Параметры для нормирования значений поверхностных неровностей

Основные понятия и определения

В процессе любого способа обработки деталей, особенно со снятием материала режущим инструментом, невозможно получить идеально ровную поверхность. В результате вибраций, неровностей обрабатывающего инструмента, неоднородности материала заготовки и подачи и т.д. на обрабатываемой поверхности остаются неровности.

Нормированием значений поверхностных неровностей стали заниматься с 1945 г. Необходимость отдельного нормирования значений поверхностных неровностей в качестве одного из показателей для оценки геометрической точности вызвана тем, что эти неровности оказывают влияние на эксплуатационные свойства элементов деталей. Чем выше требование к точности элементов деталей, тем более жесткие требования должны предъявляться к значениям поверхностных неровностей.

Поверхностные неровности влияют на следующие эксплуатационные свойства элементов деталей.

1 При образовании посадок с натягом чем больше поверхностные неровности, тем менее надежным оказывается сопряжение, поскольку умень­шается площадь контакта.

2 При образовании посадок с зазором большие поверхностные неров­ности быстро истираются и увеличивается зазор.

3 Поверхностные неровности влияют на усталостную прочность. Из­лом элементов деталей обычно наблюдается в местах, где имеются риски, особенно если деталь работает при знакопеременной нагрузке.

4 Поверхностные неровности влияют на антикоррозийные свойства поверхности. Чем меньше поверхностные неровности, тем меньше поверхность подвержена коррозии.

5 Поверхностные неровности влияют также на электрические и тепловые контакты, герметичность соединений, точность намерений, особенно внутренних размеров.

Поверхностные неровности, которые появляются на поверхности элементов детали, в настоящее время называют шероховатостью поверхности.

Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная на определенной (базовой) длине.

Базовая линия– это линия заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля и служащая для оценки геометрических параметров поверхностных неровностей.

Вид этой линии зависит от вида поверхности элемента детали. Так, базовая линия будет прямой, если неровности определяются на плоской или на образующих цилиндрических поверхностях, в виде окружности, если поверхность в виде сферы или цилиндра рассекается плоскостью, перпендикулярной его оси. Короче говоря, базовая линия при получении профиля поверхности элемента детали проводится в виде линии, эквидистантной геометрической форме поверхности.

В большинстве стран мира в качестве базовой линии при оценке поверхностных неровностей используется средняя линия.

Средняя линия профиля (m) – это базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля от этой линии минимально. О средней линии можно также говорить, как о линии, проведенной таким образом, что площади над ней и под ней одинаковы.

Базовая длина (l) - это длина базовой линии (средней линии профи­ля), используемая для выделения неровностей, характеризующих шерохова­тость поверхности (рис. 5.1, где ур – высота профиля выступа, уу – глубина впадины профиля).

Рисунок 5.1 – Поверхностные неровности

Поверхностные неровности оцениваются по линии профиля и на определенной длине. Нормированные базовые длины можно ориентировочно раз­делить на три группы:

l = 0,01; 0,03; 0,08 мм для малых неровностей;

l = 0,25; 0,8 мм для средних высот неровностей;

l = 2...5; 8; 25 мм для больших неровностей.

Чем неоднороднее поверхностные неровности и чем они больше, тем больше должна быть базовая длина для того, чтобы выбранная совокуп­ность поверхностных неровностей характеризовала состояние поверхности.

Принципиальные подходы при нормировании значений поверхностных неровностей:

1) Поверхностные неровности оцениваются не на поверхности, а на профиле, т.е. в сечении поверхности нормальной плоскостью.

2) Нормируются не предельные значения неровностей, а значение совокупности поверхностных неровностей.

3) На профиле выделяется средняя линия, которая является базой для определения поверхностных неровностей.

4) Значение поверхностных неровностей нормируется по совокупности этих неровностей, выделенных на определенной базовой длине (на средней линии профиля).

При большинстве измерений шероховатости нет необходимости находить среднюю линию и отмечать базовую длину, так как в настоящее время измерения производятся с помощью электронных приборов, которые "отсекают" базовую длину и выдают значения шероховатости от средней линии по одному из нормиру­емых параметров.

Параметры для нормирования значений поверхностных неровностей

Поверхностные неровности нормируются геометрическими параметрами. В большинстве стран мира используются шесть параметров, характеризую­щих как высоту поверхностных неровностей, так и линейные (шаговые) по­казатели этих неровностей.

Вертикальные параметры:

Ra – среднее арифметическое отклонение профиля;

Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам:

Rmax – наибольшая высота профиля.

Горизонтальные параметры:

Sm – средний шаг неровностей профиля;

S – средний шаг местных выступов профиля;

t_p– относительная опорная длина профиля.

Рассмотрим эти нормируемые параметры для оценки поверхностных неровностей.

5.2.1 Среднее арифметическое отклонение профиляRa– это среднее арифметическое абсолютное значение отклонений профиля в пределах базо­вой длины (рис. 5.2).

,

где l – базовая длина;

n – число выбранных точек профиля на базовой длине;

y_i – высота (глубина) i-го профиля выступа.

Рисунок 5.2 – Среднее арифметическое отклонение профиля (Ra)

Параметр Ra нормируется значениями от 0,008 до 100 мкм. Этот па­раметр геометрически интерпретируется высотой прямоугольника, постро­енного на базовой длине и равновеликого по площади фигуре, очерченной профилем неровностей и его средней линией (на рис. 5.2 прямоугольник заштрихован).

5.2.2 Высота неровностей по десяти точкамRz – это сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины (рис. 5.3).

,

где y_pi – высота i-го наибольшего профиля выступа;

y_yi – глубина i-й наибольшей впадины профиля.

Параметр Rz нормируется значениями от 0,025 до 1600 мкм. Весь приведенный диапазон практически не используется. Чаще применяется диапазон от 0,025 до 0,1 мкм при нормировании малых неровностей и значе­ния от 10 до 1600 мкм для нормирования больших (грубых) неровностей. Связано это с возможностями использования существующих средств измерений.

Соотношение между параметрами Ra и Rz (иногда на чертежах встре­чаются старые обозначения шероховатости с помощью треугольников) при указании их на чертеже детали приведено в табл. 5.1.

Таблица 5.1