Шероховатость поверхности ra и rz: параметры, таблица

Любые типы поверхностей, какие бы они не были ровными на первый взгляд, имеют в своей структуре череду подъемов и впадин. На вид это близко к форме горных массивов. Высоту этих «гор» и характеризует шероховатость.

Шероховатость представляет собой совокупность неровностей поверхности.

Параметры, средства измерения и обозначение шероховатости в конструкторской документации полностью стандартизированы. Они описываются тремя государственными стандартами: ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82 и ГОСТ 2.309-73.

Примеры обозначения шероховатости

Обозначение шероховатости симметрично расположенных элементов симметричных изделий наносят один раз
Если шероховатость одной и той же поверхности различна на отдельных участках, то эти участки разграничивают сплошной тонкой линией с нанесением соответствующих размеров и обозначения шероховатости. Через заштрихованную зону линию границы между участками не проводят.

Обозначения шероховатости поверхности зубьев

Обозначение шероховатости поверхности профиля резьбы

Пример обозначения шероховатости наружной резьбы

Пример обозначения шероховатости внутренней резьбы

Пример обозначения шероховатости внутренней конической резьбы

Пример обозначения шероховатости внутренней резьбы

Решение

Допуск размера IT = 13 мкм, поэтому параметр = 0.5 ТF = 0.5∙4 = 2 мкм. Параметр = 0.2∙= 0.2∙2 = 0.4 мкм. Для нанесения на чертеже детали принимаем = 0.4 мкм.

Шероховатость поверхности обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Структура обозначения шероховатости поверхности показана на рис. 3.15.

Для обозначения на чертежах шероховатости поверхности применяют знаки, приведенные на рис. 3.16.

Числовые значения параметров шероховатости указываются после соответствующего символа (, ), кроме значений параметра , который проставляется без символа (см. рис 3.16).

Обозначения шероховатости поверхности, в которых знак не имеет полки, располагают относительно основной надписи чертежа так, как показано на рис. 3.17.

При указании одинаковой шероховатости для части поверхностей изделия в правом верхнем углу чертежа помещают обозначение одинаковой шероховатости и знак шероховатости в скобках. Знак в скобках означает, что все поверхности, на которых на изображении не нанесены обозначения шероховатости, должны иметь шероховатость, указанную перед скобками.

Рис. 3.17 Рис. 3.18

Размеры и толщина линий знака в обозначении шероховатости, вынесенном в правый верхний угол чертежа, должны быть приблизительно в 1,5 раз больше, чем в обозначениях, нанесенных на изображении (рис. 3.18).

Пример указания шероховатости поверхности приведен на рис. 3.19.

При указании двух и более параметров шероховатости поверхности в обозначении шероховатости значения параметров записывают сверху вниз в следующем порядке:

 параметр высоты неровностей профиля,

 параметр шага неровностей профиля,

 относительная опорная длина профиля.

В обозначении указано (см. рис. 3.19):

1. Среднее арифметическое отклонение профиля не более 0,1 мкм на базовой длине l = 0,25 мм (в обозначении длина не указана, так как соответствует значению, определенному стандартом для данной высоты неровностей).

2. Средний шаг неровностей профиля должен находиться в пределах от 0,063 мм до 0,04 мм

на базовой длине l = 0,8 мм.

3. Относительная опорная длина профиля на 50%-ном уровне сечения должна находиться в пре-

делах на базовой длине l = 0,25 мм.

Шероховатость поверхности измеряется в микрометрах (1 мкм = 0,001 мм) и оценивается обычно по двум параметрам Rz и Ra .

Rz — это высота неровностей профиля по 10 точкам в то время как Ra — это среднее арифметическое отклонение профиля.

Примерное соответствие этих параметров друг другу с привязкой к классу чистоты шероховатости поверхности смотрите в таблице приведенной ниже:

Класс чистоты поверхности Среднеарифметическое отклонения
профиля Ra, мкм
Высота неровностей Rz, мкм Базовая длина l, мм
не более
1 80 320 8
2 40 160 8
3 20 80 8
4 10 40 2,5
5 5 20 2,5
6 2,5 10 0,8
7 1,25 6,3 0,8
8 0,63 3,2 0,8
9 0,32 1,6 0,25
10 0,16 0,8 0,25
11 0,08 0,4 0,25
12 0,04 0,2 0,25
13 0,02 0,1 0,08
14 0,01 0,05 0,08

В большинстве случаев шероховатость поверхности определяется одним из параметров Ra или Rz.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — является суммой средних абсолютных значений высот точек пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин в пределах базовой длины, измеренных от произвольной линии АВ

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – это среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля yi от средней линии m в пределах базовой длины

Рисунок 1.

Механизм возникновения шероховатости

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.

Образование неровностей на обработанной поверхности можно представить как след от движения режущих кромок инструмента. Назовём такой профиль регулярным (рис.2).

