Основные параметры шероховатости поверхности

Поверхности обработанной детали не является идеально ровными и геометрически правильными. Они отличаются от номинальных (заданных чертежом) микро – и макрогеометрическими отклонениями. Микрогеометрические отклонения и определяют микрогеометрию (шероховатость) поверхности, в то время как макрогеометрические – характеризуют волнистость и отклонения формы. Между этими видами погрешностей нет четкого физического различия, однако условно их можно разделить по отношению шага S к значению отклонения D от номинального контура. Неровности, для которых отношение S/D < 40, относят к шероховатости, при 1000 > S/D > 40 – к волнистости, при S/D > 1000 – к отклонениям формы. С другой стороны, в качестве шаговой границы между шероховатостью и другими видами неровностей регламентирована так называемая “базовая длина” [26 – 29]. Базовая длина это длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности, то есть совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Согласно ГОСТ 2789 – 73 и ГОСТ 25142 – 82, а также ISO 468:1982 высота неровностей шероховатости нормируется в диапазоне 0,008…1600 мкм на базовой длине из стандартного ряда 0,01, 0,03, 0,08, 0,25, 0,8, 2,5, 8, 25 мм.

Сечение поверхности, перпендикулярной к ней плоскостью представлено на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Нормальный профиль и параметры шероховатости поверхности.

Это сечение дает представление о профиле её микрорельефа, то есть о количестве, форме и величине выступов и впадин неровностей. На приведённом рисунке 1.1 обозначено: – базовая длина; – средняя линия профиля; – средний шаг неровностей профиля по средней линии; – средний шаг местных выступов профиля; – отклонение пяти наибольших максимумов профиля; – отклонение пяти наибольших минимумов профиля; – расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до линии параллельной средней и не пересекающей профиль; аналогично, – расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии параллельной средней и не пересекающей профиль (на рисунке не показана); – наибольшая высота профиля; — отклонения профиля от линии ; — уровень сечения профиля; — длина отрезков, отсекаемых на уровне . Для получения рассматриваемой картины сечения профиля поверхности используются, как правило, щуповые приборы – профилографы, с помощью которых записываются профили микронеровностей поверхности (профилограммы). Так как высота неровностей профиля шероховатости в сотни раз меньше, чем их шаг, то профилограммы записываются с различным горизонтальным и вертикальным увеличением.

Согласно ГОСТ 2789 – 73 шероховатость поверхности характеризуется следующими параметрами:

– среднее арифметическое отклонение профиля, мкм

= или = ,

где – число рассматриваемых ординат профиля шероховатости, ВУ – вертикальное увеличение;

– высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм

= ;

– наибольшая высота неровностей профиля;

– средний шаг неровностей профиля, мм

= ;

– средний шаг местных выступов профиля, мм

= ;

– относительная опорная длина профиля, %

= = ,

где – опорная длина профиля на уровне от линии выступов (уровень сечения профиля в % от ). Параметр позволяет судить о фактической площади контакта поверхностей на заданном уровне сечения .

Широкое применение в исследованиях имеет нестандартизированный параметр шероховатости – высота сглаживания профиля шероховатости, интегрировано характеризующий несущую способность профиля шероховатости, то есть расстояние от линии выступов до средней линии.

В соответствии с ГОСТ 2789-73, дополнительно к параметрам шероховатости поверхности установлены применяемые при необходимости шесть направлений неровностей поверхностей: параллельное, перпендикулярное, пересекающееся, произвольное, кругообразное и радиальное. Перечисленные типы направлений неровностей поверхности вместе с их условными изображениями указаны в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Типы направлений неровностей

Тип направления неровностей	Схематическое изображение	Пояснение
Параллельное		Параллельно линии, изображающей на чертеже поверхность, к шероховато-сти которой устанавлива-ются требования
Перпендикулярное		Перпендикулярно линии, изображающей на чертеже поверхность, к шероховато-сти которой устанавлива-ются требования
Перекрещивающееся		Перекрещивание в двух направлениях наклонно к линии, изображающей на чертеже поверхность, к шероховатости которой устанавливаются требования
Произвольное		Различные направления по отношению к линии, изображающей на чертеже поверхность, к шероховато-сти которой устанавливаются требования
Кругообразное		Приблизительно ради-ально по отношению к центру поверхности, к шероховатости которой устанавливаются требования
Радиальное		Приблизительно круго-образно по отношению к центру поверхности, к шероховатости которой устанавливаются требования

В зависимости от функционального назначения поверхности на чертежах деталей машин указывается один из высотных параметров шероховатости , или , а также некоторые другие характеристики.

В таблице 1.2 приведены параметры шероховатости рабочих поверхностей деталей машин, которые, согласно литературным данным [29, 30], необходимо нормировать в зависимости от эксплуатационных условий.

Таблица 1.2 – Требуемые параметры шероховатости рабочих поверхностей деталей машин в зависимости от их эксплуатационных свойств

Эксплуатационное свойство	Параметры шероховатости рабочих поверхностей	Направление неровностей
Контактная жёсткость	, , , ()	Параллельное
Износостойкость	, , , ()
Прочность	,
Усталостная прочность	,
Контактная прочность	, , , ()	Перпендикулярное
Фреттингостойкость	, , , ()
Виброустойчивость	, , , ()
Коррозионная стойкость	, ,	–
Прочность сцепления покрытий	,	Параллельное
Герметичность соединений	, , , ()	–
Прочность посадок	, , ()	Параллельное
Теплопроводность	, , , ()

При этом наибольшее распространение при обозначении шероховатости, как в отечественной промышленности, так и за рубежом получил параметр . Параметр нормируется в тех случаях, когда прямой контроль параметра не представляется возможным, например, для поверхностей, имеющих малые размеры или сложную конфигурацию. Параметр нормируется в тех случаях, когда для обеспечения статической и усталостной прочности деталей машин необходимо назначать именно этот параметр [1,2, 30]. В дополнение к количественным параметрам шероховатости во многих случаях нормируется и направление неровностей, как показано в таблице 1.1.

Переход от одних высотных параметров шероховатости к другим можно осуществить, используя соотношения параметров шероховатости для различных видов механической обработки поверхностей [29, 30]:

1) при лезвийной обработке: = 5,0 ; = 6,0 ;

2) при алмазно-абразивной обработке: = 5,5 ; = 7,0 ;

3) при отделочно-упрочняющей обработке поверхностно-пластическим деформированием: = 4,0 ; = 5,0 .

Для ответственных рабочих поверхностей деталей нормируется кроме высотных параметров шаговый и параметр , так как они оказывают основное влияние на эксплуатационные свойства этих поверхностей.