Шероховатость металла

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 30.04.2024

Содержание:

Те, кто окончил технические университеты и начинает работу по профессии, часто сталкиваются с такой концепцией, как шероховатость поверхности производимых деталей. Например, при создании металлического каркаса. Встает вопрос - что же такое шероховатость поверхности в контексте различных способов обработки?

Процесс создания необходимого компонента включает в себя множество стадий обработки, каждая из которых выполняется в соответствии с техническими чертежами и эскизами. Сырье проходит через этапы нагрева, сверления, резки и другие технологические процедуры.

шероховатость поверхности по видам обработки фото

Обработка любого изделия создает специфический узор на его поверхности, который представляет собой небольшую шагрень, выступы, микроскопические трещины и царапины. Все этот рисунок проявляется в форме шероховатости на обработанной поверхности предмета.

В зависимости от характера технологического воздействия формируется специфический тип шероховатости поверхности. Все разновидности и метрики данного феномена описаны в ГОСТ 2789-73 под названием «Шероховатость поверхности».

В стандарте представлены детальные данные, снабженные иллюстрациями неровностей. Изменения на поверхности материала, невидимые невооруженным глазом, могут быть вызваны различными видами технического воздействия. Исследование данных неровностей проводится с использованием микроскопа.

Основные критерии для оценки шагрени включают:

  • В десяти местах измеряется высота обрабатываемой поверхности.
  • Средний показатель отклонения уровня плоскости;
  • Средний размер неровностей;
  • Точка с максимальной высотой на поверхности после обработки;
  • Профильная длина опоры.

Заключительные фрезеровочные и шлифовальные операции по металлу, а также полировка изделий, обеспечивают максимальное выравнивание обрабатываемой поверхности. Однако, внутренние преобразования на уровне молекул в материале приводят к определенным эффектам, проявляющимся в форме микроскопической шагрени.

Данный показатель представлен в форме множества небольших шагов основной длины обрабатываемой поверхности и ее неровностей. Модернизированное токарное оборудование гарантирует наивысшее качество изготовления деталей. Шагрень во время токарной обработки - это параметр, расчёт которого происходит даже на этапе проектирования будущего продукта.

Нередко на многих станках уже предустановлены необходимые показатели шагрени на плоскости, что значительно упрощает работу рабочего персонала и способствует росту производительности. Главным условием в этом процессе являются точные характеристики шагрени для определенного материала, из которого будет изготовлена конкретная деталь.

Ни одна из новейших технологий обработки шагренированной поверхности не способна добиться абсолютной гладкости. Поэтому всегда присутствуют некие отклонения от установленного проектного рисунка детали. Такие отклонения могут быть макро или микрогеометрическими.

Обычно можно выделить три главных вида данного показателя:

  • Происхождение шагреня (возникает при воздействии абразивных приспособлений на изделие);
  • Операционная (проявляется в результате фрикции и естественного износа в ходе технологического процесса);
  • Результат трения при стационарной обработке, выражающийся в установившемся равновесии.

Измерение шагрени может быть проведено на общих основаниях или по отдельным элементам. Большей точностью характеризуется последний способ, хотя он требует больше усилий. В реальной жизни обычно используются три преимущественных метода измерения:

  • С использованием пробника, верхнюю поверхность анализируют профилометром - специализированным девайсом, оснащенным миниатюрной алмазной иглой. Чувствительный наконечник на ее конце отправляет сигналы устройству в процессе контроля плоскости. Работа этого приспособления схожа с функционированием эхолота.

Профилометры могут быть электронными, индуктивными или пьезоэлектрическими. Существуют более сложные устройства, называемые профилографами, которые в состоянии записывать все совершенные измерения для последующего анализа экспертами в этой области - технологами.

  • Это измерительный подход, представляющий шагрень с помощью оптики, используя бесконтактный способ и включающий в себя несколько вариантов выполнения расчетов.

С помощью растрового метода обработка осуществляется следующим образом: на подготовленную поверхность прикрепляется пластинка из утонченного стекла, которое предварительно покрывается специальным растром, напоминающим сетку. Затем осуществляется подача световых лучей под конкретным углом, при этом линии растра выравниваются с неровностями поверхности, воспроизводя ее рельеф.

Используя тень в качестве инструмента, можно изучить элемент с помощью специализированной линейки, которая имеет наклонное ребро. Именно на этом ребре проходит луч света. В результате образуется тень, которая точно отражает структуру поверхности изучаемого объекта. В дальнейшем такую тень детально изучают при помощи микроскопа.

  • Метод микроинтерференции. Оценка плоскости совершается благодаря закручивающимся полосам, которые генерирует прибор, называемый интерферометром. Затем анализируют его результаты под микроскопом, позволяющим получить детальное изображение поверхности.

Рельефность поверхности определяет возможности последующего использования изготовленных компонентов. От этого параметра зависит успешность процессов сварки различных деталей, их окраски и прочих последующих манипуляций.

