Методы измерения шероховатости поверхности деталей

Средства измерения шероховатости поверхности разделаются на количественные и качественные.

К количественным относятся: профилометр; профилограф; двойной микроскоп; интерференционный микроскоп, эти приборы определяют неровности в сечении; пневматический прибор - для оценки микронеровностей участка поверхности интегральным методом.

К качественным относятся: образцы чистоты поверхности; сравнительный микроскоп.

Профилометры служат для цехового контроля шероховатости поверхности 5-12 классов частоты по ГОСТу 2789-59.

Определяемый показатель шероховатости - среднее арифметическое отклонение неровностей поверхности от средней линии. Наи большее применение нашли контактные электродинамические профилометры КВ-4, КВ-7 (В. М. Киселева) и ПЧ-3 (В. С. Чамана).

Профилометры КВ-4 и КВ-7 имеют электродинамический датчик (рис.1), состоящий из подвижной катушки 4, находящейся в магнитном поле магнита 3, катушка жестко скреплена с иглой 2, перемещающейся по контролируемой поверхности 1.

Рисунок 2.1– Схема профилометров с электродинамическим датчиком (КВ-4, КВ-7).

Колебания иглы возбуждают в обмотке катушки 4 электродвижущую силу (э.д.с.), пропорциональную скорости колебания иглы. Так как э.д.с. очень мала, в приборе имеется усилитель 5. Усиленное напряжение интегрируется во времени специальным звеном. После интегрирования напряжение на выходе усилителя, пропорциональное мгновенному значению положения иглы (высота иглы на профиле), измеряется прибором 6, показывающим среднее арифметическое значение напряжения, а, следовательно, микронеровностей профиля.

Профилометр укомплектован двумя датчиками - типов Б и М и служит для измерения шероховатости плоских и наружных цилиндрических поверхностей, датчик типа М - для измерения шероховатости поверхности отверстий диаметром d=5 мм.

Привод служит для механизированного перемещения датчика с равномерной скоростью (обычно 5-6 мм/с).

Погрешности метода измерения, включая систематические ошибки ощупывания поверхности иглой, лежит в пределаых ±15% для любого из классов чистоты. Собственная погрешность прибора не превышает ±5%.

Профилографы предназначаются для лабораторного исследования шероховатости поверхностей. Они дают увеличенную профилограмму микропрофиля поверхности. Из профилограммы определяют высоту неровностей.

Интерференционный микроскоп В. П. Линника предназначен для лабораторного контроля тонкообработанных поверхностей.

Предел измерения - 10-14-й классы частоты

Метод измерения - Абсолютный

Производительность контроля - 15-20 деталей в смену

Габаритные размеры микроскопа - 370x270x280 мм

Вес - 23 кг.

Метод измерения основан на использовании явления интерференции /13/.

Пневматический прибор предназначается для контроля шероховатостей поверхностей 4-9-го классов.

Настройка производится по отечественным технологическим образцам чистоты поверхности или по образцовым деталям.

Метод измерения основан на определении расхода воздуха, изменяющегося в зависимости от размеров впадин микронеровностей под торцом сопла измерительной головки (рис.2). Прибор (рис.3) состоит из набора пневматических измерительных головок 1 и поплавкового микрометра 2. В набор пневматических головок входит две головки для измерения шероховатости плоских поверхностей (одна головка для 4-6 классов, вторая - для 3-9 классов), и две головки для проверки цилиндрических поверхностей диаметром 25-90 мм (для 4-6-го и 6-9-го классов). Поплавковый микрометр, определяющий суммарный расход воздуха через впадины микронеровностей, дает показания, зависящие от формы и размеров профиля микронеровностей.

Рисунок 2.2– Схема пневматического принципа измерения.

Рисунок 2.3– Схема пневматического прибора.

Шероховатость поверхности определяется по положению поплавка в конической стеклянной трубке конусностью 1:1000. Калибровка шкалы микрометра производится по технологическим образцам, шероховатость поверхности которых определена приборами для абсолютных измерений (профилометры, двойные микроскопы).

Образцы чистоты поверхности.

Определение шероховатости поверхностей деталей методом сравнения с образцами широко применяется в цехах, а также при назначении классов чистоты поверхностей вновь проектируемых деталей. Такие образцы служат также для настройки приборов, работа которых основана на использовании сравнительных методов оценки шероховатости поверхностей (пневматические приборы).

Визуальный контроль шероховатости поверхностей деталей сравнением с образцами даёт надежные результаты для поверхностей до 6 -го класса включительно. При контроле поверхностей 7 – 10 -го классов не исключается возможность отнесения поверхности детали к соседнему классу чистоты.

График погрешности контроля сравнением с образцами приведен на рис. 2.4.

Сравнительный микроскоп повышает точность их определения шероховатости поверхностей деталей сравнением с образцами.

Оптическая система микроскопа ЛИТМО (рис.2.5) позволяет наблюдать одновременно увеличенное изображение поверхностей образца и контролируемой детали.

Лучи от источника света 1 попадают через конденсор 2 на разделяющую призму 3. Часть лучей, пройдя эту призму, попадают через объектив 4 на поверхность образца 5 и отразившись, возвращается к призме. Отразившись от плоскости стыка призмы, лучи дают изображение в окуляре 7, занимая половину поля зрения.

Рисунок 2.4– График погрешности контроля сравнением с образцами.

Рисунок 2.5– Схема сравнительного микроскопа.

Вторая часть лучей, отразившись от плоскости стыка призмы, идет через объектив 4 на контролируемую поверхность детали 6. После отражения лучи проходят призму и дают изображение этой поверхности второй половине поля зрения окуляра 7. Сравнивая изображения обеих поверхностей, определяют К.П.Д. чистоты поверхности детали

Принцип работы микроскопа МИС-11 и определение шероховатостей поверхности образцов.

Двойной микроскоп МИС-11 В.П. Линника предназначается для лабораторного контроля шероховатости поверхностей 3-12-го классов. Определяемый показатель шероховатости поверхности -. Метод измерения основан на принципе светового сечения.

На контролируемую поверхность детали 1 (рисунок 6) проектируется под углом (обычно 45°) через осветительный тубус световая щель 2, рассматриваемая под углом через наблюдательный тубус 3. Так как на контролируемой поверхности имеются микронеровности, то линия пересечения световой проекции щели и поверхности - кривая, контролирующая неровности в данном сечении.

В окуляре наблюдается искаженный контур поверхности. Высоты микронеровностей измеряются с помощью окулярного микрометра и определяются по формуле:

R_z=A*E (1.1)

A – разность отсчетов по барабану окуляра микрометра;-ч;

E – цена деления барабана окуляра-микрометра.

Рисунок 2.6– Схема двойного микроскопа.

Значение R_z определяется по нескольким отсчетам. Вследствие высокой погрешности и неоднородности контролируемой поверхности нужно производить несколько измерений на различных участках. Рекомендуется брать:

Поверхность классов: 3-4-й; 5-6-й; 8-9-й.

Число участков: 1; 2-3; 3-5.

Погрешность оценки резко уменьшается, если сфотографировать микронеровности и определить R_z по фотоснимку.