Тема 3.7 Шероховатость

1. Тема Шероховатость

Дисциплина «Порядок проведения оценки качества
продукции на каждой стадии производственного
процесса»
Тема Шероховатость
Меркушова Наталья Ивановна
8 902 523 13 78
nmerkushova@mail.ru

2. Шероховатость поверхности

План занятия:
1. Шероховатость - значение в процессе конструирования и производства
изделий
2. Причины возникновения шероховатости
3. Сущность понятия «шероховатость», способы ее определения
4. Параметры для количественной оценки шероховатости
5. Обозначение шероховатости на чертежах
6. Значения шероховатости на разных видах изделий, соединений и т.п.
7. История стандартизации обозначения шероховатости: группы чистоты,
классы шероховатости
8. Приборы для контроля волнистости и шероховатости

3. Шероховатость поверхности

Назначение параметров шероховатости
Работоспособность детали существенно зависит от
шероховатости (величины микронеровностей) ее
рабочих поверхностей. Поэтому при проектировании
механизма конструктор должен задавать не только
геометрические размеры деталей, но и допустимую
шероховатость ее поверхностей.
Поверхности детали могут соприкасаться с другими
деталями. Такие поверхности называют сопрягаемыми.
Остальные поверхности детали называют свободными.
Все сопрягаемые поверхности детали, как правило,
подвергаются механической обработке.
Работоспособность механизма во многом зависит от
шероховатости сопрягаемых поверхностей его
деталей. Чем выше качество обработки сопрягаемых
поверхностей, тем долговечнее и надежнее механизм.
Однако конструктор должен учитывать и
экономический фактор – чем выше требования к
качеству поверхности, тем дороже ее изготовление.

4. Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности оказывает влияние:
а) на величину силы трения, а следовательно, и на величину
потери энергии при трении в машинах;
б) на сохранение характера посадок, необходимого для
обеспечения требуемой прочности соединения в
неподвижных посадках и расчетного зазора в посадках
подвижных.

5. Шероховатость поверхности

На рисунке изображены 2 вала, диаметры которых при измерении
микрометром оказались одинаковыми. Но шероховатость на вале а
больше, чем на вале б.
Если принять, что валы будут работать в одинаковых условиях, то
установленный расчетом зазор между валом и отверстием в случае а
разрушится быстрее (из-за истирания поверхностей), чем в случае б,
надежность в случае б снизится быстрее.

6. Шероховатость поверхности

Что касается инженерных поверхностей, считается, что
шероховатость ухудшает рабочие характеристики детали.
Как следствие, большинство производственных чертежей
устанавливают верхний предел шероховатости, но не
нижний предел.
Исключение составляют отверстия цилиндров, где масло
остается в профиле поверхности и требуется минимальная
шероховатость.

7. Шероховатость поверхности

Все причины возникновения шероховатости можно
разбить на 3 группы:
1. Расположение режущих кромок инструмента,
относительно обрабатываемой поверхности;
2. Упругая и пластическая деформация обрабатываемого
металла;
3. Вибрации в технологической станочной системе.

8. Шероховатость поверхности

Шероховатостью
поверхности называется совокупность
микронеровностей, образующих рельеф
поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина
которого равна базовой длине.
Шероховатость поверхности —
совокупность неровностей поверхности с
относительно малыми шагами.
Для отделения шероховатости поверхности от
других неровностей с относительно большими
шагами (отклонения формы и волнистости) её
рассматривают в пределах ограниченного
участка, длина которого называется базовой
длиной.

9. Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности оценивают двумя
основными методами:
качественным и количественным.
Качественный метод оценки основан на визуальном сопоставлении
обработанной поверхности с эталоном невооруженным глазом или под
микроскопом, а также по ощущениям при ощупывании рукой (пальцем, ладонью,
ногтем). Визуальным способом можно достаточно точно определять
шероховатость поверхности, за исключением весьма тонко обработанных
поверхностей.
Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует
производить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим
увеличением.

10. Шероховатость поверхности

Количественный метод оценки заключается в
измерении микронеровностей поверхности с
помощью приборов: профилографов и
профилометров.
Профилографы - это приборы, позволяющие получать изображение
микронеровностей профиля в увеличенном масштабе на каком-либо носителе
(фотоплёнке, фотобумаге).
Профилометры - минуя этап получения изображения, производят
необходимые измерения профиля микронеровностей.

