Шорсткість поверхонь деталі, її оцінка та технологічні шляхи забезпечення

На поверхнях деталей залишаються сліди механічної обробки, які проявляються у вигляді сукупності виступів і западин різних форм та розмірів. Критерій оцінки якості обробки поверхонь – це показник, який називається шорсткістю поверхні.

Згідно з ГОСТом 25142-82 шорсткість поверхні оцінюється такими параметрами: - середнє арифметичне відхилення профілю, що дорівнює середньої величини абсолютних значень відстань між і-ми точками та середньою лінією; - висота нерівностей профілю за десятьма точками, що включає значення височин п’яти найбільших виступів профілю і глибин п’яти найбільших западин в межах базової довжини; - найбільша висота нерівностей профілю; - середній крок нерівностей; - відносна опорна довжина профілю. Із названих вище параметрів шорсткості найуживанішими є параметри або , при цьому параметр використовують для грубо оброблених та особливо чистих поверхонь (табл.1.2).

Таблиця 1.2 – Рекомендовані значення параметрів і

Параметр шорсткості, мкм	Поверхня
грубо оброблена	чиста	особливо чиста
	200; 100; 50; 25; 12,5; 10	-	0,80; 0,40; 0,20; 0,100; 0,050; 0,025
	-	3,2; 1,6; 0,80; 0,40; 0,20; 0,100; 0,050; 0,025	-

На рис. 1.10 показано профіль реальної поверхні з позначенням деяких параметрів шорсткості. Нижче наведені бази відліку та визначення параметрів шорсткості поверхні.

Рис. 1.10 – Профіль реальної поверхні:

I - лінія западин; II - середня лінія; III - лінія виступів

Базова довжина l - довжина базової лінії, яку використовують для виділення нерівностей, що характеризують шорсткість поверхні. Базова лінія (поверхонь) – лінія (поверхня) заданої геометричної форми, певним чином проведена відносно профілю (поверхні) і призначена для оцінки геометричних параметрів поверхні. Середня лінія профілю m - базова лінія, що має форму номінального профілю і проведена так, що в межах базової довжини середньоквадратичне відхилення його до цієї лінії мінімальне. Система середньої лінії – система відліку, що використовується при оцінки параметрів шорсткості, в якій як базова приймається середня лінія.

Виступ профілю – частина профілю, що з’єднує дві сусідні точки перетину його середньою лінією, спрямованою з тіла. Западина профілю – частина профілю, що з’єднує дві сусідні точки перетину його із середньою лінією, спрямовану в тіло. Нерівність профілю – виступ і спряжена з ним западина профілю.

Крок нерівностей профілю – відрізок середньої лінії профілю, що обмежує його нерівнісність. Середній крок - середнє значення кроку місцевих виступів профілю в межах базової довжини. Висота нерівностей профілю в межах базової довжини дорівнює:

, (1.16)

де - висота і-го найбільшого виступу профілю;

- глибина і-ї найбільшої западини профілю

Найбільша висота нерівностей профілю - відстань між лініями виступів і западин профілю в межах базової довжини. Відхилення профілю “у” – відстань між точкою профілю і базовою лінією.

Середнє арифметичне відхилення профілю R_а в межах базової довжини:

або , (1.17)

де n - кількість обраних базових довжин на одиночній довжині.

Середнє квадратичне відхилення R_q - середнє квадратичне значення відхилень профілю визначається за виразом:

. (1.18)

Відносна опорна довжина профілю - сума довжин відрізків, що відтинаються на заданому рівні в матеріалі профіля лінією, еквідістантною середній лінії в межах базової довжини:

. (1.19)

Рівень перерізу профілю р – відстань між лінією виступів профілю та лінією, що перетинає профіль еквідістантно лінії його виступів.

Шорсткість поверхні оцінюється якісно або кількісно. Якісна оцінка здійснюється шляхом порівняння із зразками, виготовленими з тих же матеріалів і обробленими аналогічними методами, вона проста й зручна у виробничих умовах. Для порівняльної оцінки шорсткості поверхні застосовують пневматичні прилади або рефлектоміри. Перші засновані на вимірюванні витрати повітря, що проходить по западинах поверхні, дія рефлектомірів ґрунтується на використанні відбиваючої здатності перевірюваної поверхні. Промені від джерела, спрямовані на поверхню, відбиваються від неї і попадають на фотоелемент. Струм від останнього посилюється в підсилювачі і спрямовується на вимірювальний пристрій – гальванометр.

Кількісна оцінка шорсткості поверхні полягає у визначенні приладом висоти нерівності за одним із параметрів. Для цієї мети застосовують прилади наступних груп: контактні (профілографи та профілометри) і безконтактні (оптичні).

