Геометрические характеристики качества поверхности деталей

Качество поверхности деталей машин определяется совокупностью характеристик шероховатости и волнистости, физико-механи­ческих, химических свойств и микроструктуры поверхностного слоя (табл. 1). В процессе из­готовления детали на ее поверхности возни­кают неровности, в поверхностном слое изме­няется структура, фазовый и химический со­став, возникают остаточные напряжения.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕ­РИСТИКИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ

Поверхность, ограничивающая деталь и отделяющая ее от окружающей среды, называет­ся реальной поверхностью. Эта поверхность образуется в процессе ее обработки и в отли­чие oт номинальной поверхности, изображаемой на чертежах, имеет неровности различных формы и высоты. Шероховатость относится к микрогеометрии поверхности, отклонения формы — к макрогеометрии; волнистость за­нимает между ними промежуточное положе­ние. Макрогеометричсские отклонения рассма­триваются на больших участках реальной поверхности деталей и характеризуют точ­ность детали (конусообразность, овальность, вогнутость и др.). Микрогеометрия оценивается на малых участках реальной поверхности с длиной стороны квадрата от 1 мм до 10 мкм.

Отклонения формы поверхностей условно различают в зависимости от отношения шага S к высоте неровностей Н: при S: Н > 1000 – макрогеометрические отклонения, при S: H = 50 ÷ 1000 – волнистость поверхно­сти; при S. Н < 50 – шероховатость поверхно­сти.

Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами, выделенная, например, с помощью базовой длины.

Шероховатость поверхности после механи­ческой обработки — это прежде всего геоме­трический след режущего инструмента (метал­лического или абразивного), искаженный в результате пластической и упругой деформаций и сопутствующей процессу резания вибрации технологической системы.

Шероховатость поверхности определяют по ее профилю, который образуется в сечении этой поверхности плоскостью, перпендикуляр­ной к номинальной поверхности (рис. 1). При этом профиль рассматривается на длине базовой линии, относительно которой определяют­ся и оцениваются параметры шероховатости поверхности.

В СССР при стандартизации шероховато­сти поверхности в основу принята система от­счета М, в которой в качестве базовой линии служит средняя линия профиля, т. е. линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально.

По ГОСТ 2789 — 73 установлено шесть па­раметров шероховатости поверхности: Ra, Rz, Rmax, Sm, S и t_p.

Среднее арифметическое отклонение про­филя определяется из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l:

,

или приближенно

,

где y — отклонение профиля, определяемое расстоянием между точкой и базовой линией и измеренное по нормали, проведенной к сред­ней линии через эту точку; n — число выб­ранных точек на базовой длине.

Высота неровностей профиля по десяти точкам определяется суммой средних абсо­лютных значений высот пяти наибольших вы­ступов профиля и пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

,

где у_рі — высота i-гo наибольшего выступа профиля; у_vi — глубина i-й наибольшей впа­дины профиля.

Расстояние между линией выступов профи­ля и линией впадин профиля в пределах ба­зовой длины представляет собой наибольшую высоту R_max неровностей профиля.

Отрезок средней линии профиля, содержа­щий неровность профиля, называется шагом неровностей профиля. Средний шаг неровно­стей профиля Sm – это среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины.

Средний шаг местных выступов профиля S - это среднее значение шагов выступов про­филя, находящихся в пределах базовой длины.

Опорная длина профиля η_р определяется суммой длин отрезков b_i отсекаемых на за­данном уровне в материале профиля линией, эквидистантной средней линии, в пределах ба­зовой длины:

,

Для сопоставления размеров опорных по­верхностей, обработанных различными мето­дами, удобно пользоваться понятием относительной опорной длины профиля t_p, опреде­ляемой отношением опорной длины профиля к базовой длине:

.

Стандарт распространяется на шерохова­тость поверхностей со следующими интерва­лами числовых значений параметров: Ra = 100 ÷ 0,008 мкм; Rz = R max = 1600 ÷ 0,025 мкм; S = Sm = 12,5 ÷ 0,002 мм; t_р = 90 ÷ 10 % при p = 90 ÷ 5% oт Rmax; l = 25 ÷ 0,01 мм.

При необходимости устанавливают требо­вания к направлению неровностей поверхно­сти: параллельное, перпендикулярное, перекре­щивающееся, произвольное, кругообразное, радиальное.

Требования к шероховатости устанавли­вают по одному или нескольким параметрам путем указания их числовых значений (наи­большего, номинальною или диапазона значе­ний) и значений базовой длины, на которой происходит определение параметра.

Кроме указанных в стандарте параметров шероховатости, в инженерных расчетах часто использую с такие параметры, как среднее квадратическое отклонение профиля в пределах базовой длины

и высоту наибольшего профиля Rp — рас­стояние от средней линии до высшей точки профиля в пределах базовой длины.