Точность шероховатости: Шероховатость и точность поверхностей в зависимости от условий

Шероховатость и точность поверхностей в зависимости от условий

Шероховатость поверхности, обработанной на токарном станке, и причины ее образования. Наповерхности, обработанной токарным резцом, образуются неровности в виде винтовых выступов и винтовых канавок (рис. 67, а), подобные резьбе, вполне отчетливо заметные при крупной подаче s и обнаруживаемые лишь при помощи специальных приборов, если подача невелика.

Такие неровности расположены в направлении подачи и образуют поперечную шероховатость в отличие от продольной шероховатости (рис. 67, б), образуемой неровностями в направлении скорости резания v. О происхождении последних неровностей будет сказано ниже.

При токарной обработке наибольшее значение имеет поперечная шероховатость, характеризуемая формой и размерами винтовых выступов, образующих неровности. Высота таких неровностей зависит от очень многих факторов, участвующих в процессе резания и действующих в разных случаях различно, и поэтому не может, быть определена расчетом, а находится лишь опытным путем. При обтачивании более вязких металлов, например малоуглеродистых сталей, высота неровностей получается большей, чем при обработке хрупких металлов, например чугуна. При обработке хрупких металлов (при стружке надлома) на обработанной поверхности получаются иногда очень заметные углубления, образующие продольную шероховатость.

Шероховатость поверхности уменьшается, если материал (сталь) подвергнут термической обработке, что повышает однородность его структуры шероховатости, получающиеся при токарной обработке.

Высота неровностей зависит в наибольшей степени от величины подачи. При крупных подачах эта высота значительно отличается от расчетной и превышает ее в несколько раз.

Влияние глубины резания на шероховатость поверхности не­значительно и не имеет практического значения.

Скорость резания существенно влияет на образование шероховатости поверхности. При скорости резания до 3—5 м/мин размеры неровностей незначительны; с увеличением скорости резания неровности возрастают; при повышении скорости резания до 60— 70 м/мин высота неровностей уменьшается, и при скорости около 70 м/мин шероховатость поверхности получается наименьшей. Дальнейшее повышение скорости резания незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности. Наличие нароста на резце увеличивает шероховатость поверхности, обработанной данным резцом.

Значительное влияние на шероховатость поверхности оказывает применяемый при обработке состав смазочно-охлаждающей жидкости. Наилучшие результаты получаются, если жидкость содержит минеральные масла, мыльные растворы и другие вещества, повышающие ее смазочные свойства.

Опыты ряда исследователей показали, что неровности режущей кромки резца, получившиеся вследствие некачественности доводки его, переносятся на обработанную поверхность в увеличенных размерах.

Степень затупления резца также влияет на шероховатость поверхности. При небольшом затуплении резца обработанная поверхность часто получается даже несколько чище, чем при остром резце. При дальнейшем затуплении резца шероховатость поверхности увеличивается.

Материал режущего инструмента в рассматриваемом случае также имеет значение. Так, например, резцами из твердых сплавов В Кб, ВК8 очень трудно получить хорошую поверхность при обработке вязких материалов, что объясняется склонностью этих сплавов к выкрашиванию при указанных условиях работы. Применение при этих же условиях твердых сплавов, например марок Т5К6, Т15К6 и др., а также быстрорежущих резцов позволяет уменьшить шероховатость поверхности.

На шероховатость обработанной поверхности влияют и вибрации, возникающие в процессе резания. Особое значение в этом случае приобретают чрезмерные зазоры в направляющих суппорта и в подшипниках, неточности зубчатых передач станка, плохая балансировка вращающихся частей станка, недостаточная жесткость обрабатываемой детали, углы резца, его вылет и многие причины, отмеченные в разных главах книги. Все эти вредные явления при токарной обработке вызывают продольную шероховатость поверхности.

Классификация и обозначения шероховатости поверхностей. ГОСТ 2789—59 устанавливает 14 классов чистоты (шероховатости) поверхности. Обозначения этих классов, указываемые на чертеже детали, приведены в табл. 5.