Диаграмма неровностей

Первоначальная неровнота поверхности материала обусловлена его технологической обработкой. Применительно к большинству поверхностей, горизонтальный интервал unevenness захватывает отметки от 1 до 1000 микрометров, в то время как его высота варьируется между 0,01 и 10 микрометрами. От трения и износа первичную неровность transformiruetsya, как что происходит изменение эксплуатационной неровности. Выделенная эксплуатационная неровность, которую можно создать при неизменных условиях трения, определяется как равновесная неровнота.

Класс 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Ra 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
Rz 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 Rz400                          
Ковка в штампах Rz400 Rz200 Rz100                      
Отпиливание Rz400                          
Сверление     Rz100 Rz50 Rz25                  
Зенкерование черновое     Rz100 Rz50 Rz25                  
Зенкерование чистовое       Rz50 Rz25 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         Rz25 3.2 1.6 0.8 0.4          
Точение черновое Rz400 Rz200 Rz100 Rz50                    
Точение чистовое     Rz100 Rz50 Rz25 3.2 1.6 0.8            
Точение тонкое           3.2 1.6 0.8 0.4          
Строгание предварительное Rz400 Rz200 Rz100 Rz50                    
Строгание чистовое     Rz100 Rz50 Rz25 3.2 1.6              
Строгание тонкое             1.6 0.8            
Фрезерование предварительное   Rz200 Rz100 Rz50 Rz25                  
Фрезерование чистовое         Rz25 3.2 1.6              
Фрезерование тонкое           3.2 1.6 0.8            
Шлифование предварительное         Rz25 3.2 1.6              
Шлифование чистовое             1.6 0.8 0.4          
Шлифование тонкое                 0.4 0.2        
Шлифование — отделка                     0.1 0.08 Rz0.1 Rz0.05
Притирка грубая               0.8 0.4          
Притирка средняя                 0.4 0.2 0.1      
Притирка тонкая                     0.1 0.08 Rz0.1 Rz0.05
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       Rz50 Rz25 3.2 1.6 0.8            
Литье в кокиль Rz400 Rz200 Rz100 Rz50                    
Литье под давлением Rz400 Rz200 Rz100 Rz50 Rz25 3.2                
Литье прецизионное       Rz50 Rz25 3.2 1.6              
Литье пластмасс, прецизионное         Rz25 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1      
article

Механическая обработка металлов не обеспечивает безупречно гладкую поверхность заготовки. Микроскопические неровности, царапины или зазубрины сложно увидеть невооруженным глазом. Тем не менее, их параметры точно определены в ГОСТ 2789-73.

Называется шероховатостью металла минимальная деформация поверхности, которая возникает после обработки.

Когда область обрабатываемой поверхности увеличивается, коэффициент неровности также увеличивается. На проектных рисунках обычно указываются следующие виды неровностей и их характеристики:

  1. Ra - это арифметическое среднее значение отклонения профиля.
  2. Rz - это набор из десяти пунктов, на основе которых рассчитывается высота неровности.
  3. Pmax - это верхний предел высоты неровности.
  4. См - это усредненный размер неровности.
  5. S – это среднестатистическое расстояние локальных пиков на металле.
  6. Tp - это длина, которая определяется относительно уровня сечения обрабатываемого материала, обозначаемого символом p.

Степень гладкости поверхности прямо влияет на функционирование составляющих элементов механизмов следующим образом:

  1. Происходит нарушение характеристики соединения элементов из-за ускоренного износа (деформации) профильных выступов.
  2. Происходит уменьшение жесткости в местах стыковки соединений.
  3. Рапидное уничтожение уплотнительного материала из-за неровной поверхности валов.
  4. Прочность при усталости уменьшается из-за неровностей, действующих как фокусаторы напряжения.
  5. Неровности поверхности могут неблагоприятно сказываться на плотности стыков и эффективности электрохимических соединений.
  6. При наличии шероховатой поверхности, точность измерения деталей снижается.
  7. Поверхность с грубой обработкой подвергается коррозии быстрее.
"

Обсудим различные типы металлических поверхностей в соответствии с классификацией по уровню шероховатости:

  1. Это условие доставки, когда механическая обработка не проводится, называется "без обработки".
  2. Класс 1 относится к нерабочим схемам деталей (форм), которые используются для литья, поковки или штамповки.
  3. 2-й класс включает в себя подготовку к сварке, обработку концов сжимающих пружин, создание опор и маслопроводов в силовых валах.
  4. Валы, корпуса, основания, отверстия и пазы, которые являются ненагружаемыми деталями, относятся к 3 классу по схеме классификации, где речь идет о несклоняемых поверхностях.
  5. Категория 4 охватывает смежные площадки, исключая места установки (основания корпусов, внешние части зубчатых элементов, желобки, косинусы, округлые формы).
  6. Категория 5 включает в себя концевые детали, не несущие ответственности, которые предназначены для использования под опорами, а также шлицеванные оси, детали обработки и шарообразные поверхности сосковых деталей.
  7. Деталь класса 6 применяется в качестве поверхности для выпуклых частей механизмов высокоскоростного вращения, а также для зубьев конических и цилиндрических колёс.
  8. 7-й класс включает в себя скользящие поверхности деталей с небольшой нагрузкой, подсадочные области, а также внешние диаметры зубчатого соединения.
  9. 8 класс обозначает посадочные плоскости, которые могут поддерживать установленное положение на протяжении длительного времени, а также обрабатываемые области в герметичных соединительных элементах.
  10. 9 класс означает рабочие поверхности деталей, которые функционируют под сильным напряжением и испытывают постоянное трение, включая поверхности направляющих.
  11. Детали, функционирующие на основе трения и определяющие точность работы всего механизма, имеют поверхность 10 класса.
  12. 11 класс представляет собой работающие части валов в высокоскоростных станках и механизмах, а также рабочие зоны измерительных устройств.
  13. 12-й класс означает использование зеркальных валиков в координатно-расточных аппаратах, а также поверхностей шкал, имеющих оптические деления.

