Токарная обработка металла шероховатость

Обновлено: 27.04.2024

Шероховатость поверхности деталей - совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. На современном этапе развития машиностроения вопрос обеспечения качества обработки поверхности деталей является одним из приоритетных. Он приобретает особую актуальность когда станок с ЧПУ работает в режиме многостаночного обслуживания, как одного из главных направлений по повышению производительности станочных работ. Среди показателей качества обработки важное значение имеет параметр шероховатости Rα, значение которого закладывается в технологический процесс механической обработки на стадии проектирования. При этом задаваемая величина Rα в условиях получистового и чистового точения выступает в качестве основного ограничения при выборе режимов обработки. В практике металлообработки лезвийным инструментом очень часто случается так, что расчётное значение высоты микронеровностей, заложенное в технологический процесс на стадии его проектирования, не совпадает с измеренным. Причём, измеренные значения или превышают расчётные, и качество обработанной поверхности выходит за допуски по классу шероховатости или расчётные значения завышены, что требует снижения подачи, уменьшая производительность. Причина этого явления кроется в неадекватности математических моделей условиям резания, которые влияют на механизм формирования микронеровностей.

В справочно-нормативной литературе отсутствуют рекомендации по расчёту Rα a при обработке сложнолегированных, жаропрочных и коррозионностойких сталей на стадии получистовой и чистовой обработки на токарном станке.

Задачей анализа существующих аналитических зависимостей является выявление возможностей использования существующих наработок по расчету Rα для автоматизированного расчета и обеспечения его совпадения с фактической величиной микронеровностей.

На шероховатость поверхности деталей, обработанных резанием на токарном станке, оказывает влияние большое число факторов, связанных с условиями изготовления и обработки заготовки. А именно, форма и высота неровностей, порядок расположения и направление обработочных рисок зависят от вида и режима обработки; химического состава и микроструктуры инструментального и обрабатываемого материалов; вида смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ); конструкции, геометрии и стойкости режущего инструмента; типа и состояния системы: станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД), применяемых вспомогательного инструмента и приспособлений.

Все многообразные факторы, определяющие шероховатость обработанной поверхности разделяются на три основные группы: причины, связанные с геометрией процесса резания; характером протекания пластической и упругой деформаций обрабатываемого материала; вибрациями режущего инструмента в процессе обработки поверхности.

Анализ литературных источников показывает, что в существующих методиках прогнозирования качества исследовались лишь отдельные аспекты влияния условий, параметров процесса резания на формирование шероховатости поверхности. Они позволяют решать ограниченный круг технологических задач, не раскрывая полностью общих тенденций управления шероховатостью на автоматизированном станочном оборудовании и возможностей обеспечения задаваемого параметра качества поверхностей. А. Ш. Шифриным и Л. М. Резницким предложена формула для определения наибольшей высоты микронеровностей при точении хромистой коррозионностойкой стали

где Н𝑚𝑎𝑥 - наибольшая высота микронеровностей, мкм.

Приведенная формула рекомендуется для значений глубины резания до 1 мм, подачи до 0,5 мм/об и скорости резания от 100 до 360 м/мин и учитывает только два параметра подачу и скорость резания, хотя известно, что на формирование шероховатости поверхности детали, кроме указанных параметров, оказывают влияние многие другие факторы. Данное обстоятельство, а также тот факт, что зависимость предложена для стали одной марки, не обеспечивает возможности ее широкого применения в практике проектирования процессов механической обработки.

Вообще, формулы основанные на информации о геометрии резца и значении подачи инструмента, не позволяют получить точных результатов, так как не учитывают влияние технологических факторов, таких как скорость резания, наличие или отсутствие смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС), физико-механических и теплофизических свойств обрабатываемого и инструментального материалов и др.

В работе А. Г. Суслова сделан вывод о том, что в общем случае на образование шероховатости в процессе любой механической обработки влияют следующие факторы:

1) геометрия рабочей части инструмента (резца, зерна, шарика, ролика, алмазного индентора и т.п.) и кинематика его рабочего движения относительно обрабатываемой поверхности;
2) траектория (колебания) перемещений инструмента относительно обрабатываемой поверхности;
3) упругие и пластические деформации обрабатываемого материала заготовки в зоне контакта с рабочим инструментом;
4) высота микронеровностей рабочей части инструмента;
5) вырывы частиц обрабатываемого материала.