При необходимости в особо мелкой градации степеней шероховатости ГОСТ 2789—59 допускает разделение классов 6—14 на раз­ряды. В каждом из классов введены три разряда, обозначаемые буквами а, б и в. Соответствующая буква проставляется после цифры, указывающей класс чистоты данной поверхности. Например, обозначение \/8а указывает, что данная поверхность должна иметь шероховатость, соответствующую разряду а 8-го класса чистоты по ГОСТ 2789—59.

Шероховатость поверхностей деталей машин определяется путем сопоставления данной поверхности с эталонами шероховатости (рис. 68), или более точно — посредством специальных приборов. Оценка шероховатости обработанной поверхности по эталонам (образцам) производится на рабочих местах методом сравнения. Образцы выпускаются для разных видов обработки (точения, фрезерования и т. п.) и для различных металлов (стали, чугуна и т. п.), для классов чистоты от V4 до V13.

Приборы оптические (профилометры, двойной микроскоп Линника, микроинтерферометры), а также щуповые (профилографы, профилометры и др. ) используются главным образом в измерительных лабораториях. С помощью таких приборов измеряется величина высоты неровностей R_zили другой параметр определения шероховатости — среднее арифметическое отклонение профиля R_a. Среднее значение высоты неровностей для некоторых классов чистоты, обеспечиваемых токарной обработкой, составляет в мкм:

Δ7………………… 3,2—6,3
Δ6………………… 6,3—10
Δ5………………… 10—20
Δ4…………………….. 20—40
Δ3…………………….. 40—80

Шероховатости поверхностей грубее 1-го класса обозначаются в чертежах знаком \J , над которым указывается высота неровностейR_zв микрометрах, например, ^Яz500У . Поверхности, не подвергаемые обработке, обозначаются в чертежах знаком ∞.

С 1 января 1975 г. ГОСТ 2789—59 заменяется новым ГОСТ 2789—73, который вводит дополнительные параметры шероховатости поверхности (шесть вместо двух), новые обозначения классов шероховатости и др.

Условия, от которых зависит точность обработки деталей на токарных станках. Несмотря на высокие качества современных токарных станков, совершенство методов обработки, точность применяемых измерительных инструментов и наличие других благоприятных условий, влияющих на точность обработки детали, достигнуть совершенства точных размеров и правильной формы ее невозможно.

Основные причины образования погрешностей, возникающих при токарной обработке, рассматриваются ниже.

Погрешности, вызываемые неточностью станка и зажимного приспособления. Допускаемые отклонения от заданной точности при сборке станка, а также в результате износа его частей отражаются на правильности формы обрабатываемых деталей. Так, например, при обтачивании детали на станке, шейки шпинделя которого овальны, поверхность детали получается также овальной, (эллиптичной), а не цилиндрической, так что при измерении двух взаимно перпендикулярных диаметров детали в одном и том же поперечном сечении получаются разные результаты.

Другим видом отклонения от правильной формы цилиндрических деталей, обрабатываемых на токарных станках, является их конусность, получающаяся вследствие неправильно установленной передней (если обрабатываемая деталь закреплена в патроне) или задней бабки (при установке детали в центрах).

Погрешности при обработке детали во многих случаях вызываются недостаточной точностью или неисправностью зажимных приспособлений. Очевидно, например, что при обработке наружной поверхности втулки, насаженной на оправку с сильно изношенными центровыми отверстиями, требуемой концентричности наружной поверхности с поверхностью отверстия не получится. Неточность формы детали обусловливает и неточность ее размеров.

Погрешности, вызываемые неточностью формы, размеров и установки режущего инструмента, а также в результате его износа. Во многих случаях точность размеров и формы обрабатываемой детали или отдельных участков ее зависит прежде всего от точности размеров и формы применяемого режущего инструмента. Ширина канавки, обрабатываемой мерным резцом, получится равной требуемой лишь при условии, что длина режущей кромки резца соответствует ширине канавки. Точность формы фасонной поверхности зависит, очевидно, от точности формы фасонного резца, использованного для обработки этой поверхности .

