5.1. Понятие о шероховатости поверхностей

Шероховатость поверхности — качественная характеристика ее микрорельефа, возникающего на поверхности в результате ее обработки (точнее, в результате процесса образования поверхности, поскольку под обработкой понимают обычно лишь механическое воздействие инструмента на материал заготовки в целях удаления его части). Микрорельеф поверхности рассматривают в сечении тела детали плоскостью, перпендикулярной к поверхности и проведенной в том направлении, где неровности имеют наибольшую высоту (по умолчанию), или в направлении, указанном на чертеже (при необходимости).

Более предметно шероховатость поверхности определяется как совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами (микрорельеф), рассматриваемых в пределах базового участка (рис. 66), длина l которого выбирается в зависимости от характера поверхности, требований, предъявляемых к ней, и необходимой степени достоверности полученных результатов.

Абсолютно гладких поверхностей быть не может даже теоретически: каждая поверхность имеет неровности, чем и обусловлено введение понятия «шероховатость» вместо ранее существовавшего понятия «чистота поверхности».

Рис. 66. Изображение микрорельефа поверхности:

b₁, ..., b_n — составляющие опорной длины; m — средняя линия профиля;

l — базовая длина; p — уровень сечения профиля; y₁ .... y_n— отклонения профиля

Для указания шероховатости конкретной поверхности могут использоваться следующие шесть параметров:

R_a — среднее арифметическое отклонения профиля, т.е. среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля У! в пределах базовой длины (базовой линии);

R_z — высота неровностей профиля по десяти точкам, т.е. среднее значение абсолютных размеров пяти наибольших выступов H_imax и пяти наибольших впадин H_imin профиля в пределах базовой длины;

R_max — наибольшая высота неровностей профиля, т.е. расстояние между линией выступов и линией впадин профиля в пределах базовой длины;

S — средний шаг неровностей по вершинам в пределах базовой длины;

S_m — средний шаг неровностей профиля в пределах базовой длины;

t_p — относительная опорная длина профиля, представляющая собой отношение опорной длины профиля к базовой длине.

Первые три параметра являются высотными и измеряются в микрометрах (1 мкм = 10~6 м), четвертый и пятый — шаговыми, измеряемыми в миллиметрах. В миллиметрах измеряется и базовая длина.

Шаговые параметры связаны с подачей режущего инструмента при обработке, которая может измеряться в миллиметрах на оборот (мм/об), миллиметрах на зуб (мм/зуб) или миллиметрах в минуту (мм/мин).

Относительная опорная длина профиля выражается в процентах.

Шероховатость поверхности может задаваться на чертеже и без применения параметров. В этом случае непосредственно рассматриваются высоты неровностей.

Шероховатость конкретной поверхности обычно задают одним из высотных параметров, причем базовую длину не указывают, если она соответствует стандартному значению. Особенности эксплуатации поверхности могут обусловить необходимость применения нескольких параметров шероховатости, указания более конкретного способа образования поверхности, использования базовой длины, отличной от стандартной, указания направления неровностей.

Значения базовой длины для конкретных значений параметров шероховатости приведены в приложении к ГОСТ 2789 — 73. При необходимости применения других значений их следует выбирать из ряда, приведенного в самом ГОСТ 2789-73 (0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25 мм), и указывать в обозначении шероховатости.

В курсе черчения большинство этих вопросов не рассматривается. Мы приведем лишь общую схему образования обозначения шероховатости.

При определении шероховатости конкретной поверхности не учитываются дефекты поверхности (например, царапины). При необходимости допущение их наличия на поверхности оговаривается особо. Для оптических деталей специальным стандартом установлены классы чистоты поверхности, которые указываются на чертежах.

Самым удобным в применении является параметр R_a. Человеческий глаз прекрасно справляется с задачей определения качества обработанной поверхности при сравнении ее с образцами шероховатости, если шероховатость задана именно с помощью этого параметра. Поверхности низкого и самого высокого качества оценивают с помощью приборов. При этом с точки зрения удобства и достоверности определения значений все параметры оказываются одинаково приемлемыми, однако исторически сложилось так, что преимущество отдается параметрам R_a и R_z (существовавшие ранее классы шероховатости поверхностей 1 — 5, 13 и 14 определялись параметром R_z, а классы 6—12 — параметром R_a).

В настоящее время установлены ряды значений параметров шероховатости: для параметра R_a — от 100 до 0,008 мкм, для R_z и R_max — от 1 600 до 0,025 мкм, для шаговых параметров — от 12,5 до 0,002 мм. Относительная опорная длина профиля t_p выбирается в пределах 10...90%, а числовые значения уровня профиля р — от 5 до 90 % от R_max.

В связи с тем, что параметр Ra оказался наиболее употребляемым, было решено его символ в обозначениях шероховатости поверхностей не приводить (принцип умолчания), однако в последнем издании ГОСТ 2.309 — 73 это правило отменено.

Таблица 5.1 Предпочтительные значения параметров R_a и R_z.

Среди каждых трех последовательных стандартных значений высотных параметров выделено одно значение, принимаемое в качестве предпочтительного. Ряды предпочтительных значений параметров связаны с предпочтительными рядами чисел. Более частая градация значений необходима только в отдельных случаях. К тому же человеческий глаз не способен уловить разницу в качестве поверхностей при применении всего ряда значений параметров шероховатости. Предпочтительные значения параметров R_a и R_z приведены в табл. 5.1. Значения, расположенные одно под другим, относятся к поверхностям приблизительно одинакового качества.