В зависимости от режимов резания изменяется степень влияния каждого из этих факторов на образование шероховатости поверхности. Первые четыре фактора вызывают образование систематической составляющей профиля шероховатости, которую математически можно описать. Пятый фактор вызывает образование случайной составляющей профиля и определяет дисперсию или разброс параметров шероховатости.

В работе А. Г. Суслова приведена зависимость для обработки на токарно-винторезных станках заготовок из различных сталей, в том числе коррозионностойких, (см. рис. 1).

Рис. 1.: где s - подача (0,1-0,25), мм/об; v - скорость резания (56-112), м/мин; jстД - динамическая жесткость станка, кн/м.

Формула на рис. 1 не учитывает геометрию резца, глубину резания, свойства контактной пары инструмент-заготовка и другие факторы, что ограничивает применимость данной формулы для широкого круга сталей.

В работах А. Р. Ингеманссона и др., представлена математическая модель формирования шероховатости поверхности деталей обработанных при точении коррозионностойких сталей с опережающим пластическим деформированием (ОПД) и традиционном точении, (см. рис. 2).

Рис. 2.: где V - скорость резания, м/мин; λ - коэффициент теплопроводности инструментального материала, Вт/м*К; Sо - продольная подача, мм/об; Kопд - коэффициент ОПД.

Режим осуществления ОПД описывается коэффициентом

Kопд: Kопд = hнак/t,

где hнак - глубина наклепанного поверхностного слоя, мм; t - глубина резания, мм.

Зависимость рекомендуется для продольного точения без СОТС стали 20Х13 (σ0,2 =440 МПа) при V = 90 - 180 м/мин; λ = 11 - 50 Вт/м*К; Sо = 0,083 - 0,256 мм/об; Kопд = 0,001 - 3,2; глубине резания t = 0,5 мм. При расчете Rα для традиционного точения следует назначать Kопд =0,001.

Новизна формулы на рис. 2 в том, что в ней учитывается фактор влияния опережающего пластического деформирования при использовании способа резания с ОПД. В формулу включен параметр, характеризующий теплофизические свойства, а именно теплопроводность твердого сплава, что способствует сохранению высокой точности расчета при изменении в процессе обработки марки твердосплавного режущего инструмента, с величиной теплопроводности из диапазона, указанного в рекомендациях применения данной формулы. Формула рекомендована для мартенситной стали 20Х13, обрабатываемой в указанном диапазоне режимов резания на токарном станке. Результаты прогноза шероховатости поверхности детали по данной формуле не проверялись экспериментально при точении аустенитных и мартенситно-ферритных коррозионностойких и жаропрочных сталей, поэтому формула не гарантирует точности расчета для данных классов сталей.

В работе А. Е. Родыгиной высота микронеровности представлена как расчетная высота, определяемая геометрическим построением, и ее приращение, обусловленное процессом резания. Приращение высоты неровностей определяется из эмпирической формулы как деформационная составляющая параметра Rz (см. рис. 3).

Рис. 3.: где CR и KγR - коэффициенты, зависящие соответственно от свойств обрабатываемого материала и переднего угла резца; yR, uR и qR - показатели степеней, характеризующие влияние параметров обработки на величину деформационной составляющей высот микронеровностей; s - подача, мм/об; v - скорость резания, м/мин; r - радиус закругления вершины резца, мм.

Эксперименты для вывода формулы на рис. 3 проводились при скорости резания v = 175 м/мин; подаче s = 0,1 мм/об; глубине резания t = 0,15 мм. Обрабатываемые материалы: стали 12Х18Н10Т, 40Х.