Если точный по ширине прорезной резец при обработке канавки, о которой говорилось выше, установлен так, что главная режущая кромка его не параллельна оси детали, то ширина канавки получится больше ширины резца и форма ее будет неправильна.

Очевидна также и зависимость точности размера детали от точности установки резца в рабочее положение, например на требуемый диаметр детали по лимбу.

Существенное значение имеет износ режущего инструмента в процессе работы, который иногда настолько велик, что диаметр детали у конца, расположенного у передней бабки, получается несколько больше диаметра конца детали, с которого начато обтачивание (у задней бабки).

Погрешности, вызываемые неточностью измерительного инструмента и неправильным пользованием им. Такие погрешности могут быть результатом некачественного изготовления измерительного инструмента или неудовлетворительного состояния вследствие естественного износа или небрежного обращения. Погрешности, вызванные первой из указанных причин, редко встречаются при надлежащей организации производства, так как все измерительные инструменты тщательно контролируются перед выпуском в продажу и выдачей на рабочее место. Более точные измерительные инструменты (штангенциркули, микрометры и т. д.) снабжаются специальными паспортами, в которых указываются погрешности данного инструмента.

Естественный износ измерительных инструментов не должен являться причиной неточности измерений, если в данной мастерской хорошо организован и действует периодический контроль инструментов, осуществляемый специальными лицами.

Величина погрешностей измерений может быть весьма существенной, если для данного измерения применяется инструмент несоответствующей точности. Например, наибольшая точность измерения, которая может быть достигнута (опытным рабочим) при помощи кронциркуля и линейки с делениями, составляет около 0,3 мм. Использование этих инструментов для более точных размеров является источником погрешностей измерений. Неправильная установка инструмента относительно измеряемой поверхности может привести к значительной ошибке измерения. Например, при измерении диаметра отверстия не в плоскости, перпендикулярной к оси детали, а в плоскости, расположенной наклонно по отношению к этой оси, погрешность в измерении неизбежна. При надвигании измерительного инструмента или калибра на проверяемую деталь неопытный рабочий может допустить неточность измерения в несколько сотых долей миллиметра, если применит значительное усилие (нажим). Погрешность измерений получается и в том случае, когда во время измерения не учитывается температура детали. Очевидно, что если измерять нагревающуюся в процессе резания и еще не остывшую деталь, то размер ее будет больше соответственного размера охлажденной детали.

при механической, токарной, черновой, чистовой обработке

Таблица шероховатости при различной обработке

В таблице шероховатости приведены примеры некоторых видов обработки, при выполнении которых, при определённых условиях, образуется поверхность с настоящим значением шероховатости.

Исходная шероховатость является следствием технологической обработки поверхности материала. Для широкого класса поверхностей горизонтальный шаг неровностей находится в пределах от 1 до 1000 мкм, а высота — от 0,01 до 10 мкм. В результате трения и изнашивания параметры исходной шероховатости, как правило, меняются, и образуется эксплуатационная шероховатость. Эксплуатационная шероховатость, воспроизводимая при стационарных условиях трения, называется равновесной шероховатостью.

На рисунке схематично показаны параметры шероховатости, где: l — базовая длина; m — средняя линия профиля; S mi — средний шаг неровностей профиля; S i — средний шаг местных выступов профиля; H i max — отклонение пяти наибольших максимумов профиля; H min — отклонение пяти наибольших минимумов профиля; h i max — расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль; h i min — расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль; R max — наибольшая высота профиля; y i — отклонения профиля от линии m; p — уровень сечения профиля; b n — длина отрезков, отсекаемых на уровне p.

