Частота обработки поверхности металла

Шероховатость поверхности ra и rz: параметры, таблица

Не тот параметр шероховатость, о котором стоит забывать при проектировании изделий. Прочность, электропроводность, точность сопряжения – это неполный список как шероховатость Ra и Rz может повлиять на эксплуатационные свойства деталей. Ее значение сильно зависит от способа обработки, а измерение связано с острым чувством осязания. И это не тот параметр, о котором стоит забывать при проектировании изделий.

Что такое шероховатость

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.

Какие параметры шероховатости существуют

Существует свыше 8 параметров, которые характеризуют значение высоты неровностей поверхности. В статье мы разберем лишь самые востребованные, незнание которых будет значительным пробелом для любого технического специалиста. Это Ra и Rz.Значение Rz показывает среднеарифметическое значение высоты, взятое по 10 точкам поверхности. Это означает, что в измерении участвовали только 5 подъемов и 5 впадин. Весь остальной «горный массив» в расчет не принимался. В системе СИ Rz измеряется в микрометрах.

Ra является также среднеарифметическим показателем высоты шероховатости. От Rz его отличает то, что в расчет берется не 10 точек, а все. По этой причине параметр Ra более точно отображает неровность поверхностей и считается более предпочтительным.

Помимо Ra и Rz стоит упомянуть о еще одном параметре, близкий по смыслу вышеупомянутым. Это Rmax. Он отображает высоту неровностей поверхности только по ее максимальным точкам. По наибольшей высоте и наименьшей впадине. В нынешнее время Rmax не используется в силу своей грубой точности.

Измерение

Шероховатость меряют двумя способами: качественным и количественным. Качественный метод оценки неровностей поверхности больше подходит непосредственно для производственников. В тех ситуациях, когда глубокий анализ не целесообразен или на него нет банально времени. Данный способ носит более грубый характер и заключается в сравнении гладкости исследуемой поверхности с неким эталоном на ощупь.

Эталон представляет собой небольшую металлическую плитку с габаритными размерами 30х30 мм и толщиной 5 мм. Он имеет определенное значение Ra и Rz, является образцом по которому сравнивают качество поверхности. Такие плиты собирают в наборы с указанием напротив каждой позиции значение шероховатости.

Количественный метод более точен и требует для своего осуществления специального оборудования. Это могут быть профилометры, профилографы и двойные микроскопы. По исследуемой поверхности проводят подключенным к приборам стержень с алмазным наконечником, высокочувствительным к перемещениям. Этот стержень полностью повторяет форму поверхностей и передает ее размеры на экран или ленту профилограммы. Дальше, по полученным данным лаборант делает точное заключение о значение шероховатости и передает ее службе качества.

Какие виды поверхностей существуют

Для обеспечения взаимозаменяемости и унификации производства, параметры шероховатости объединяют в классы. Всего существует 14 их разновидностей. Каждому классу присвоено определенное значение Ra и Rz. Самый точный класс – четырнадцатый, самый грубый – первый. По этой причине поверхности также подверглись классификации. В производстве встречаются следующие их виды:

• Установочные поверхности, неподвижные относительно друг друга, к которым не предъявляются требования по герметичности. Для них значение Ra составляет 2,5-20 мкм.
• Рабочие поверхности, которые перемещаются друг относительно друга. Сюда входят соединения типа поршень-цилиндр, которые часто можно встретить в устройствах разнообразных двигателей и насосов. Ra для них равняется 0,16-2,5 мкм.
• Ограничительные и соединительные поверхности. Под этим подразумеваются элементы, необходимые для крепления и сборки. Это всевозможные корпуса, фиксаторы и прочие механизмы. Ra для них колеблется в пределах 2,5-20 мкм.
• Специальные поверхности. Здесь, главным образом, имеются ввиду органы управления. Обработка таких поверхностей крайне высока с их значением Ra 0,63-0,08 мкм.