В формуле на рис. 3 поправочный коэффициент CR учитывает только свойства обрабатываемого материала, однако для обеспечения заданной шероховатости поверхности деталей при обработке широкого круга коррозионностойких сталей на автоматизированных токарных станках ЧПУ необходимо учитывать сочетание свойств контактной пары инструмент-заготовка. Следует отметить, что в работе Демкина, Н. Б. “Качество поверхности и контакт деталей машин”, подробно рассмотрена только деформационная составляющая параметра шероховатости Rz, а для управления качеством обработки необходима комплексная математическая модель, характеризующая формирование высоты микронеровностей при воздействии различных условий, сопровождающих механическую обработку.

В работе В. Ф. Безъязычного представлен аналитический метод определения технологически допустимой подачи Sшер для обеспечения требуемой чертежом шероховатости поверхности заготовки из материалов различных марок, включая коррозионностойкие стали. Для данного метода подача рассчитывается по следующей зависимости (см. рис. 4)

Рис. 4.: где k0, k1. k7 - коэффициенты, характеризующие обрабатываемый и инструментальный материалы; Rα - среднеарифметическое отклонение профиля обрабатываемой поверхности, мкм; v - скорость резания, м/мин; t - глубина резания, мм; φ и φ1 - главный и вспомогательный углы в плане соответственно, град.; r - радиус при вершине резца в плане, мм; НВ - твердость обрабатываемого материала.

По формуле на рис. 4 обратным пересчетом можно определить значение допустимой подачи, задавшись требуемым значением показателя шероховатости обрабатываемой поверхности и рекомендуемыми режимами резания для нужного вида обработки, однако степенные коэффициенты и показатель твердости НВ являются усредненными справочными данными. Поэтому для обеспечения точности расчета по данной зависимости необходимо каждый раз для конкретных условий обработки экспериментально устанавливать степенные коэффициенты и измерять твердость обрабатываемого материала, что является препятствием при использовании формулы на рис. 4 в режиме автоматизированного расчета.

Существует метод автоматического обеспечения шероховатости поверхности деталей при механообработке наружных поверхностей на базе динамического мониторинга с использованием искусственных нейронных сетей. Для этого метода разработан алгоритм управления, обеспечивающий автоматическое достижение заданной величины микронеровности обработанной поверхности. Предложенный алгоритм и его программная реализация позволяют на основе требований чертежа (Rα, S𝑚), используя технологический банк данных, получить фрактальную математическую модель профиля поверхности и назначить наиболее оптимальные режимы обработки для конкретного оборудования. По данному алгоритму можно непрерывно в процессе обработки оценивать шероховатость поверхности с учетом динамического состояния технологической системы и корректировать режимы обработки. Вместе с контролем шероховатости поверхности, производится и контроль состояния режущего инструмента.

В работе Д. И. Петрешина для решения данной проблемы при обработке широкой номенклатуры сталей предлагаются адаптивные самообучающиеся технологические системы управления параметрами качества обработанной поверхности деталей машин (СТСАУ). Работа СТСАУ заключается в получении математической модели, связывающей условия обработки и параметры качества обработанной поверхности, и использование полученной модели для управления технологической системой по любому из параметров качества. Связь между параметром шероховатости Rα и управляющими переменными S и V выражается моделью вида:

где Cr, xr, yr - коэффициенты модели; S - подача, мм/об; V - скорость резания, м/мин.

Алгоритм работы системы включает основные режимы работы системы: «Ввод и анализ исходных данных»; «Работа с базой данных»; «Обучение»; «Работа». Режим «Ввод и анализ исходных данных», необходим для ввода и анализа исходных данных в начале обработки. Под исходными данными понимаются: материал заготовки, геометрия инструмента, режимы резания, жесткость технологической системы, значение требуемого параметра качества обработанной поверхности. По введенным данным система ищет в базе данных соответствующую им математическую модель.

Режим «Работа с базой данных» создан для хранения информации об обработанных материалах, условиях обработки и соответствующих им полученных математических моделях. Если такой математической модели нет, то система автоматически переходит в режим «Обучение». Полученная математическая модель сохраняется в базе данных и используется в дальнейшем. При изменении инструмента, его геометрии, материала деталей, глубины резания и т.п. система вновь производит самообучение. По режиму «Работа» происходит адаптивное управление технологической системой по требуемому параметру качества обработанной поверхности таким образом: от датчиков, установленных около зоны резания, поступает измерительная информация, производится ее анализ, на основе которого регулируется управление технологической системой. Способ является перспективным и направлен на широкое использование в металлообработке.