Класс	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	В ячейках сверху указаны классы шероховатости для сопоставления с новым стандартом
Ra	100	50	25	12.5	6.3	3.2	1.6	0.8	0.4	0. 2	0.1	0.08	0.025	0.01
Rz	400	200	100	50	25	12.5	6.3	3.2	1.6	0.8	0.4	0.2	0.1	0.05
Пескоструйная обработка	Rz400
Ковка в штампах	Rz400	Rz200	Rz100
Отпиливание	Rz400
Сверление			Rz100	Rz50	Rz25
Зенкерование черновое			Rz100	Rz50	Rz25
Зенкерование чистовое				Rz50	Rz25	3. 2	1.6
Развертывание нормальное						3.2	1.6	0.8
Развертывание точное							1. 6	0.8	0.4
Развертывание тонкое								0.8	0.4	0.2
Протягивание					Rz25	3. 2	1.6	0.8	0.4
Точение черновое	Rz400	Rz200	Rz100	Rz50
Точение чистовое			Rz100	Rz50	Rz25	3. 2	1.6	0.8
Точение тонкое						3.2	1.6	0.8	0.4
Строгание предварительное	Rz400	Rz200	Rz100	Rz50
Строгание чистовое			Rz100	Rz50	Rz25	3. 2	1.6
Строгание тонкое							1.6	0.8
Фрезерование предварительное		Rz200	Rz100	Rz50	Rz25
Фрезерование чистовое					Rz25	3. 2	1.6
Фрезерование тонкое						3.2	1.6	0.8
Шлифование предварительное					Rz25	3. 2	1.6
Шлифование чистовое							1.6	0.8	0.4
Шлифование тонкое									0. 4	0.2
Шлифование — отделка											0.1	0.08	Rz0.1	Rz0.05
Притирка грубая								0. 8	0.4
Притирка средняя									0.4	0.2	0.1
Притирка тонкая											0. 1	0.08	Rz0.1	Rz0.05
Хонингование нормальное							1.6	0.8	0.4	0.2
Хонингование зеркальное									0. 4	0.2	0.1	0.08
Шабрение						3.2	1.6	0.8
Прокатка				Rz50	Rz25	3.2	1.6	0. 8
Литье в кокиль	Rz400	Rz200	Rz100	Rz50
Литье под давлением	Rz400	Rz200	Rz100	Rz50	Rz25	3. 2
Литье прецизионное				Rz50	Rz25	3.2	1.6
Литье пластмасс, прецизионное					Rz25	3. 2	1.6	0.8	0.4	0.2	0.1

Качество отделки поверхности — Ra, Rz, Rt Измерение шероховатости поверхности и отделка

Автор: A.W. Stahli

Ресурсы

Соблюдение, кладящие процессы втирания, о притирке для притирания кольца с одним пластингом и функциональной принципиальной пластинговой пластинговой пластинкой. Измерительный инструментПроверка рабочей пластиныКакие типы заготовок притираются?Алмазная притирка

Загрузить PDF

Качество обработки поверхности

При заданном размере зерна и вязкости жидкости изменение давления притирки приводит к более высокой или более низкой скорости съема материала, более толстой или тонкой пленке и более грубой или более тонкой обработке поверхности. Поэтому на практике давление обычно невелико в начале процесса, увеличивается по ходу работы и ослабевает к концу. Это приводит к оптимальной скорости съема материала, шероховатости поверхности и плоскостности, достигая общего качества шероховатости поверхности до совершенства. Волнистость (также известная как пики и впадины) представляет собой расчет неровностей поверхности с интервалом, превышающим шероховатость поверхности. Обычно это происходит из-за коробления, вибрации или отклонения в процессе обработки.

Зернистость и шероховатость поверхности

Например, на стальной детали, закаленной до 60 HRc, притертой с использованием карбида кремния с зернистостью 500, при давлении 250 г/см² будет получена шероховатость поверхности Ra = 0,2 мкм (N4). ) или Rz 0,6-0,8, тогда как при снижении давления до 50 г/см² можно получить чистоту поверхности Ra=0,05 мкм (N2) или Rz 0,2-0,3. Корреляция между размером зерна и чистотой поверхности тесно связана друг с другом.