11. Шероховатость поверхности

Для количественной оценки шероховатости
наиболее часто используют три основных
параметра:
Ra — среднее арифметическое из абсолютных
значений отклонений профиля в пределах
базовой длины.
Rz — высота неровностей по десяти точкам
(сумма средних абсолютных значений высот пяти
наибольших выступов профиля и глубин пяти
наибольших впадин профиля в пределах базовой
длины).
Rmax — наибольшая высота неровностей
профиля в пределах базовой длины.

12. Шероховатость поверхности

13. Шероховатость поверхности

Предпочтительным является
параметр Ra, поскольку
определяется по большему
количеству точек профиля. В связи с
этим параметром Ra нормируется шероховатость
образцов сравнения, используемых для оценки
шероховатости в промышленности.
Параметры Rmax и Rz используют в тех случаях,
когда по функциональным требованиям
необходимо ограничить полную высоту
неровности профиля, а также когда прямой
контроль Ra с помощью профилометров или
образцов сравнения не представляется
возможным (поверхности, имеющие малые
размеры или сложную конфигурацию, например
режущий инструмент).

14. Шероховатость поверхности

ГОСТ 2.309-73
Обозначение
шероховатости
поверхности
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.
Знаки шероховатости всегда наносят со стороны обработки поверхности.
При любом положении знака длинная его сторона должна быть справа по
отношению к наблюдателю, находящемуся в вершине угла.

15. Шероховатость поверхности

Знаки для обозначения шероховатости
поверхности в зависимости от вида ее
обработки
Основной знак, соответствующий обычному условию нормирования
шероховатости, когда метод образования поверхности чертежом
не регламентируется.
Знак, соответствующий, конструкторскому требованию, чтобы
поверхность была образована удалением слоя материала,
например, точением, шлифованием, полированием, травлением и т.
п. (конкретный вид обработки может и не указываться).
Знак, соответствующий конструкторскому требованию, чтобы
поверхность была образована без удаления поверхностного слоя
материала, например, литьем, штамповкой, прессованием
(конкретный вид образования поверхности может и не
указываться).

16. Шероховатость поверхности

При указании одинаковой шероховатости
для всех поверхностей изделия
обозначение шероховатости помещают в
правом верхнем углу чертежа и на
изображении не наносят.

17. Шероховатость поверхности

В случае одинаковой шероховатости
большей части поверхности детали в
правом верхнем углу чертежа
помещают обозначение одинаковой
шероховатости и условное
обозначение знака в скобках,
которые означают, что все
поверхности, не имеющие на
чертеже знаков шероховатости,
должны иметь шероховатость,
указанную перед скобкой

18. Шероховатость поверхности

Если шероховатость поверхностей,
образующих контур, должна быть
одинаковой, то обозначение
шероховатости наносят один раз со
знаком , означающим слова «по контуру».
Диаметр знака – 4…5 мм. У обозначения
одинаковой шероховатости поверхностей,
плавно переходящих одна в другую, знак
«по контуру» не наносят.

19. Шероховатость поверхности

Если деталь изготавливается из сортового
материала определенного профиля и
размера (швеллер, уголок, труба и др.), то
на чертеже детали проставляют только
шероховатость обрабатываемых участков.
В правом верхнем углу чертежа перед
знаком в скобках помещают знак .
Шероховатость поверхностей, не
требующих дополнительной обработки,
обусловлена техническими требованиями
на исходный сортовой материал, причем
на этот документ должна быть приведена
ссылка, например, в виде указания
сортамента материала в графе 3 основной
надписи чертежа.

20. Шероховатость поверхности

Обозначение шероховатости (как и
размер) любой поверхности,
должно быть нанесено один раз,
независимо от числа изображений.
В связи с этим шероховатость
поверхностей повторяющихся
элементов изделия (отверстий,
фасок, канавок и т.п.) наносят один
раз на том изображении, где
указано количество этих элементов
для сосредоточения информации в
одном месте чертежа.

21. Шероховатость поверхности

Примеры обозначения шероховатости поверхности
Указано числовое значение параметра,
соответствующие наиболее грубой
допускаемой шероховатости, т.е.
наибольшему предельному значению для
параметра Ra, Rz и Rmax.
Значения параметров Ra, Rz и Rmax
указывают в мкм.