В работе В. И. Завгороднего рассмотрены вопросы повышения производительности и качества деталей из труднообрабатываемых сплавов типа дисков, кольцевых и корпусных деталей, которые обрабатываются на станках с ЧПУ, за счет внедрения системы диагностирования и контроля состояния обработанной поверхности по косвенному диагностическому признаку отношению амплитуд виброакустических сигналов (ВА-сигналов) из зоны резания. В качестве обрабатываемых материалов в работе использовались сплавы ХН77ТЮР (ЭИ437Б), ХН73МБТЮР (ЭИ698), ВТ9, а также стали 12Х18Н10Т и 20ХН3А. При исследовании ВА-сигналов из зоны резания применялся комплект аппаратуры для измерения виброускорений, записи спектров и обработки результатов измерений.

Недостаток методов управления качеством поверхности, основанных на виброакустических сигналах в том, что сигнал виброакустики чувствителен к жесткости системы станок - приспособление - инструмент - заготовка (СПИД) и зависит от усилий зажима заготовки в приспособлении. При смене базирования заготовки в процессе обработки сложно с точно одинаковым усилием закреплять заготовку в приспособлении. Данное обстоятельство способствует возникновению неточностей показаний шероховатости поверхности детали и износа инструмента, измеренных по виброакустическому сигналу.

В работе В. Ф. Безъязычного оптимальное управление процессом механообработки различных сталей и сплавов предполагает решение двух задач:

назначение режимов обработки, обеспечивающих получение деталей заданной точности с требуемыми параметрами качества поверхностного слоя при установившемся протекании процесса резания;
автоматизированное управление процессом обработки, позволяющее уравновесить непостоянство процесса, вызванного износом режущего инструмента, колебаниями припуска заготовки и другими факторами.

Решаются эти задачи по следующей методике. После ввода в управляющую ЭВМ данных о геометрии режущего инструмента и заготовки, марок обрабатываемого и инструментального материалов, типе станочного оборудования и приспособлений, других известных технологических условий обработки, требуемых показателей точности обработки и качества поверхностного слоя заготовки, система расчетным путем определяет оптимальные режимы резания. Рассчитанные режимы резания передаются на пульт управления станком и производится обработка заготовки. В данной методике теплофизические свойства заготовки и инструмента принимаются постоянными, а в случае отклонения выходных параметров в процессе механической обработки происходит системная автоматическая поднастройка режимов резания. Методика, изложенная в источнике В.Ф. Безъязычного “Расчет режимов резания” полезна тем, что она позволяет корректировать параметр шероховатости поверхности при изменении режимов резания во время обработки, однако ее невозможно применить на стадиях проектирования технологических процессов металлообработки.

Анализ литературных источников показал, что основными факторами, оказывающими влияние на формирование шероховатости поверхности, являются скорость резания, подача, геометрия режущего инструмента, глубина резания. Однако для одних и тех же сталей у разных авторов даны разные сведения о степени влияния перечисленных факторов на величину микронеровностей профиля поверхности.

Таким образом, отсутствие на сегодняшний день единой формулы определения шероховатости поверхности детали для широкого круга коррозионностойких и жаропрочных сталей затрудняет на стадии проектирования техпроцесса решение задачи обеспечения заданного качества механической обработки на станках с ЧПУ.

В статье В. В. Юркевича предпринята попытка использовать математическую зависимость по расчёту величины Rα, и рекомендованную к использованию для обработки среднеуглеродистых и малолегированных сталей (см. рис. 5), для расчёта шероховатости при точении коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т резцом Т15К6 в диапазоне скоростей резания 15 - 56 м/мин, диапазоне подач 0,05 - 0,3 мм/об и глубине резания 0,4 мм.