Чтобы подчеркнуть, шероховатость поверхности определяется незначительными изменениями высоты поверхности данного материала или заготовки. Индивидуальные отклонения пиков и впадин усредняются (значение Ra) или количественно определяются по наибольшей разнице между пиками и впадинами (Rz). Шероховатость обычно выражается в микронах. Поверхность с Ra, равным 8, состоит из самого высокого пика и впадин, которые в среднем не превышают 8 мкм на заданном расстоянии. Шероховатость можно также измерить путем сравнения поверхности заготовки с известным образцом.

Международные стандарты обработки поверхности (DIN 4762, 4768, ISO 4287/1-2. 4288) применяются аналогичным образом, поскольку качество обработки поверхности указывается в значениях Ra или даже в более точных значениях Rt. На практике также указывается более реалистичное значение Rz, которое определяется путем усреднения 5 отдельно измеренных значений Rt. Подходящее измерительное оборудование для получения этих значений теперь имеется в продаже (Рисунок 54).

Плоские поверхности и показания

Ra — целочисленное среднее всех абсолютных отклонений профиля шероховатости от центральной линии в пределах длины измерения. Rz — это абсолютное среднее значение от пика до минимума для пяти последовательных длин выборок в пределах длины измерения. Ra сравнивает все размеры и не имеет отличительной ценности, когда речь идет об отделении брака от подходящих цилиндров.

Рис. 46: Среднее арифметическое значение шероховатости Ra

Среднее значение шероховатости Ra (DIN 4768) представляет собой среднее арифметическое всех значений профиля шероховатости R в пределах измерительного расстояния lm. Таким образом, он определяет среднее отклонение этого профиля поверхности от средней линии.

Рис. 47: Максимальная высота от пика до впадины Rt

Максимальная высота от пика до впадины Rt (DIN 4748) представляет собой расстояние по вертикали между самым высоким пиком и самым низким пиком профиля шероховатости R в пределах общего расстояния измерения lm. Другими словами, это разница высот между самой высокой горой и самой низкой долиной в пределах измеряемого диапазона.

Рисунок 48: Средняя глубина шероховатости Rz

Средняя глубина шероховатости Rz (DIN 4768) представляет собой среднее значение индивидуальных значений глубины шероховатости пяти человек, измеряющих расстояния последовательно. Другими словами, расчет производится по пяти значениям Rt. Отклонение от средней линии, особое внимание уделяется самой высокой вершине и самой высокой долине.

Рисунок 49: Таблица стандартов шероховатости (стандарт N), составленная для сравнительного чтения в соответствии с A.W. Stahli и DIN 4768/1

Системы обозначения шероховатости поверхности

50: Сравнительная таблица производителей станков Рисунок 51: Профиль поверхности токарной заготовки из стали. Ra 7,51, Rt 31,1– Рис. 52: Та же поверхность, что и на Рис. 51, после притирки с зерном Si-C 500,
, но масштаб по вертикали увеличен в 10 раз. Ra 0,103, Rt 1,09.– Рис. 53: Та же поверхность, притертая алмазом 2-3 млн лет, то же увеличение, что и в
Рис. 52: Ra 0,009, Rt 0,119
54: Блок измерения шероховатости с несколькими оценками

Шероховатость поверхности и плоскостность поверхности — это два совершенно разных понятия, и их важно помнить. Многие электронные измерительные приборы, используемые сегодня для определения качества отделки поверхности, имеют микропроцессорные системы управления и принтеры (рис. 54). Однако истинная ценность полученных результатов оспаривается; поскольку большинство из них являются приблизительными и варьируются в зависимости от соответствующего устройства. Чтобы подчеркнуть, важно сравнить тип зонда (радиус), давление иглы, расстояние измерения и фильтрацию (отсечку), см. стандарт DIN 4768.

