Изучение способов оценки шероховатости поверхности деталей машин

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Изучить приборы и методику измерения на них параметров шероховатости поверхностей деталей машин.

Освоить методику обработки результатов измерений параметров шероховатости поверхностей деталей машин.

2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Образцы цилиндрической формы, обработанные на различных металлорежущих станках.

3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ.

3.1. Эталоны шероховатости поверхности.

3.2. Двойной микроскоп Линника – МИС-11.

3.3. Профилометр-профилограф (модель 201).

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности детали и рассматриваемых в пределах базовой длины l.

Если отношение шага неровностей (S_w) к высоте неровностей (W_z) меньше 50, то такие отклонения относятся к шероховатости поверхности, если 1000 > S_w/W_{z .}> 50 – к волнистости и при S_W/W_Z > 1000 - к отклонениям формы.

ГОСТ 2789-8 предусматривает следующие параметры для оценки шероховатости детали: в ы с о т н ы е :

R_a – среднее арифметическое отклонение профиля,

Rz – высота неровностей профиля по 10 точкам,

R_max – наибольшая высота профиля;

ш а г о в ы е:

S – средний шаг неровностей профиля по вершинам,

S_m – средний шаг неровностей профиля по средней линии;

T_p – относительная опорная длина профиля,

Все измерения производятся в пределах базовой длины. Базовой линией (поверхностью) называется линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности,

Базовая длина l это длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности, и для количественного определения ее параметров.

Средней линией профиля mназывается базовая линия, имеющая форму номинального (геометрического) профиля поверхности и делящая действительный профиль так, что в пределах базовой длины l сумма квадратов расстояний y_1, y_2,…, y_n точек профиля до этой линии минимальна (рис. 4.1)

Числовые значения параметров шероховатости определяются следующим образом.

Средне арифметическое отклонение профиля R_a – среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля у в пределах базовой длины – определяется по формуле

(4.1)

(Обозначение величин, входящих в формулу приведены на рис. 4.1)

Рис.4.1. Действительный профиль (профилограмма) поверхности

Высота неровностей по десяти точкам R_z – сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины – определяются по формуле

(4.2)

где y_pi, y_vi - ординаты соответственно пяти высших и пяти низших точек в пределах базовой длины, измеренных от линии, эквидистантной средней линии и не пересекающей профиля.

Наибольшая высота неровностей профиля R_max – расстояние между линией выступов профиля и линией впадин в пределах базовой длины.

R_max = R_p + R_v (4.3)

Средний шаг неровностей профиля по средней линии S_m – среднее значение шага в пределах базовой длины

S_m = _mi (4.4)

где S_mi – шаг неровностей, под которым понимается длина отрезка средней линии, ограниченная точками пересечения этой линии одноименных сторон соседних неровностей; n – число шагов в пределах базовой длины.

Средний шаг неровностей по вершинам S– среднее значение расстояний между вершинами характерных неровностей в пределах базовое длины

S = (4.5)

где n - число шагов неровностей в пределах базовой длины.

Опорная длина профиля _p – сумма длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне Р в материале выступов профиля линией, эквидистантной (линии, отстоящие от исходной линии на определенном, задаваемом расстоянии) средней линии.

Уровень P сечения профиля – расстояние между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантной линии выступов профиля. Числовые значения уровня сечения профиля P выбираются из ряда - 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90% от R_max.

Относительная опорная длина t_p профиля – отношение опорной длины профиля к базовой длине, определяемое в %

(4.6)

Относительную опорную длину t_p выбирают из ряда: 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90%.

5. ОПИСАНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Микроскоп МИС-11.

Общий вид двойного микроскопа Линника типа МИС-11 представлен на рис.5.1.

Рис. 5.1

Прибор имеет массивное основание 1, на котором установлена колонка 2. На колонке с помощью подвижного кронштейна 3 укреплен держатель 4 тубусов микроскопов: проектирующего 5 и микроскопа наблюдения 6. В нижнюю часть каждого из тубусов микроскопа ввинчиваются объективы 7 и 8. В верхней части проектирующего микроскопа расположен патрон с электролампой 9, который можно передвигать при регулировке освещения и зажимать винтом 10. В верхней части микроскопа наблюдения установлен винтовой окулярный микрометр 11, предназначенный дли производства визуальных измерений.