Шероховатость обработки поверхностей на токарном станке

Шероховатость обработки поверхностей при точении на токарном станке образуется в виде множества неровностей подобных винтовым выступам и винтовым канавкам (рис. 1, а), напоминающим резьбу, которые вполне отчетливо заметны при крупной подаче S и выявляемые лишь при помощи специальных приборов, если подача невелика.

Рис. 1. Поперечная (а) и продольная (б) шероховатости, получающиеся при токарной обработке поверхностей.

Подобные неровности расположены в направлении подачи и образуют поперечную шероховатость в отличие от продольной шероховатости (рис. 1, б), образуемой неровностями в направлении скорости резания V.

При обработке на токарном станке, наибольшее значение имеет поперечная шероховатость обработанной поверхности. Поэтому чистота поверхностей, при токарной обработке, характеризуется главным образом формой и размерами винтовых выступов, называемых микронеровностью. Высота микронеровности зависит в разной степени 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 токарной обработке более вязких металлов, например малоуглеродистых сталей, высота шероховатости 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.

Действительная высота шероховатости зависит от величины подачи. При крупных подачах эта высота значительно отличается от расчетной и превышает ее в несколько раз. Глубина резания практически не влияет на шероховатость поверхности.

Скорость резания существенно влияет на образование шероховатости поверхности. При скорости резания до 3—5 м/мин размеры шероховатости 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.

Влияние теплопроводности контактируемых пар на шероховатость обработанной поверхности связано с передачей количества выделенного при резании тепла в инструмент и заготовку, т.е. через коэффициент теплоусвоения m , представляющий собой отношение теплофизических характеристик инструмента и стальной заготовки. Строго физически, это «неполный коэффициент теплоусвоения», но он даёт достаточную информацию о сочетании теплофизических свойств инструмента и заготовки. Для примера в таблице 1 приведены его значения и величина шероховатости (Ra).

Таблица.1 Влияние коэффициента теплоусвоения m на высоту шероховатости детали Ra

Количество тепла, перешедшего в объём срезаемого металла, определяет долю хрупкого и вязкого разрушения в механизме стружкообразования и оказывает влияние на механизм образования микронеровностей через температурную прочность металла. Схема влияния коэффициента теплоусвоения на образование микронеровностей приведена на рис. 2.

Рис. 2. Механизм образования шероховатости при точении c позиций перераспределения тепла между инструментом и стальной заготовкой

Согласно положениям реальной схемы резания, высоту шероховатости поверхности детали определяют процессы, происходящие не на всей активной части режущей кромки, а на боковой полосе участка 3 передней грани инструмента.

На рис. 3 показана зона А, где формируется окончательно микропрофиль обработанной поверхности. В эту зону имеется доступ СОТС (если таковая используется при точении), там происходят окислительные и адгезионные явления, взаимосвязанные с качеством обработанной поверхности.

Рис. 3. Формирование окончательного профиля поверхности детали

Контактные процессы, происходящие в этой зоне (участок 3), принципиально отличаются от тех, что имеют место в середине активной части режущей кромки (участок 2).

Талантов Н.В. в работе указывает на наличие «краевого эффекта» по ширине стружки (участок 1 и участок 3), связанного с неравномерностью распределения нормальных контактных напряжений по ширине контакта на передней грани инструмента с максимальным значением их в средней части активной режущей кромки и таким же характером распределения температуры по ширине контакта. В работе отмечается, что ширина этих участков (полос) увеличивается с увеличением теплопроводности обрабатываемого и инструментального материалов. Существование различных механизмов контактного взаимодействия на участках 1,2,3 наглядно подтверждается внешним видом надрезцовой поверхности стружки. На участке 2 она имеет глянцевый вид, на участках 1, 3 поверхность шероховатая.

Значительное влияние на шероховатость обработки поверхностей оказывает применяемый при обработке состав охлаждающей жидкости. Наилучшие результаты получаются, если в охлаждающей жидкости содержатся 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.

Состояние 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 ВК6, ВК8 очень трудно получить чистую 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 Т5КЮ, Т15К6, и др., а также быстрорежущих резцов позволяет улучшать чистоту поверхности.

На шероховатость обработанной поверхности влияют 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, нежесткость 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.

