ПОВЕРХНОСТЕЙ

10.1 Основные термины и определения

Поверхности деталей, обработанных на любых металлорежущих станках, имеют неровности в продольном и поперечном направлениях. Продольные неровности определяются в направлении главного рабочего движения при резании, а поперечные – в направлении, перпендикулярном к нему.

Форма, размеры, частота повторяемости этих неровностей зависят от вида режущего инструмента, метода и режимов обработки, материала детали, жесткости оборудования и, как следствие, от частоты колебаний в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь».

При изучении неровностей поверхности выделяют волнистость и шероховатость.

Волнистость – это такая совокупность периодически чередующихся возвышенностей и впадин, у которой расстояние между смежными возвышенностями или впадинами превышает базовую длину.

Нормируемыми параметрами волнистости являются ее высота и средний шаг.

Высота волнистости W_z (рис. 10.1.1, а) – среднее арифметическое из пяти значений, определенных на участке измерения длиной L_w, равной не менее пяти действительным наибольшим шагам волнистости:

.

Предельные числовые значения высоты волнистости W_z необходимо выбирать из ряда, мкм: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200.

Средний шаг волнистости S_w – среднее арифметическое расстояний S_w между одноименными сторонами соседних волн, измеренных по средней линии профиля:

. (рис. 10.1.1, б)

Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей профиля поверхности с относительно малыми шагами в пределах базовой длины l.

Базовая длина – длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Граница между волнистостью и шероховатостью условна, так как при изменении базовой длины l, которую назначают из эксплуатационных соображений, числовые значения параметров волнистости и шероховатости тоже будут изменяться.

В качестве критерия различия между волнистостью, шероховатостью и отклонением формы чаще всего используют отношение среднего шага к высоте:  – шероховатость;  – волнистость;  – отклонение формы.

Рис. 10.1.1 Определение высоты (а) и шага (б) волнистости поверхности.

Стандартом ГОСТ 25142–82 предусмотрен ряд параметров для количественной оценки шероховатости, причем отсчет значений ведется от единой базы, за которую принята средняя линия профиля т.

Средней линией профиля т называется базовая линия, имеющая форму номинального профиля поверхности и делящая действительный профиль так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля от этой линии минимально.

Систему отсчета значений шероховатости от средней линии профиля называют системой средней линии.

На профилограмме (рис. 10.1.2) в пределах базовой длины l площади, расположенные по обеим сторонам от этой линии до контура профиля, должны быть равны между собой.

Базовая длина при измерении шероховатости поверхности вы­бирается из ряда, мм: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25. Чем больше размеры неровностей на приборе К201, тем больше должна быть базовая длина.

Количественную оценку шероховатости проводят по следующим основным параметрам:

R_a – среднее арифметическое отклонение профиля;

R_z – высота неровностей профиля по десяти точкам;

R_max – наибольшая высота неровности профиля;

S_m – средний шаг неровностей;

S – средний шаг неровностей по вершинам;

t_p  – относительная опорная длина профиля (р – уровень сечения профиля).

Рис. 10.1.2 Профилограмма к определению основных параметров

шероховатости поверхности.

Параметр R_a характеризует среднюю высоту всех неровностей профиля, R_z – среднюю высоту наибольших неровностей, R_max – наибольшую высоту профиля.

Шаговые параметры S_m, S и t введены для учета формы и расположения характерных точек неровностей. Параметр R_a является предпочтительным.

Средним арифметическим отклонением профиля R_a называется среднее значение расстояний y₁, y₂, …, y_n от точек измерения профиля до средней линии, взятых по абсолютному значению:

,

где l – базовая длина; n – число выбранных точек профиля на базовой длине.

Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z – сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

,

где y_pi – высота i-го наибольшего выступа профиля; y_vi – глубина i-й наибольшей впадины.

Наибольшая высота неровностей профиля R_max – это расстояние между линией выступов профиля и линией впадин в пределах базовой длины l:

R_max = R_p + R_v

Средний шаг неровностей S_m – среднее значение шага неровностей по средней линии т в пределах базовой длины, определяемое как расстояние между одноименными сторонами соседних неровностей:

где n – число шагов в пределах базовой длины l; S_mi – шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, пересекающей профиль в трех соседних точках и ограниченной двумя крайними точками.

Средний шаг неровностей по вершинам S – среднее значение расстояний между вершинами характерных неровностей в пределах базовой длины:

где n – число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины l; Si – шаг неровностей профиля по вершинам, равны длине отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних выступов профиля.

Числовые значения параметров шероховатости Ra, Rz, R_mах, S_m и S нормализованы и приведены в ГОСТ 2789–73. Рекомендуется; использовать предпочтительные значения параметров шероховатости, указанные в этом стандарте.

Относительная опорная длина профиля t_p – отношение опорной длины профиля к базовой длине, определяемое в %:

где η_p – сумма длин отрезков b_i отсекаемых на выступах профиля заданной линией, эквидистантной средней линии в пределах базовой длины,

,

где n – число отсекаемых отрезков в пределах базовой длины (см рис. 10.1.2) l базовая длина.

Относительная опорная длина профиля t_p характеризует фактическую опорную площадь, от которой в значительной степени зависят износостойкость подвижных соединений, прочность посадок с натягом и пластическая деформация поверхностей при их контакте.

Опорная длина профиля η_p определяется на уровне сечения р, т.е. на заданном расстоянии между линией выступов и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов.

Уровень сечения профиля р отсчитывают по линии выступов и выбирают из приведенных ниже рядов:

t_p, %. 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90

р, %. 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90