Обозначения отклонения неровности поверхностей

На чертеже шероховатость указывается согласно приведённой ниже схеме.

Как видно, внешнее обозначение напоминает математический квадратный корень с соответствующими надписями в определенных местах. Каждая такая надпись характеризует определенный параметр шероховатости. Разберем их более подробно.

В левом верхнем углу указывается значение шероховатости по Ra и Rz. При чем стоит отметить, что если показано просто число, то автоматически это имеется ввиду Ra. Для обозначения Rz, необходимо дополнительно дописать буквенное примечание.

Существует три разновидности формы этого математического корня:

• Треугольник без верхнего основания указывает, что способ получения шероховатости не задан конструктором. Есть требования к качеству поверхности, а каким способом оно будет достигнуто (шабрение, полировка и прочее) неважно.
• С кругом в вершине. Поверхность не нуждается в дополнительном улучшении.
• С верхним подчеркиванием. Этот знак говорит, что шероховатость должна достигаться обязательным снятием слоя металла.

В зоне над полкой прописывается тип механической обработки с помощью которой нужно довести поверхность до заданного значения Ra и Rz. Обычно сюда прописываются такие термины как «полировать», «шабрить» и прочее виды механической обработки.

В левом нижнем углу под полкой прописывается направление линий неровностей шероховатости. Разберем этот параметр на примере. Допусти Вам нужно прошлифовать поверхность стола абразивным кругом. В зависимости от того как Вы будете направлять инструмент пойдут линии шероховатости. Если будете его водить кругами, то Вы увидите волны от следов круга. Если движения будут пересекать друг друга, то плоскость стола будет в крестах. Это и регулирует данный параметр. В некоторых случаях это не важно, а некоторых имеет решающее значение.

Справа от направлений линий неровностей становиться значение базовой длины, на которой измеряется шероховатость. Ее значение стандартизировано и необходимы для того, чтобы минимизировать воздействие на точность измерения плоскостью прогиба самой поверхности.

Классы чистоты обработки металлоконструкций

От класса обработки металлоконструкций зависит качество выполнения работ. Класс также влияет на прочностные характеристики, внешний вид и устойчивость к износу. Введение в обиход классификации по обработке поверхности изделий упрощает стандартизацию и исключает возникновение разногласий между исполнителем и заказчиком.

Понятие качества обработки

Во время обработки заготовок на фрезерном станке на поверхности образуются гребешки и впадины. Наличие неровностей снижает качество металлоконструкций. В процессе обработки в верхних слоях металла также может образовываться остаточное напряжение, а во внутренних слоях – разность твердости, при которой возникает наклеп или упрочнение. эти вещи влияют на свойства и характеристики готовой продукции, и по ним определяется класс обработки.

Качество готовых изделий определяется двумя основными показателями:

• физическими;
• геометрическими.

Соотношение физических и механических свойств наружной и центральной частей детали определяют ее качество.

Физические критерии

Во время обработки заготовки подвергаются пластическим изменениям, что влечет за собой изменение характеристик материала по сравнению с первоначальными. При этом происходит упрочнение внешней части и в ней появляется внутренне напряжение. В процессе фрезерной обработки на специальной установке упрочненный слой уменьшается до нескольких сотых миллиметра. При использовании цилиндрической фрезы этот слой может варьироваться в пределах 0,04-0,08 мм, а при использовании торцевой фрезы этот параметр составляет от 0,06 до 0,1 мм. Наличие внутреннего напряжения и упрочнений способствует снижению класса обработки деталей, они снижают продолжительность их эксплуатации.

Микрогеометрические критерии

Грубая черновая обработка с использованием зубчатой фрезы, особенно на больших оборотах, вызывает появление неровностей на кромке деталей, которые можно обнаружить невооруженным взглядом и легко определить на ощупь. Шероховатости и волнистости же менее заметны и практически не прощупываются.