Следует учитывать, что лезвийная обработка представляет собой процесс высокоскоростного пластического деформирования элементарного объёма металла в условиях всестороннего сжатия при воздействии простого сдвига. Процесс резания, с точки зрения разрушения, следует рассматривать с присущими ему особенностями воздействия режущего клина на состояние срезаемого объёма металла за счет впереди идущей деформационной волны и на состояние металла под обработанной поверхностью. Характер протекания пластической деформации в зоне А (рис. 3) и механизм деформационного упрочнения определяет количественные значения параметра шероховатости обработки поверхностей.

Шероховатость металла по видам обработки

Выпускники технических ВУЗов, устраиваясь работать по специальности, сталкиваются с понятием шероховатости поверхности изготавливаемых деталей. Например, делая металлический каркас. Возникает вопрос о том, что из себя представляет шероховатость поверхности по видам обработки?

Что такое шероховатость плоскости по видам обработки

При изготовлении необходимой детали, в соответствии с техническими чертежами и эскизами, применяются различные виды обработки. Исходную заготовку подвергают нагреву, сверлению, резке и другим технологическим операциям.

Каждый вид обработки изделия оставляет на ее плоскости определенный рисунок в виде небольшой шагрени, выемок, микроскопических трещин и царапин. Все эти последствия отображаются в виде шероховатости на обрабатываемой поверхности изделия.

Согласно виду технологического воздействия, возникает определенный класс шероховатости плоскости. Более подробно все виды и размеры этого явления представлены в ГОСТе 2789-73 «Шероховатость поверхности».

Стандарт содержит доскональную информацию с иллюстрациями шероховатостей. Некоторые виды технического воздействия оставляют на поверхности материала не заметные глазу изменения. Эти шероховатости изучают под микроскопом.

К основным показателям шагрени относятся:

Высота обрабатываемой поверхности, измеряемая в 10-и точках;
Среднее число отклонения плоскости;
Средний шаг неровностей;
Наивысшая точка плоскости после обработки;
Опорная длина профиля.

Финишные фрезерные работы и шлифовальные работы по металлу и полировка изделия максимально выравнивает плоскость обработки, но внутренние изменения на молекулярном уровне в материале, оставляют определенные последствия в виде микроскопической шагрени.

Шероховатость при токарной обработке

Этот показатель отображается в виде совокупности малых шагов базовой длины обрабатываемой плоскости и ее неровностей. Современное токарное оборудование обеспечивает максимально возможное качество производства деталей. Шагрень при токарной обработке является величиной, которая просчитывается еще на стадии проектирования будущего изделия.

Во многих станках по умалчиванию устанавливаются требуемые допуски шагрени на плоскости, что сильно облегчает задачу персонала и увеличивает объемы производства. Основным фактором здесь является точные показатели шагрени для конкретного материала, из которого состоит будущая деталь.

Как измеряется шероховатость плоскости по видам обработки

Даже самые современные технологии работы с шагренью поверхности не могут обеспечить идеально гладкой поверхности. В связи с этим, всегда присутствуют определенные отклонения от заданного проектного чертежа детали. Они могут носить макро или микрогеометрический характер.

Принято выделять 3 основных разновидностей этого показателя:

Исходная шагрень (возникает при контакте изделия с разными абразивными насадками);
Эксплуатационная (проявляется в результате трения и естественного износа в процессе обработки);
Равновесная (результат трения в условиях стационарной обработки).

Шагрень измеряется комплексно, либо поэлементно. Второй вариант является наиболее точным, но и намного более трудоемкий. На практике применяют следующие 3 основных измерительных метода:

При помощи щупа. Верхний слой измеряют специализированным датчиком профилометром, оборудованным небольшой алмазной иголкой. На ее конце имеется чувствительная головка, которая предает прибору сигналы при мониторинге плоскости. Действие прибора напоминает эхолот.

Профилометры бывают: электронные, индуктивные и пьезоэлектрические. Более продвинутые приборы под названием профилографы способны фиксировать все полученные измерения для их дальнейшего изучения специалистами — технологами.