Принцип роботи оптично-механічного профілографа заснований на фотозаписі проміння світла, що окреслює в збільшеному масштабі профіль шорсткості досліджуваної поверхні при ковзанні по неї алмазної голки. Профілограма відіграє важливу роль при оцінці опорної довжини профілю, яка визначає зносостійкість поверхні та, отже, працездатність деталі. Побудова опорної довжини через певні проміжки часу роботи деталі дозволяє встановлювати зв’язок між параметрами шорсткості поверхні на заключній операції та в процесі експлуатації. За допомогою профілографа можна встановлювати параметри шорсткості обробленої поверхні з найбільшим наближенням їх до адекватних параметрів в експлуатації.

Профілометри, призначені для кількісної оцінки шорсткості поверхні, являють собою електродинамічні або індуктивні прилади. Сутність запропонованих конструкцій приладів полягає в наступному. Коливання алмазної голки перетворюється індуктивним методом у вимірювальну напругу електричного струму. Прилад має шкалу, градуйовану за критерієм R_a, а також пристрій для запису профілограм на спеціальному аркуші.

Вимірювання шорсткості безконтактним способом здійснюється за допомогою приладів В. П. Лінника. Одним з основних приладів для цієї мети є подвійний мікроскоп МВС-11 (рис. 1.11), який призначений для вимірювання шорсткості R_z = 0,32…80 мкм. Промінь світла від джерела 1, що проходить через діафрагму 2 та лінзу 3, падає на досліджувану поверхню під кутом 45^o і створює немовби світловий переріз її профілю. Оскільки поверхня має нерівності, зображення щілини, під мікроскопом через лінзи 4,6 і 7, зміщується з положення “а” в “б” на сітки тубуса 5 мікроскопа. Зображення щілини, що світиться, буде викривленим відповідно до шорсткості досліджуваної поверхні, а зміщення його пропорційне висоті нерівностей. Для вимірювання викривлення зображення в мікроскопі на скло нанесена шкала. У приладі є фотонасадка, за допомогою якої можна отримати зображення щілини, що світиться, викривлене нерівностям у поверхні.

Чисті поверхні з малою шорсткістю підвищують міцність та корозійну стійкість елементів, зменшують тертя та спрацювання у спряженнях рухомих деталей. Однак при цьому значною мірою зростає вартість механічної обробки, тому вибір параметрів шорсткості поверхонь деталей повинен бути економічно обґрунтованим.

Рис. 1.11 – Схема подвійного мікроскопа МВС-11 і зображення щілини, що світиться, викривлене нерівностями поверхні

Безпосереднього зв’язку між квалітетами точності розмірів й параметрами шорсткості поверхонь не існує. Але не допускається висока точність розмірів із значною шорсткістю поверхонь, оскільки висота нерівностей може бути співрозмірною з допуском на розміри. Поверхні деталі, призначені для з’єднань по посадках, повинні мати параметр шорсткості у межах 0,2-3,2 мкм. Вибираючи параметри шорсткості поверхонь, що вимагають механічної обробки, треба враховувати технологічні можливості різних методів виробництва (табл. 1.3). Значення параметрів з урахуванням виду поверхні та методів їх обробки наведені в літературних джерелах.

Для позначення шорсткості поверхні на кресленнях деталей використовують один з таких знаків: √ - вид механічної обробки конструктором не встановлюється; - поверхня, утворена зніманням шару металу (обточування, фрезерування, шліфування); - необроблена поверхня або оброблена без знімання шару матеріалу (кування, штампування, прокатування). Параметр шорсткості вказують без символу, наприклад , а параметр із символом, наприклад .

Таблиця 1.3 – Параметри шорсткості поверхонь для деяких методів механічної обробки

Вид поверх­ні	Метод обробки	Параметри шорсткості
Rz	Ra
			12,5		3,2	1,6	0,8	0,4	0,2
Зовнішня циліндрична	Обточування:
попереднє	*	*	*	*
чистове				*	*	*	*
тонке								*	*
Шліфування:
попереднє								*
чистове								*	*
тонке									*	*
Внутрішня циліндрична	Розточувальна:
попереднє	*	*	*	*
чистове				*	*	*
тонке							*	*	*
Розгортовування								*	*
Протягування							*	*
Свердління		*	*	*	*
Шліфування:
попереднє								*
Чистове									*	*

Продовження табл. 1.3

Плоска	Стругання:
попереднє	*	*
чистове			*	*	*
Фрезерування:
попереднє	*	*	*
чистове				*	*	*
Торцеве точіння:
попереднє	*	*	*
чистове				*	*	*
Плоске шліфування:
попереднє								*	*
чистове										*

Запитання для самостійного контролю

1. У чому сутність взаємозамінюваності, які розрізнюють її види?

2. Дати характеристику понять про розміри, відхилення, допуски й квалітети

3. Перелічити види посадок деталей і системи утворення

4. Які посадки використовують для різних видів з’єднання елементів транспортних засобів?

5. Які відхилення застосовують для оцінки точності виготовлення деталей?

6. Навести знаки умовного позначення допусків форми та розміщення поверхонь

7. Якими параметрами оцінюється шорсткість поверхні?

8. У чому полягає принцип роботи приладів для якісної та кількісної оцінки шорсткості поверхні деталей?