Класс геометрической точности зависит от микрогеометрии, которая зависит от таких параметров:

• качество, износ и форма фрезы;
• жесткость оборудования для обработки и возникающие в процессе вибрации;
• параметры настройки фрезерной машины;
• механические особенности металлической заготовки.

К чему могут привести шероховатости на поверхности металлоконструкций

• некорректная стыковка элементов;
• снижение прочности соединения;
• дефектное наложение лакокрасочных и гальванических покрытий;
• нарушение геометрических данных при измерении;
• падение жесткости стыков;
• ускорение процессов окисления;
• порча металла.

Категории чистоты обработки металла

• Грубая. Наличие шероховатостей можно определить невооруженным взглядом. Получается при использовании метода ручной обработки крупным напильником или фрезами, ножами и сверлами на специальном станке.
• Получистая. При визуальном осмотре неровности практически не заметны. Получается при применении ручного напильника с мелкоабразивной поверхностью или специализированного станка.
• Чистая. Дефекты можно различить только используя специальный инструмент. Для ее получения используется бархатный напильник или специальный шлифовальный агрегат.
• Очень чистая. Предполагает практически полное отсутствие неровностей и шероховатостей. Получается при помощи использования высокоточного ручного шлифовального инструмента или притирки. Такой класс чистоты обработки принят за эталонный.

Классы обработки поверхности металла

Для определения шероховатости используется специальный прибор, а измерение этого критерия проводится в единицах микрометр. Регламент определения чистоты установлен нормами ГОСТ. Всего существует 14 классов обработки поверхности металлоконструкций, которые указаны в таблице.

Шероховатость поверхности

Одним из самых важных параметров при обработке деталей является шероховатость поверхности. Именно чистота обработки имеет определяющее значение для надежности и долговечности детали и при ее несоответствии проектным значениям, мы получим преждевременный выход детали или целого узла из строя и его дорогостоящий ремонт. Например, если не придать значения этому фактору при изготовлении деталей двигателя, результатом будет быстрый выход всего агрегата из строя.

Что такое шероховатость поверхности

Совокупность микроскопических неровностей, образующих рельеф поверхности, рассматриваемые в пределах участка, длина которого равна базовой длине — называют шероховатостью поверхности. Далее рассмотрим в чём измеряется шероховатость поверхности.

Как обозначается шероховатость поверхности

На рисунке ниже показаны основные способы схематического обозначения, а так же обозначения шероховатости на чертежах

Описание того, как правильно располагать на чертежах обозначения, подробно описано в ГОСТ стандартах и специальной технической литературе, поэтому не будем останавливаться на этом. Рассмотрим основные параметры, по которым оценивается шероховатость поверхности.

В чем измеряется шероховатость поверхности

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:

Средства измерения шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности можно измерить двумя способами:

• Визуальный метод сравнения поверхности с эталоном (сравнение на ощупь)
• Прибором для измерения шероховатости

Для экспресс оценки в машиностроительной, ремонтной и приборостроительной отраслях промышленности, где допускаются отклонения от проектной величины, как правило, используют визуальный метод сравнения. В качестве эталонов используют образцы шероховатости, полученные различными способами обработки и имеющие заранее известное значение шероховатости.

Для более точного измерения шероховатости поверхности, в местах где требуется строгое соответствие проектным величинам, применяют специальные приборы: профилометры или профилографы. С помощью профилографа получают так называемую профилограмму, которая требует дополнительной расшифровки, в то время как профилометр сразу показывает точное значение неровности по заданным параметрам. Существуют как портативные профилометры применяемые в «полевых» условиях, так и стационарные приборы, которые используются в метрологических лабораториях для непосредственной калибровки эталонов шероховатости, а так же в учебных целях.

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что контроль поверхности важно проводить в тех случаях, когда необходимо износостойкость, антикоррозийную стойкость и исключить возможность появления поверхностных трещин от усталости металла. Иногда низкий уровень шероховатости нужно получить не только для технических характеристик детали, но и для ее эстетического вида.