Оптический метод. Представляет собой измерительный вариант шагрени бесконтактным методом, состоящий из нескольких вариантов проведения расчетов.

При помощи растра. На обработанную плоскость фиксируется пластина из тонкого стекла, покрытого специальным растром (напоминает сетку). Далее подаются световые лучи под определенным углом и линии растра совпадают с шагренью поверхности, повторяя ее рельеф.

При помощи тени. На изучаемый элемент кладется специализированная линейка, имеющая скошенное ребро. Именно по нему проходит подаваемый световой пучок. Возникающая при этом тень, досконально отображает рельеф плоскости детали, результаты которого в дальнейшем изучают под микроскопом.

Микроинтерферентный метод. Измеряют плоскость благодаря искривляющимся полоскам, воспроизводимым прибором интерферометром. А его результаты в дальнейшем изучают под микроскопом и получают точную картину поверхности.

Шероховатость верхнего слоя влияет на дальнейшее применения получаемых деталей. От ее коэффициента зависит качество сварки таких элементов, окраски и других дальнейших операций.

Таблица 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.

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
R_a	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
R_z	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	R_z400
Ковка в штампах	R_z400	R_z200	R_z100
Отпиливание	R_z400
Сверление	R_z100	R_z50	R_z25
Зенкерование черновое	R_z100	R_z50	R_z25
Зенкерование чистовое	R_z50	R_z25	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	R_z25	3.2	1.6	0.8	0.4
Точение черновое	R_z400	R_z200	R_z100	R_z50
Точение чистовое	R_z100	R_z50	R_z25	3.2	1.6	0.8
Точение тонкое	3.2	1.6	0.8	0.4
Строгание предварительное	R_z400	R_z200	R_z100	R_z50
Строгание чистовое	R_z100	R_z50	R_z25	3.2	1.6
Строгание тонкое	1.6	0.8
Фрезерование предварительное	R_z200	R_z100	R_z50	R_z25
Фрезерование чистовое	R_z25	3.2	1.6
Фрезерование тонкое	3.2	1.6	0.8
Шлифование предварительное	R_z25	3.2	1.6
Шлифование чистовое	1.6	0.8	0.4
Шлифование тонкое	0.4	0.2
Шлифование — отделка	0.1	0.08	R_z0.1	R_z0.05
Притирка грубая	0.8	0.4
Притирка средняя	0.4	0.2	0.1
Притирка тонкая	0.1	0.08	R_z0.1	R_z0.05
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	R_z50	R_z25	3.2	1.6	0.8
Литье в кокиль	R_z400	R_z200	R_z100	R_z50
Литье под давлением	R_z400	R_z200	R_z100	R_z50	R_z25	3.2
Литье прецизионное	R_z50	R_z25	3.2	1.6
Литье пластмасс, прецизионное	R_z25	3.2	1.6	0.8	0.4	0.2	0.1

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Шероховатость поверхности

Шерохотоватость поверхности – это показатели, которые обозначают определенное количество данных характеризующих состояние неровностей поверхности измеряемых сверхмалыми отрезками при базовой величине длины. Совокупность показателей, обозначающих возможную ориентацию направлений неровностей поверхностей с определенными значениями и их характеристикой, задается в нормативных документах ГОСТ 2789-73, ГОСТ 25142-82, ГОСТ 2.309-73. Совокупность требований указанных в нормативных документах распространяется на изделия, изготовленные с использованием различных материалов, технологий и методов обработки, за исключением имеющихся дефектов.

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения

ГОСТ 25142-82 Шероховатость поверхности. Термины и определения

Высокое качество обработки деталей позволяет значительно снизить износ поверхностей, возникновение очагов коррозии, тем самым повышая точность сборки механизмов их надежность при длительной эксплуатации.

Основные обозначения

Шероховатость исследуемой поверхности измеряются на допустимо небольших площадях, в связи с чем базовые линии выбирают, учитывая параметр снижения влияния волнообразного состояния поверхности на изменение высотных параметров.