Чем более высокий уровень неравномерности, тем слабее она проявляется на микрометрическом уровне. Следовательно, к обработке поверхностей 10-12 классов предъявляются наиболее высокие требования, ведь именно от них зависит качество конечного изделия.

Категории раундовости Характеристики неровности поверхности Основная длина, выраженная в миллиметрах - L
Ra Rz
грубее 1-го 100 630 500 400 25
1 80 63 50 320 250 200 8,0
2 40 32 25 160 125 100
3 20 16,0 12,5 80 63 50
4 10 8,0 6,3 40 32 25 2,5
5 5,0 4,0 3,2 20 16 12,5
6 2,5 2,0 1,6 10,0 8,0 0,8
7 1,25 1,0 0,80 6,3 5,0 4,0
8 0,63 0,50 0,40 3,2 2,5 2,0
9 0,32 0,25 0,20 1,60 1,25 1,00 0,25
10 0,160 0,125 0,100 0,80 0,63 0,50
11 0,080 0,063 0,050 0,40 0,32 0,25
12 0,040 0,032 0,025 0,20 0,16 0,125
13 0,020 0,016 0,012 0,100 0,080 0,063 0,08
14 0,010 0,008 0,050 0,040 0,032

Важно отметить: в индустрии машиностроения обычно рекомендуют использовать указанные цифровые величины параметров шероховатости. Более предпочтителен параметр Ra.

Внешние цилиндровидные поверхности

Методы обработки Параметры шероховатости, мкм
Rz Ra Rz
320 160 80 40 20 2,5 1,25 0,63 0,32 0,16 0,08 0,04 0,1
Обтачивание Предварительное Да Да Да Да                  
Чистовое     Да Да Да Да Да Да Да        
Тонкое             Да Да Да        
Шлифование Предварительное           Да Да            
Чистовое               Да Да        
Тонкое             Да Да          
Притирка Грубая               Да Да        
Средняя               Да Да        
Тонкая                   Да Да Да Да
Отделка абразивным полотном                   Да Да Да Да  
Обкатывание роликом                     Да Да Да  
Шлифование-отделка (супер-финиширование)                     Да Да Да Да

Цилиндрические поверхности внутренней структуры

Методы обработки Параметры шероховатости, мкм
Rz Ra Rz
320 160 80 40 20 2,5 1,25 0,63 0,32 0,16 0,08 0,04 0,1
Растачивание Предварительное Да Да Да Да Да                
Чистовое       Да Да Да Да            
Тонкое               Да Да Да      
Сверление       Да Да Да                
Зенкерование Черновое (по корке)     Да Да Да                
Чистовое       Да Да Да Да            
Развертывание Нормальное             Да Да          
Точное                 Да Да      
Тонкое                 Да Да      
Протягивание             Да Да Да Да        
Внутреннее шлифование Предварительное               Да Да        
Чистовое               Да Да Да Да    
Калибрование шариком                   Да Да Да    
Притирка Грубая           Да Да            
Средняя               Да Да        
Тонкая                   Да Да Да  
Шлифование – притирка (хонингование) Нормаль- ное               Да Да Да      
Зеркальное                   Да Да Да  

Литье

Методы обработки Параметры шероховатости, мкм
Rz Ra Rz
320 160 80 40 20 2,5 1,25 0,63 0,32 0,16 0,08 0,04 0,1
В землю                             
В оболочковыe формы       Да Да Да                
По выплавляемым моделям         Да Да                

Плоскости

Методы обработки Параметры шероховатости, мкм
Rz Ra Rz
320 160 80 40 20 2,5 1,25 0,63 0,32 0,16 0,08 0,04 0,1
Строгание Предварительное Да Да Да Да                  
Чистовое     Да Да Да Да Да            
Тонкое             Да Да          
Цилиндрическое фрезерование Предварительное   Да Да Да Да                
Чистовое         Да Да Да            
Тонкое             Да Да          
Торцевое фрезерование Предварительное   Да Да Да Да                
Чистовое         Да Да Да            
Тонкое             Да Да          
Торцевое точение Предварительное Да Да Да Да                  
Чистовое     Да Да Да Да Да            
Тонкое             Да Да          
Плоское шлифование Предварительное           Да Да            
Чистовое               Да Да        
Притирка Грубая               Да Да        
Средняя                 Да Да      
Тонкая                   Да Да Да Да