22. Шероховатость поверхности

Примеры обозначения шероховатости поверхности
Указано наименьшее значение параметра
шероховатости. Способ применяется в
отдельных случаях, когда для правильного
функционирования недопустима слишком
гладкая поверхность.

23. Шероховатость поверхности

Примеры обозначения шероховатости поверхности
Указаны числовые значения,
соответствующие наибольшему и
наименьшему предельным значениям
нормируемого параметра. Значение,
указываемое сверху, соответствует
наиболее грубой допускаемой
шероховатости.

24. Шероховатость поверхности

Примеры обозначения шероховатости поверхности
Указано номинальное значение параметра с
предельными отклонениями от него в % от
номинального значения. Способ применяют
в основном для образцов сравнения
шероховатости поверхности или для
образцовых деталей, служащих тем же
целям.

25. Шероховатость поверхности

Примеры обозначения шероховатости поверхности
Указан вид обработки поверхности.
Указывается только в тех случаях, когда
данный вид обработки является
единственным, обеспечивающим требуемое
качество поверхности.

26. Шероховатость поверхности

Условное обозначение направления неровностей
Шероховатость
поверхности
поверхности

27. Шероховатость поверхности

Условное обозначение направления неровностей
Шероховатость
поверхности
поверхности

28. Шероховатость поверхности

Изучая изображения детали на чертеже сборочной единицы, следует выявить те
поверхности, по которым эта деталь соприкасается с другими деталями узла.
Контакт деталей может быть подвижным (одна деталь вращается или перемещается
относительно других). В этом случае, согласно рекомендациям, поверхности осей и валов в
месте контакта с втулкой подшипника скольжения должны иметь шероховатость Ra 0,2…0,4
мкм.
При неподвижном контакте, например, место соединения зубчатого колеса с валом может
иметь шероховатость Ra 0,8…1,6 мкм.
Поверхности под запрессовку втулок, вкладышей и т. п. имеют шероховатость Ra 1,6…3,2
мкм.
На свободные поверхности (фаски, проточки, не трущиеся поверхности валов) и на
резьбовые участки валов назначают шероховатость Ra 3,2…6,3 мкм.
Отверстия под болты, винты, шпильки и т.п. (когда для соединения деталей предусмотрен
зазор) могут иметь шероховатость Ra 12,5…25 мкм.

29. Шероховатость поверхности

Примерное значение
шероховатости
поверхности в
зависимости от ее
конструктивного
назначения

30. Шероховатость поверхности

История
стандартизации
обозначения
шероховатости
поверхности

31. Шероховатость поверхности

Группы чистоты и
классы шероховатости

32. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Поверхность готовой детали не всегда является идеально ровной, гладкой и
геометрически правильной. Она так или иначе будет отличаться от заданных
чертежом (номинальных параметров) определенными микро- и макро
геометрическими отклонениями.
Макрогеометрические отклонения определяют волнистость и отклонения формы
поверхности детали, а микрогеометрические отклонения ее шероховатость.
Четкого физического различия между этими погрешностями не существует, но их
все же условно разделяют по отклонению шага (S) к значению отклонения (D) от
номинального контура (заданного чертежом).
Таким образом, если неровности поверхности меньше 40 (S/D<40) , их относят к
шероховатости.
Если неровности больше 40 (S/D>40), то их относят к волнистости.
Отклонением формы считается отношение шага к значению отклонения больше
1000 (S/D>1000).

33. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

34. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Шероховатость и волнистость поверхности влияют на прочностные
характеристики материала.
В тех областях, где эти характеристики имеют существенную величину,
наблюдается концентрация напряжений, а это в свою очередь значительно
подрывает прочность материала в целом, а также способствует образованию
трещин в местах больших концентраций.
Вследствие шероховатости и волнистости между поверхностями деталей
уменьшается плотность контакта, а это дает возможность увеличиваться
давлению между ними, нарушать масляную пленку и существенно снижать
износостойкость.

35. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Шероховатость и волнистость поверхности влияют на прочностные
характеристики материала.
Шероховатость сопрягаемых поверхностей определяет контактную жесткость
сопряжения. При увеличении шероховатости поверхностей контактная жесткость
снижается.
Так, изменение высоты микронеровностей направляющих металлорежущих
станков с 5..7 до 10...12 мкм снижает контактную жесткость в 3 раза.

36. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Серьезной болезнью металлических
изделий является коррозия. Избежать
ее не удается, но при правильной
обработке материала ее развитие
можно существенно замедлить.
При большой шероховатости, именно в
микроскопических впадинах начинает
развиваться коррозия, поэтому, чем
лучше обработана поверхность, чем
меньше она имеет такого рода впадин,
тем лучше антикоррозионные
свойства материала.

37. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Измерения и контроль параметров волнистости и шероховатости поверхностей
относятся к линейно-угловым измерениям, однако измеряемые величины здесь
очень малы. На производстве измерению подлежат высоты неровностей от
0,025 мкм и шагов начиная с 2 мкм.
В последнее время в некоторых отраслях промышленности
достигнуто определение сублимированностей с высотой
0,05 А (1 ангстрем = 10-10 м) и с шагом 2 А. Точность
измерения, естественно, должна быть в несколько раз
выше требуемой точности выполнения геометрических
параметров деталей.

38. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Параметры волнистости:
высота волнистости Wz — среднеарифметическое из пяти
ее значений (Wv W2, ...,1У5), определенных на длине участка
измерения Lw, равной не менее пяти действительным
наибольшим шагам волнистости.

39. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Форма волны зависит от причин, которые вызывают
волнистость поверхности. Чаще волнистость имеет
синусоидальный характер, что является следствием
колебаний в системе станок — приспособление — инструмент
— деталь, возникающих из-за неравномерности сил резания,
наличия неуравновешенных масс, погрешностей привода и т.п.
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.

40. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Для того чтобы оценить состояние поверхности после
обработки и выяснить степень шероховатости, были
выведены 4 основные метода:
- сравнение с эталоном;
- осмотр с помощью специального щупа (суть заключается
в ощупывании поверхности алмазной иглой);
- оценка поверхности оптическими приборами;
- изготовление слепков.
Способ, которым будет проверено изделие, зависит от вида
изделия и условий его производства и эксплуатации.

41. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Метод сравнения с образцами
Наиболее простым методом контроля
шероховатости поверхностей деталей в цеховых
условиях является метод сравнения с образцами
визуально или на ощупь. Образцы в соответствии
с межгосударственным стандартом ГОСТ 9378 —
93 (ИСО 2623-1—85, ИСО 2632-2 — 85)
изготавливаются из тех же материалов, что и
контролируемые детали, и обрабатываются теми
же методами. Кроме того, форма образцов и
основное направление неровностей поверхности
должны соответствовать определенным
указаниям.

42. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Контроль шероховатости поверхности детали по
параметру шероховатости Ra или Rz производится путём
сравнения с образцом визуально и на ощупь, проводя
ногтем, выполняющем здесь роль датчика, вдоль линии
максимальной шероховатости поверхности. Как правило,
эта линия перпендикулярна следам обработки (а
расстояние между соседними следами характеризует
параметр Sm).
Для этого подбирается образец соответствующего вида
обработки, номинальное числовое значение параметра
шероховатости поверхности которого соответствует
числовому значению параметра шероховатости
поверхности контролируемой детали. В результате
сравнения делается заключение о том, что параметр
шероховатости контролируемой детали не превышает
номинальное значение подобранного образца сравнения.
Наиболее достоверно оцениваются детали из
аналогичного образцу материала и изготовленные тем же,
что и образец, способом обработки.

43. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

44. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

45. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

46. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

47. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Метод сравнения с образцами
В стандарте установлены ряды номинальных значений
параметров шероховатости Ra поверхности образца в
зависимости от воспроизводимого способа обработки и
базовой длины для их оценки.
Так, для шлифования значения Ra варьируются от 0,050 до
3,2 мкм при базовой длине от 0,25 до 2,5 мм,
для точения и расточки — соответственно от 0,4 до 12,5
мкм при базовой длине 0,8...2,5 мм,
для полирования — 0,006...0,2 мкм и 0,08...0,8 мм.
Ширина образцов сравнения составляет не менее 20 мм, а
длина 20...50 мм. Образцами могут быть и готовые детали.
Однако глазомерная оценка и оценка на ощупь
субъективны и могут вызвать недоразумения. Особенно
эти виды оценок затруднительны для точно обработанных
деталей.

48. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Щуповой метод измерения
шероховатости поверхности
- это контактный метод,
измерения при котором
производятся при помощи
профилометра.
Профилометр представляет
собой чувствительный
датчик, оборудованный
тонкой, остро заточенной
алмазной иглой, с так
называемой, ощупывающей
головкой.

49. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Алмазная игла прижимается и
перемещается перпендикулярно
исследуемой поверхности. В местах
возникновения микронеровностей
(выступов и впадин), возникают
механические колебания
измерительной головки иглы. Эти
колебания передаются в датчик,
преобразующий механическую
энергию колебания в электрический
сигнал, который усиливается
преобразователем и измеряется.
Записанные параметры этого сигнала в
точности повторяют неровности на
шероховатой поверхности детали.

50. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

В щуповых приборах для
измерения параметров
шероховатости поверхности
применяются индукционные,
индуктивные, электронные и
пьезоэлектрические
преобразователи механических
колебаний иглы в электрические
сигналы.

51. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Приспособление для проверки
волнистости
1 — коромысло; 2 — пятка; 3 —
микровинт; 4 — корпус; 5 —
плоская пружина; 6 — хомут; 7
— подвес; 8 — щуп; 9 —
переходник; 10 и 12 — винты;
11— опора

52. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Корпус 4 приспособления устанавливается на направляющую
мотопривода.
К подвесу 7 на плоской пружине 5 крепится коромысло 1,
имеющее доведенную опорную плоскость, на которой
перемещается сферический винт 12 опоры 11. Пятка 2 коромысла
1 опирается на микровинт 3, предназначенный для регулировки
положения опорной плоскости, выставляемой параллельно
исследуемой поверхности.
Подвес 7 с помощью хомута 6 устанавливается на корпусе
датчика. На переднем конце подвеса закреплен переходник 9 с
доведенной верхней плоскостью, размещаемой
непосредственно под иглой датчика. В отверстие переходника
вставляется щуп 8 с закрепленным концом, который
фиксируется в наконечнике винтом 10.
Контакт сферической поверхности винта 12 с опорной
плоскостью опоры 11 обеспечивается двумя спиральными
пружинами, надеваемыми на штифты подвеса и корпуса.
С помощью такого устройства определяют параметры
волнистости — высоту волнистости Wz, наибольшую высоту
волнистости Wmax и средний шаг волнистости.

53. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Портативный профилометр

54. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Оптический метод позволяет исследовать поверхность бесконтактным
способом.
Такие устройства считывают информацию о наличии шероховатости
благодаря отражению света от поверхности детали. При чем,
считанная информация автоматически обрабатывается с помощью
компьютера.
Обработка данных компьютером существенно ускоряет процесс,
поэтому оптические методы измерения шероховатости могут быть
применены в условиях непрерывного производства.

55. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

56. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Измерение шероховатости методом слепков
При оценке шероховатости поверхностей сложной формы и в случае
трудного доступа к исследуемой поверхности применяют так называемый
метод слепков, заключающийся в снятии копий поверхностей для
последующего измерения по ним высоты неровностей. Специально
подготовленную массу будущего слепка с силой прикладывают к
измеряемой поверхности. В качестве материала для изготовления слепков
применяют целлулоид, легкоплавкие сплавы, воск, парафин, гипс-хромпик и
пр. После застывания масса отделяется от поверхности и получается слепок,
зеркально повторяющий неровности измеряемой поверхности. Для
измерения шероховатости поверхности слепка, характеризующего
шероховатость измеряемой поверхности, применяются преимущественно
бесконтактные методы.

57. Приборы для контроля шероховатости и волнистости

Примечание:
Если не задано направление измерения шероховатости, то измерения
проводят в направлении наиболее грубой шероховатости. При механической
обработке - это направление, перпендикулярное к главному движению
резания (поперечная шероховатость).

58. Шероховатость поверхности

Литература:
1.
2.
3.
4.
http://tekhnar.ru/dopuski-posadki/sherokhovatost.html
http://kvadromash.ru/sherohovatost-poverhnosti-na-primere-shlifovki-valov/
http://tehinfor.ru/index.html
https://pavel-samuta.livejournal.com/24787.html