Критерии оценки шероховатости

Учитывая большое влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин, шероховатость несущих поверхностей строго регламентируют.

Шероховатость поверхности принято определять по ее профилю, который представляет собой линию пересечения поверхности плоскостью, перпендикулярной к направлению неровностей на базовой длине.

В нашей стране за основу принята система отсчета, согласно которой отсчет высоты неровностей производится от средней линии профиля.
Средняя линия профиля (линия на профилограмме, показанной на рис. 2) - это линия, делящая реальный профиль так, что в пределах базовой длины сумма квадратов расстояний точек профиля до этой линии минимальная, т.е. .

Рис. 2. Профилограмма поверхности
Основные характеристики шероховатости регламентируются ГОСТом 25142 - 82 и ГОСТом 2789 - 73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики», который для количественной оценки и нормирования шероховатости устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra, Rz, Rmax), два шаговых (Sm, S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp).

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l, т.е. среднее арифметическое из абсолютных значений расстояний точек измеренного профиля до его средней линии

или приближенно

где уi - отклонение (ордината) профиля, определяющее расстояние между точкой реального профиля и средней линией профиля;
n - число выбранных точек на профиле (число измеренных ординат);
l - базовая длина;
Высота неровностей профиля Rz есть сумма средних арифметических абсолютных значений пяти наибольших минимумов Himin и пяти наибольших максимумов Himax профиля в пределах базовой длины.
/
Rz можно определить по формуле

где himaх и himin - расстояния соответственно до пяти высших точек выступов и пяти низших точек впадин, измеренные от линии, параллельной средней линии профиля.

 

. Методы измерения и оценка качества поверхности деталей Оценка точности результатов измерений микронеровностей поверхностей производится общепринятыми в метрологии методами. Однако при оценке шероховатости поверхности возникают и некоторые специфические метрологические проблемы.

Чертежом, как правило, задаются требования к шероховатости всей рабочей поверхности детали. Контроль соблюдения этих требований осуществляется обычно по некоторому числу профилей ограниченной длины. При этом возникают вопросы: какой длины должен быть каждый обследуемый профиль, т.е. участок измерения; сколько должно обследоваться таких участков; какие участки выбирать для измерений, чтобы оценить качество поверхности в целом.

Оценку шероховатости поверхности можно производить комплексно (путем сравнения с эталонной поверхностью или другими способами) либо поэлементно, измеряя отдельные параметры шероховатости поверхности. Поскольку в технологических исследованиях поэлементная оценка шероховатости более распространена, рассмотрим некоторые из указанных методов.

Оптические методы измерения шероховатости. Измерение параметров шероховатости оптическими приборами производится бесконтактными методами, среди которых наибольшее распространение получили методы светового сечения, теневого сечения, микроинтерференционные, с применением растров.

Метод светового сечения заключается в следующем: пучок световых лучей, поступающих от источника света через узкую щель 3 (рис.1.1, а) шириной около 0,1 мм, направляется объективом 2 под углом a на контролируемую поверхность 1. Отражаясь от этой поверхности, лучи через объектив 5 переносят изображение щели в плоскость фокуса окуляра 6. Если контролируемая поверхность является идеально ровной, то в окуляре щель будет иметь вид светящейся прямой линии (обычно зеленого цвета). Если на поверхности имеется канавка, то в плоскости окуляра наблюдается искривленная светящаяся линия (рис.1.1, б). При глубине канавки, равной Н, ее световое сечение b = H / sin a, размер же светового сечения канавки в плоскости объектива b ₁ = bV^x, где V ^х — увеличение объектива микроскопа.

Рисунок 1.1 - Схема для определения шероховатости методом светового сечения

 

Микроинтерференционный метод реализуется с помощью приборов МИИ-4, МИИ-5, МИИ-15, МИИ-9, МИИ-10, предназначенных для лабораторных измерений параметров Rz и S и фотографирования микронеровностей чистых поверхностей с Rz = 0,03...1 мкм. Принцип устройства микроинтерферометра В.П. Линника – сочетание интерферометра Майкельсона с измерительным микроскопом, что позволяет в поле зрения микроскопа увеличенное в нужное число раз изображение интерференционной картины и измерять координатным методом вырисовывающиеся неровности с помощью обычного винтового окулярного микрометра. В местах выступов и впадин на исследуемой поверхности интерференционные полосы искривляются. Степень искривления полос и характеризует неровность поверхности.

На рис.1.2 приведена интерферограмма поверхности, сфотографированная на МИИ.

Рис.1.2 – Схема искривления интерференционных полос

Каждая интерференционная полоса на ней представляет собой изображение полосы профиля поверхности. Высоты микронеровностей (мкм) определяют путем измерения искривления интерференционной полосы а по отношению к интервалу полос b (рис.1.3): R=a /b × l/2=0,275a/b (l- длина световой волны; наиболее часто l=0,55 мкм). В тех случаях, когда необходима определить и шаг неровностей, его подсчитывают по формуле S=2a tg (a/2), где a - угол профиля, измеряемый при помощи окулярного микровинта.

Рис.1.3 – Схема для измерения параметров шероховатости по интерферограмме

Идея растрового метода заключается в следующем. Если на испытываемую поверхность наложить стеклянную пластинку, на которую нанесены с малым шагом штрихи (растровая сетка), при наклонном падении лучей отраженная растровая сетка накладывается на штрихи самой сетки и наблюдаются муаровые полосы. На основе этого явления предложена методика измерения высот не­ровностей поверхностей с помощью растрового микроскопа. Растровый измерительный микроскоп ОРИМ-1 предназначен для измерения высоты неровностей (от 0,4 до 40 мкм) наружных поверхностей деталей со следами обработки, имеющими определенное преимущественное направление.

 

Щуповой метод измерения параметров шероховатости. При щуповом (контактном) методе измерения неровностей поверхности в качестве щупа используют остро заточенную иглу, поступательно перемещающуюся по определенной трассе относительно поверхности. Ось иглы располагают по нормали к поверхности. Опускаясь во впадины, а затем поднимаясь на выступы во время движения ощупывающей головки по испытуемой поверхности, игла колеблется относительно головки соответственно огибаемому профилю. Механические колебания иглы преобразуются, как правило, в электрические при помощи электромеханическогопреобразователя того или иного типа. Снятый с преобразователя полезный сигнал усиливают, а затем измеряют его параметры, характеризующие неровности исследуемой поверхности (профилометрирование), или записывают параметры профиля поверхности в заранее выбранных вертикальном и горизонтальном масштабах (профилографирование).

Щуповые электромеханические приборы, предназначенные для измерений параметров шероховатости поверхности, называют профилометрами, а такие же приборы для записи неровностей поверхности - профилографами. Профило-графы позволяют не только записывать профиль поверхности, но и измерять параметры шероховатости. Поэтому их называют профилографами-профилометрами.