Также очень важно учитывать материал заготовки, ее микроструктуру, твердость и тип обработки, а также направление измеряемого расстояния относительно следов обработки. Даже при приложении давления всего 1 мН алмазный зонд радиусом 5 микрон сожмет поверхность детали из цветного металла примерно до 50% глубины шероховатости.

В случае
оксидной керамики и спеченных металлов необходимо учитывать пористость микроструктуры. Часто коэффициенты подшипника измеряются при различных уровнях шероховатости поверхности и указываются в %. Выполнение визуального контроля путем сравнения полированной поверхности и неполированной поверхности. Видя текстуру поверхности между ними на изображениях ниже.

Рис. 57: Алюминиевая деталь с матовым покрытием при увеличении в 1600 раз и с соответствующей диаграммой измерений.

Рис. 58: Та же заготовка, что и на Рис. 57, но отполированная на полировальном столе тонкой бумагой 4/0, снятие материала ок. 2-5 мкм, радиус зонда 5 мкм, измерительное давление 1 мН.

Измерение шероховатости с помощью высокоточных и бесконтактных измерений

Высокоточные бесконтактные измерения шероховатости

NOVACAM ^TM Трехмерные метрологические системы обеспечивают быстрые и надежные бесконтактные трехмерные измерения параметров шероховатости поверхности. Они предлагают:

• Точность выше 1 мкм
• Возможность использования одной и той же системы для измерения 2D-шероховатости ( Ra, Rq, Rsk, Rku, Rv и т. д.), 3D-шероховатости, 3D-геометрии (параметры GD&T), плоскостности, волнистости и/или дефектов – в зависимости на его конфигурации
• Высокоскоростное сканирование : получение от 2 100 до 100 000 3D-точек в секунду
• Обратная связь в режиме реального времени о процессах производства или нанесения покрытия : данные о применении обычно передаются в программное обеспечение управления технологическим процессом
• Простой визуальный контроль : 3D-карты поверхности, изображения высоты и интенсивности, профили глубины и т. д.

Литая металлическая полоса с плазменным покрытием: трехмерная карта поверхности

Параметры измерения шероховатости образца пластины топливного элемента (изображение в высоту справа) представлены ниже.

Поверхности могут быть отражающими или неотражающими, гладкими или шероховатыми, стационарными или движущимися. Узнайте больше о том, что мы можем измерить.

Пластина топливного элемента (образец 1 мм²), глубина поверхности выражается цветом

Преимущества модульной конструкции системы на основе волокна

Системы NOVACAM являются модульными и основаны на системный интерферометр с оптическим волокном длиной несколько метров. Благодаря уникальному сочетанию технологии низкокогерентной интерферометрии и волоконно-оптической конструкции эти системы предлагают нашим клиентам значительные преимущества. К этим преимуществам относятся:

• Универсальность конфигурации как для контроля в процессе, так и для лабораторного контроля
• Опора для автоматики
• Возможность приобретения длинных профилей
• Возможность измерения внутри труб малого диаметра, отверстий и т.  д.  См. проверку в труднодоступных местах
• Возможность измерения поверхностей со ступенями, канавками, каналами, отверстиями и другими элементами с большим соотношением сторон
• Возможность сканирования отражающих или неотражающих поверхностей, гладких или шероховатых, стационарных или движущихся
• Возможность измерения GD&T даже при экстремальных температурах или радиации. См. осмотр в агрессивной среде.

Датчики NOVACAM бывают разных конструкций и моделей, включая стандартные датчики или датчики малого диаметра, а также ротационные сканеры и гальванические сканеры — для удовлетворения большинства задач высокоточного контроля.

Волоконно-оптические датчики Novacam бывают разных конструкций и моделей — стандартные, малого диаметра, ротационные или гальво-сканирующие — для удовлетворения потребностей приложений высокоточного контроля.

Измерение шероховатости в труднодоступных местах

Три наши системы – система OPTICAL 3D PROFILOMETER, система TUBEINSPECT и система BOREINSPECT – измеряют шероховатость даже внутри отверстий, труб и других ограниченных пространств.