На образование регулярного профиля влияет геометрия резца, в частности – углы в плане, а так же величина подачи S. Их влияние описывается формулой

В реальном процессе резания впереди резца и под обработанной поверхностью образуется зона пластической деформации, которая вносит некоторую погрешность в регулярный профиль. Пластически деформированный металл в отдельных местах как бы наволакивается на микронеровности, а в где-то вырываются отдельные куски металла. Потому реальное значение Rz может быть записано как:

где — приращение высоты микронеровностей, вызванное пластической деформацией металла. Следовательно, чем меньше пластическая деформация, тем меньше высота микронеровностей. Величина пластической деформации зависит, в большей степени, от твёрдости обрабатываемого материала и, в меньшей — от глубины резания — t.

Методы и средства оценки шероховатости 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. Эталоны, применяемые для оценки шероховатости поверхности визуальным способом, должны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь. Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценки заключается в измерении микронеровностей поверхности с помощью приборов: профилографов и профилометров.

Профилографы

Профилографы — это приборы, позволяющие получатть изображение микронеровностей профиля в увеличенном масшттабе на каком-либо носителе (фотоплёнке, фотобумаге).

Профилометры — минуя этап получения изображения, производят необходимые измерения профиля микронеровностей.

Рисунок 3.

Схема профилографа Б. М. Левина приведена на рис. 3. Луч света от лампы 1, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5, падает на зеркала 8 и 7. Зеркало 8 связано с ощупывающей иглой 9. Луч света, отраженный от зеркала 7 и затем от зеркала 8, проходит оптическую систему 6 и, попадая на зеркала 4 и далее на цилиндрическую линзу 14, проецирует изображение щели 3 на светочувствительную пленку 13,расположенную на барабане 12. Изображение щели проецируется в виде световой точки. Деталь 10, на поверхности которой измеряют шероховатость, располагается на верхнем диске предметного стола 11. При вращении синхронного двигателя стол вместе с деталью движется поступательно относительно иглы 9, а барабан 12 вращается. Таким образом, на светочувствительной фотоплёнке получается изображение пути светового луча, повторяющего профиль обработанной поверхности испытуемой детали.
Рисунок 4.

Читайте также  Как паять диодную ленту

Принцип действия профилометра конструкции В. М. Киселева заключается в возбуждении колебаний напряжения в результате движений ощупывающей иглы. На рис. 4 приведена схема этого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным наконечником, радиус закругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижний конец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан с индукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полюсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемый этим перемещением ток подают на усилитель и затем на гальванометр. Перемещение иглы по поверхности осуществляют с помощью электропривода со скоростью 10. 20 мм/с. Давление иглы на поверхность проверяемой детали составляет 5. 25 кПа. При подключении к профилометру осциллографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.

Рисунок 5.

Для измерения шероховатости предназначен также двойной микроскоп В. П. Линника (рис. 5). Прибор состоит из двух частей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б для наблюдения и измерения профиля поверхности. Оси обеих частей микроскопа, наклоненные под углом 45° к исследуемой поверхности, пересекаются между собой в предметной точке объективов.

В плоскости изображения объектива 3 микроскопа А перпендикулярно плоскости оси микроскопа расположена щель 2, освещаемая источником света 1. Объектив 3 дает уменьшенное изображение а щели 2 на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутствии на участке поверхности Р микронеровностей объектив 4 микроскопа Б в плоскости сетки окуляра 5 даст изображение а 2 той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.

При том же расположении микроскопов А и Б при наличии микронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверхности P 1 при наблюдении будет казаться выходящей из точки a 1 или из точки а 1 поверхности Р 1, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки из на сетке окуляра 5 будет на расстоянии h от оси микроскопа Б, равном h = 2xh sin 45°, где х — увеличение объектива 4.

Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр. Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотографировать исследуемую поверхность с высотой неровностей 0,9. 60 мкм.

На чертеже, как правило, указывается шероховатость Ra.

Для обозначения шероховатости используют знак, представленный на рисунке.

Чем меньшее число указано под знаком шероховатости, тем «чище» должна быть обрабатываемая поверхность.

Структура знака, для обозначения шероховатости показана на рисунке.

Для обозначения шероховатости Ra используют числа из ряда 100; 80; 63; 50; 40; 32; 25; 20; 16,0; 12,5; 10,0; 8,0; 6,3; 5,0; 4,0; 3,2; 2,5; 2,0; 1,6; 1,25; 1,00; 0,8; 0,63; 0,50; 0,4; 0,32; 0,25; 0,2; 0,16; 0,125; 0,1; 0,080 0,063; 0,050; 0,040; 0,032; 0,025; 0,020; 0,016; 0,012. Предпочтительные значения, выделены полужирным шрифтом.

Расположение знака для поверхностей расположенных под различными углами показано на рисунке.

Для указания поверхности, которая по данному чертежу не обрабатывается, или должна быть образована без снятия слоя металла используют следующий знак.

Неуказанная шероховатость

Шероховатость поверхностей детали указывается в правом верхнем углу чертежа, знак шероховатости в скобках означает — кроме обозначенных поверхностей, то есть неуказанная шероховатость действительна только для тех поверхностей, у которых не обозначена шероховатость на самом чертеже.

Размеры знака должны быть в 1,5 раза больше размеров знаков расположенных на чертеже.

Основные параметры шероховатости

Под шероховатостью поверхности детали понимают числовое отображение величины микронеровностей поверхности в микронах, показывающее отклонение от идеальной поверхности.

В основном используются 2 параметра шероховатости поверхности:

  • Ra. Среднеарифметическое отклонение профиля.
  • Rz. Высота неровностей профиля по 10 экстремальным точкам.

Приблизительное соотношение этих параметров Вы можете увидеть в этой таблице:

В этой же таблице Вы можете увидеть приблизительное соотношение используемых сейчас параметров шероховатости с использовавшимися ранее показателями класса шероховатости и группы чистоты («треугольники»).

На практике, как правило, грубую обработку обозначают параметром Rz320-20, более тонкую – Ra2,5-0,025 (еще более тонкую тоже принято обозначать параметром Rz0,1-0,025).

Значения шероховатостей для обозначения на чертежах выбирают из стандартизованного ряда:

Выбор значения шероховатости довольно тесно связан с точностью изготавливаемого изделия — его квалитетом, а так же с особенностями посадки с сопряженной деталью.

Виды и параметры

Как и любая другая физическая величина, шероховатость обладает параметрами и может подразделяться на несколько разновидностей. Можно также осуществить перевод шероховатости Rz в Ra.

Среди основных видов можно выделить:

  1. Исходную шероховатость, появляющуюся в результате обработки поверхности абразивным материалом.
  2. Эксплуатационную шероховатость, которая приобретается в процессе трения и износа.
  3. Равновесную шероховатость, приобретенную при трении в стационарных условиях.

Номенклатура параметров шероховатости на основе ГОСТ 2789-73 может иметь следующий вид.

  • Ra – показатель средне-арифметического значения профильного отклонения.
  • Rz – показатель высоты неровностей профиля, снятый в 10 точках.
  • S – выражает средний шаг местных выступов профиля;
  • Sm – шаг неровности в среднем арифметическом значении;
  • Rmax – максимальный показатель высота профиля;
  • tp – относительный размер профиля (опорный), р – уровень сечения.

Для определения шероховатости может применяться несколько способов. Выбор того или иного зависит от конкретных условий. Существует также таблица шероховатостей Ra и Rz.

Метрология

Как упоминалось в предыдущей статье, изготовить любую деталь в соответствии с номинальными требованиями невозможно – всегда присутствуют погрешности размеров и форм, обусловленные несовершенством технологии, оборудования и средств измерения, а также человеческим фактором.
Отклонения геометрических параметров, таких, как прямолинейность, круглость и плоскостность, выражаются в макро- и микронеровностях, которые, в зависимости от характера погрешностей формы называют волнистостью или шероховатостью.

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 . Волнистость и другие виды отклонения формы и профиля на ограниченном базовой длиной участке имеют единичные отклонения от номинальной линии профиля (поверхности), а шероховатость на таком же участке характеризуется многочисленными выступами и впадинами (см. рис. 1).

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (выступам и впадинам), получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью.
Числовые значения параметров шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля, т.е. базовая линия .
Для количественной оценки шероховатости и обозначения ее в технических документах (чертежах, конструкторской и технологической документации) наиболее часто используют три основных параметра:

Ra — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины, т. е. учитываются размеры всех выступов и впадин на протяжении базовой длины, по которым определяется среднее арифметическое значение отклонения от базовой линии.

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, заключающаяся в разности между максимальными выступом и впадиной в пределах базовой длины.

Читайте также  Шкале роквелла

Предпочтительным является параметр Ra , поскольку определяется по большему количеству точек профиля и наиболее точно оценивает шероховатость исследуемой поверхности по базовой длине. В связи с этим параметром Ra нормируется шероховатость образцов сравнения, используемых для оценки шероховатости в промышленности и машиностроении.

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).

Требования к шероховатости поверхности устанавливают исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости не устанавливают и шероховатость поверхности не контролируют.

Способы измерения шероховатости поверхностей

В машиностроении наиболее часто используют следующие способы измерения шероховатости поверхностей:

  • Визуальный , заключающийся в сравнении образца с измерительным эталоном (шаблоном);
  • Бесконтактный — при помощи микроскопа со специальной шкалой отклонений формы поверхности;
  • Контактный при помощи специального прибора — профилометра.

Обозначение шероховатости поверхностей на чертежах

Правила нанесения обозначения шероховатости поверхностей на чертежах установлены ГОСТ 2.309-73 (СТ СЭВ 1632-79).
Исходя из числовых значений параметров Ra и Rz ГОСТ 2789–73 устанавливает 14 классов шероховатости. Наиболее распространенными в машиностроении являются 1 – 8 классы (таблица 1).

Таблица 1 – Размеры шероховатости поверхности (ГОСТ2789–73)