra 0,63

Для втулок:

граничащая с расточкой

5 класс Rz 20 7 класс Ra 1,25 10 класс Ra 0,16 8 класс Ra 0,63

5-6 класс 4 класс 4-5 класс 3-4 класс

Знак шероховатости
проставляется на том изображении, где указан размер, определяющий положение этой поверхности. Нельзя указывать шероховатость на виде, где нет указания размеров.

Какие параметры шероховатости существуют

Существует свыше 8 параметров, которые характеризуют значение высоты неровностей поверхности. В статье мы разберем лишь самые востребованные, незнание которых будет значительным пробелом для любого технического специалиста. Это Ra и Rz.Значение Rz показывает среднеарифметическое значение высоты, взятое по 10 точкам поверхности. Это означает, что в измерении участвовали только 5 подъемов и 5 впадин. Весь остальной «горный массив» в расчет не принимался. В системе СИ Rz измеряется в микрометрах.

Ra является также среднеарифметическим показателем высоты шероховатости. От Rz его отличает то, что в расчет берется не 10 точек, а все. По этой причине параметр Ra более точно отображает неровность поверхностей и считается более предпочтительным.

Помимо Ra и Rz стоит упомянуть о еще одном параметре, близкий по смыслу вышеупомянутым. Это Rmax. Он отображает высоту неровностей поверхности только по ее максимальным точкам. По наибольшей высоте и наименьшей впадине. В нынешнее время Rmax не используется в силу своей грубой точности.