Держатель тубусов 4 вместе с микроскопами может быть грубо установлен по высоте путем перемещения вдоль колонки посредством гайки 12 и закреплен в нужном положении винтом 13. Для фокусировки микроскопов на объект служат кремальера (маховичок 14) и микрометренный механизм (барабанчик 15).

Для установки и перемещения излучаемых объектов прибор снабжен предметным столиком 16. Столик с объектом передвигается в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микрометренных винтов 17, а также поворачивается вокруг вертикальной оси и фиксируется стопорным винтом 18. Для установки цилиндрических деталей к прибору прилагается съемная призма 19.

Подготовка прибора к измерению.

(Настройка прибора)

Перед измерением образцов двойной микроскоп устанавливается в следующем порядке:

1. После установки держателя тубусов 4 па кронштейне 3 проверяемая деталь помещается на столик микроскопа так, чтобы контролируемая поверхность была параллельна плоскости столика (с точностью до ~1^о), а следы обработки были параллельны плоскости, проходящей через оси микроскопов, то есть перпендикулярны изображению щели.

2. С помощью гайки 12 кронштейн 3, несущий микроскопы, устанавливается по высоте на расстоянии 10 – 15 мм от поверхности детали до оправ объективов и закрепляется винтом 13.

3. Измеряемая поверхность освещается посторонним светом, например от настольной лампы. Вращением барашков грубой подачи 14 и микрометренного механизма 15наблюдательный микроскоп фокусируется таким образом, чтобы резко изображенный участок поверхности оказался в середине поля зрения.

4. Щель проектирующего микроскопа освещается лампочкой 9. Изображение щели винтом 20 приводится в центр поля зрения наблюдательного микроскопа и посредством гайки 21 фокусируется на измеряемую поверхность. Резкий край изображения щели винтом 20 совмещается с участком резкого изображения поверхности, находящимся в центре поля зрения (вторая длинная граница щели при работе с сильными объективами видна размытой). Если при этом нарушается фокусировка изображения щели, то она восстанавливается с помощью гайки 21, после чего снова винтом 20 резкий край щели точно совмещается с участком резкого изображения поверхности.

Вид поля зрения правильно установленного двойного микроскопа приведен на фотографиях рис. 5.2.

Рис. 5.2

5. Винтовой окулярный микрометр 11 поворачивается так, чтобы одна из нитей перекрестия была ориентирована параллельно изображению щели, и закрепляется в этом положении винтом 22. При этом направление передвижения нитей составляет со щелью угол 45°.

Вслед затем можно переходить к измерению высоты неровностей профиля поверхностей.

Профилограф-профилометр

Принцип действия профилометра основан на преобразовании колебаний алмазной иглы малого радиуса при ощупывании исследуемой поверхности в изменении сопротивления катушки индуктивности.

Профилограф-профилометр рис.5.3. состоит из электронного блока 3, измерительного столика 4, преобразователя 5, датчика 2 с алмазной иглой, станины и записывающего прибора 1.

Профилограф-профилометр модели 201 обеспечивает следующие пределы измерения: Ra –0,02-3.2 мкм для профилометра и Rz –0,02-20 мкм для профилографа. Отсечки шага 0.08; 0.25; 0.8 и 2.5 мм.

По полученной профилограмме можно определить все параметры шероховатости.

Рис.5.3. Профилограф-профилометр

6.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

6.1. Оценка шероховатости по эталонам. Рабочие эталоны шероховатости поверхности представляют собой комплекты металлических образцов – брусков с плоской или цилиндрической (наружной или внутренней) рабочей поверхностью, обработанной различными способами.

При выборе образцов для контроля шероховатости поверхности необходимо иметь ввиду, что:

1. образец должен быть выполнен из того же материала, что и контролируемая деталь;

2. вид поверхности эталона и контролируемой детали должны быть одинаковыми;

3. вид обработки должен быть одинаковым. При оценке сравнивают визуально шероховатость поверхностей образца и контролируемой детали. Затем по выбранному образцу устанавливают значение параметров шероховатости.