Неровности на большинстве поверхностей возникают по причине образующихся деформаций верхнего слоя материала при осуществляемой обработке с использованием различных технологий. Очертания профиля получают при проведении обследования с помощью алмазной иглы, а отпечаток фиксируется на профилограмме. Основные параметры, характеризующие шероховатость поверхности имеют определенное буквенное обозначение, используемое в документации, чертежах и получаемые при проведении измерений деталей(Rz, Ra, Rmax, Sm, Si, Tp).

Для измерения неровности поверхности используют несколько определяющих параметров:

Ra- обозначает значение исследуемого профиля с возможным отклонением (среднеарифметическим) и измеряется в мкм;
Rz – обозначает высоту измеряемых неровностей определяемую по 10 основным точкам в мкм;
Rmax –максимальное допустимое значение параметра по высоте.

Обозначение шероховатости поверхности

Также используются шаговые параметры Sm и Si и опорная длина исследуемого профиля tp. Данные параметры указываются при необходимости учитывать условия эксплуатации деталей. В большинстве случаев для измерений используется универсальный показатель Ra, который дает наиболее полную характеристику с учетом всех точек профиля. Значение средней высоты Rz применяется при возникновении затруднений связанных с определением Ra с использованием приборов. Подобные характеристики оказывают влияние на сопротивление и виброустойчивость, а также электропроводимость материалов.

Значения определений Ra и Rz указаны в специальных таблицах и при необходимости могут использоваться при проведении необходимых расчетов. Обычно определитель Ra обозначается без числового символа, другие показатели имеют необходимый символ. Согласно действующим нормативным актам (ГОСТ) существует шкала, в которой даны значения шероховатостей поверхности различных деталей, имеющих подробную разбивку на 14 специальных классов.

Существует прямая зависимость, определяющая характеристики обрабатываемой поверхности, чем выше показатель класса, тем меньшее значение имеет высота измеряемой поверхности и лучше качество обработки.

Методы осуществления контроля

Для осуществления контроля шероховатости поверхности используются два метода:

Образцы шероховатости поверхности

Количественный контроль поверхности проводится с использованием приборов работающих с применением разных технологий:

профилометра;
профилографа;
двойного микроскопа.

Классификация поверхностей

При определении характеристики поверхностного слоя материала необходимо провести классификацию:

Рабочие поверхности, имеющие сопряжение с изменением местоположения в ходе осуществляемого процесса, по отношению друг к другу (механизмы двигателей, насосов и т. д.). Детали, используемые в механизмах обязательно должны обрабатываться с высокой точностью, а показатели соответствовать величинам Ra=2,5-0,16 мкм, Rz=10-0,8 мкм.
Установочные поверхности – детали находятся в соприкосновении, но по отношению друг к другу неподвижны. Подлежат обработке и должны соответствовать показателям Ra=20-2,5 мкм, Rz=80-10 мкм.
Ограничительные и соединительные поверхности – элементы служащие ограничением для работающих механизмов (корпуса приборов, станков и т. д.). Данные поверхности в зависимости от требований могут подвергаться обработке, параметры соответствуют Ra=20-2,5 мкм, Rz=80-10 мкм.
Поверхности, требующие специальной обработки (детали внешних корпусов механизмов, агрегатов). Параметры шероховатости должны соответствовать Ra=5,0-1,25 мкм, Rz=20-6,3 мкм. Особо стоит отметить требования, предъявляемые к органам управления механизмов, приборов у которых показатели должны, находится на уровне Ra=0,63-0,08 мкм, Rz=3,2-0,4 мкм.
Используя данные качества поверхности, получаемые при различных методах обработки можно выстраивать технологическую цепочку, обеспечивающую наибольшую эффективность и сокращение времени обработки деталей.

Классы шероховатости поверхности

Нормативные данные также содержатся в ГОСТ 2.309-73 согласно, которому наносятся обозначения на чертежи и содержат характеристики поверхностей по установленным правилам и обязательны для всех промышленных предприятий. Необходимо также учитывать, что знаки и их форма, наносимые на чертежи должны иметь установленный размер с указанием числового значения неровности поверхности. Регламентируется высота знаков, указывается вид обработки.

Читайте также: