Шероховатость поверхности
Реальная поверхность, ограничивающая деталь, в отличие от номинальной — геометрически правильной и «гладкой» -имеет сложный профиль, характеризующийся макрогеометрией и микрогеометрией. К микрогеометрии относят шероховатость поверхности. Поскольку шероховатость оказывает непосредственное влияние на функционирование сопряжений, ее нормируют для всех сопрягаемых поверхностей.
Гармоническое искажение профиля со сравнительно малыми амплитудами называют волнистостью. Волнистость занимает промежуточное положение между макрогеометрией и микрогеометрией, поскольку высотные параметры близки к шероховатости, а шаговые — к отклонениям формы.
В соответствии со стандартом на допуски формы и расположения поверхностей волнистость включают в погрешности формы, если она не нормируется особо. Нормирование волнистости на уровне стандартов пока не реализовано, но параметры и характеристики описаны в литературе и при необходимости их можно использовать.
Под шероховатостью поверхности понимают совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины. Базовую длину стандарт определяет как длину базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Базовая линия имеет идеальную геометрическую форму, соответствующую номинальному профилю рассматриваемой поверхности, и может быть отрезком прямой, дугой окружности или отрезком профиля иной правильной формы. Базовая линия определяется на основании сечения номинальной поверхности плоскостью, в которой рассматривают совокупность неровностей поверхности.
Шероховатость поверхности описывают характеристиками и параметрами микронеровностей профиля, получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью, направленной по нормали к ней. В случае, когда к реальной поверхности может быть проведено множество нормальных секущих плоскостей, выбирают сечение, имеющее максимальные параметры шероховатости, если направление измерения шероховатости не оговорено специально. Так, к номинально плоской поверхности секущие плоскости могут быть проведены в любом нормальном направлении, а к номинально цилиндрической — либо через ось, либо перпендикулярно к ней.
Параметры шероховатости номинально прямолинейного профиля оценивают с использованием системы координат, одной из осей которой является средняя линия профиля 
(рис. 3.79).
Средней линией профиля называется базовая линия, имеющая форму номинального профиля поверхности и делящая действительный профиль так, что в пределах базовой длины сумма квадратов расстояний 
точек профиля до этой линии минимальна. На профилограмме, представляющей реаль-
ный профиль, средняя линия профиля проходит таким образом, что площади между контуром профиля и линией , расположенные выше и ниже средней линии в пределах длины 
, равны между собой.
Числовые значения базовой длины по ГОСТ 2789-73 выбирают из ряда значений, в миллиметрах: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25. Выбор базовой длины приходится увязывать со значениями параметров шероховатости оцениваемого профиля. Недостаточная длина не обеспечит представительности оценки параметров, а слишком большая — приведет к искажению оценки параметров из-за влияния макрогеометрии.
Характеристики и параметры шероховатости поверхностей устанавливает ГОСТ 2789-73, требования которого распространяются на поверхности изделий независимо от их материала и способа изготовления (исключение составляют ворсистые, пористые и аналогичные поверхности). При определении параметров шероховатости местные дефекты поверхности (раковины, трещины, вмятины, царапины и т.д.) из рассмотрения исключаются.
Для количественной оценки шероховатости стандарт устанавливает шесть параметров: три высотных 
, два шаговых 
и параметр 
, характеризующий относительную опорную длину профиля.
Наибольшая высота неровностей профиля 
определяется расстоянием между линией выступов профиля и линией его впадин в пределах базовой длины:
где 
— высота наибольшего выступа профиля; 
— глубина наибольшей впадины профиля.
Линия выступов профиля — линия, эквидистантная его средней линии, проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины. Линия впадин профиля строится аналогично, но проходит через самую низко расположенную точку профиля.
Поскольку на выбранной базовой длине может оказаться недостаточно представительная впадина (или выступ) профиля, более информативный параметр, характеризующий высоту, неровностей профиля можно получить усреднением некоторой совокупности высот.
Высоту неровностей профиля по десяти точкам 
определяют как среднее арифметическое суммы абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля (от средней линии) в пределах базовой длины.
где 
и 
— соответственно высота 
-го выступа и глубина -й впадины профиля на базовой длине (по десяти наиболее удаленным точкам профиля) или
где 
— высота -го наибольшего по высоте выступа и последующих выступов профиля; 
— глубина -й наибольшей по глубине впадины и последующих впадин профиля.
Числовые значения 
и 
по ГОСТ 2789-73 приведены в табл. 3.9. Жирным шрифтом выделены предпочтительные значения.
Среднее арифметическое отклонение профиля 
определяется как среднее арифметическое значение всех абсолютных отклонений профиля в пределах базовой длины (реально число отклонений профиля приходится ограничивать некоторым значением 
):
где — число выбранных точек профиля на базовой длине или, более строго,
где — базовая длина, на которой оценивается значение параметров шероховатости.
Числовые значения 
по ГОСТ 2789-73 приведены в табл. 3.10. Жирным шрифтом выделены предпочтительные значения.
Числовые значения 
и 
в таблицах ГОСТ 2789-73
Средний шаг неровностей профиля 
определяется как среднее значение шагов неровностей профиля (по средней линии) в пределах базовой длины:
где 
-й шаг неровностей — отрезок средней линии профиля, который отсекают два одноименных (левых или правых) участка профиля; — число шагов профиля на базовой длине.
Средний шаг местных выступов профиля 
определяется как среднее значение шагов между местными выступами профиля в пределах базовой длины,
где 
-й шаг местных выступов профиля — отрезок средней линии между проекциями на нее наивысших точек соседних местных выступов профиля; — число шагов местных выступов профиля на базовой длине.
Относительная опорная длина профиля 
представляет собой отношение опорной длины профиля к базовой длине:
где 
опорная длина профиля — суммарная длина отрезков профиля, отсекаемых в материале на базовой длине линией, эквидистантной средней линии 
. Если .условно «отбросить» отсекаемый материал, то ответная деталь с идеальным профилем в пределах базовой длины будет опираться на оставшиеся отрезки 
— длина 
-го отрезка, отсекаемого на заданном уровне сечения профиля 
в материале профиля линией, эквидистантной средней линии 
— уровень сечения профиля -расстояние от линии выступов до линии, пересекающей профиль эквидистантно средней линии профиля.
Уровень сечения профиля выражается в процентах от 
выбирается из ряда (в процентах от ): 5, 10, 15, 20, 25Г30, 40, 50, 60, 70, 80, 90.
Относительная опорная длина профиля 
задается в процентах от базовой длины 
и выбирается из ряда: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90.
Как было сказано выше, саму базовую длину выбирают, увязывая ее со значениями параметров шероховатости оцениваемого профиля. ГОСТ 2789-73 рекомендует соотношения базовой длины и высотных параметров 
(табл. 3.11), которые разработаны на основе анализа их взаимосвязи для традиционных технологических процессов получения (обработки) поверхностей.
В дополнение к количественным параметрам шероховатости стандарт допускает нормирование качественной характеристики — направления неровностей. Типы направления неровностей, их схематические изображения и условные знаки для обозначения направления неровностей представлены в табл. 3.12.
Направление неровностей в ряде случаев имеет большое значение. Как наиболее яркий пример можно представить работу металлической и пластмассовой поверхностей в сопряжении с трением скольжения. Специально проведенные исследования показали, что изменение направления неровностей металлической поверхности меняет износостойкость сопряжения примерно в 5-10 раз. Сопряжения металлических поверхностей не дают столь ярко выраженного эффекта, но благоприятные направления неровностей позволяют существенно снизить силы трения и повысить долговечность деталей.
Параметры для нормирования шероховатости следует выбирать с учетом назначения поверхности и требуемых эксплуатационных свойств (табл. 3.13).
Примечание. Параметры, не заключенные в скобки, являются предпочтительными.
Требования к шероховатости поверхности устанавливают путем выбора нормируемых параметров шероховатости (одного или нескольких), назначения числовых значений выбранных параметров, а при необходимости и базовых длин, на которых происходит определение этих параметров. Как правило, из однотипных параметров (высотных и шаговых) назначают по одному, например, 
или 
(вместо изредка назначают ); 
или 
, причем для ответственных поверхностей могут быть назначены параметры всех трех типов и направление неровностей.
Из высотных параметров шероховатости наиболее информативен параметр , который и определен стандартом как предпочтительный. Обычно конструкторы ограничиваются нормированием высотных параметров, хотя остальные стандартные параметры могут оказаться очень важными с позиций обеспечения функционирования сопряжения и изделия в целом и во многом определять свойства поверхностей в сопряжениях, а также конкурентоспособность изделий. Следует отметить, что кроме физико-механических свойств поверхностного слоя весьма важную роль играет микрогеометрия сопрягаемых поверхностей.
Параметры 
нормируют в случаях, когда по функциональным требованиям необходимо ограничить полную высоту неровностей профиля, шаг неровностей и их форму.
Параметр нормируют вместо параметра как более представительный, или иногда вместо параметра — когда прямой контроль параметра по техническим причинам не представляется возможным (например, для поверхностей, имеющих малые размеры или сложную конфигурацию).
При назначении требований к шероховатости следует учитывать необходимость согласования высотных параметров шероховатости с допусками размеров и формы поверхностей. Связь между высотными параметрами шероховатости и допусками макрогеометрии формально отсутствует, поскольку в ГОСТ 24642-81 сказано, что шероховатость не входит в погрешности формы.
Однако при высотных параметрах шероховатости, соизмеримых с отклонениями формы, их необходимо принимать в расчет. Поскольку расстояния между впадинами и выступами микрорельефа в некоторых случаях оказываются большими, чем значения допусков формы, теоретически годные по макрогеометрии детали могут быть забракованы, например, при контроле отклонений формы. Для повышения определенности принимаемых решений следует ограничить высотные параметры шероховатости, увязав их с наименьшими допусками макрогеометрии поверхностей.
Назначая параметры шероховатости поверхностей, следует учитывать возможность их обеспечения при использовании рациональных методов обработки деталей. Примеры связи точности обработки поверхностей деталей резанием и получаемых при этом высотных параметров шероховатости поверхности приведены в табл. 3.14.
В таблице 3.15 представлены некоторые материалы, относящиеся к условным обозначениям шероховатости поверхности на чертежах.
Эта лекция взята со страницы лекций по нормированию точности:
Нормирование точности: курс лекций
Возможно эти страницы вам помогут:
