Шероховатость. Лабораторная работа 5 Шероховатость. Лабораторная работа определение параметров шероховатости

• Название: Лабораторная работа определение параметров шероховатости
• Анкор: Шероховатость
• Дата: 23.05.2023
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: Лабораторная работа 5 Шероховатость.docx
• Тип: Лабораторная работа; #1154155
• страница: 1 из 6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ

ПО ПРОФИЛОГРАММЕ ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. 
   Изучение параметров шероховатости поверхности дета-
   

лей и правил обозначения ее на чертежах

2. 
   Получение навыков обработки профилограммы и опре- деление по ней характеристик параметров шероховатости, вы- вод о годности детали.
   

РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ

1. 
   Обработать профилограмму поверхности детали и определить по ней параметры шероховатости.
   
2. 
   Сравнив полученные значения параметров шероховато- сти с заданными на чертеже, сделать вывод о годности детали.
   

СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   ГОСТ 2789 - 73* Шероховатость поверхности. Пара- метры и характеристики.
   
2. 
   ГОСТ 25142 - 73 Шероховатость поверхности. Термины и определения.
   
3. 
   ГОСТ 2.309 - 73 ЕСКД. Обозначение шероховатости поверхностей.
   
4. 
   Методические указания.
   
5. 
   Бланк для оформления отчета.
   

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Ознакомиться с основными сведениями о шероховато-стиповерхностииеевлияниинаработоспособностьдеталей.
   

В процессе формообразования деталей на их поверхности появляется шероховатость – совокупность микронеровностей (чередующихся выступов и впадин) с относительно малыми расстояниями между их вершинами (шагами).

Шероховатость может быть следом от резца или другого режущего инструмента, копией неровностей форм или штампов, может появляться вследствие вибраций, возникающих при реза- нии, а также в результате действия других факторов. Шерохова- тость влияет на работу деталей машин:

• 
  шероховатость поверхности может нарушать характер сопряжения деталей из-за смятия или интенсивного износа мик- ронеровностей профиля;
  
• 
  шероховатость поверхности разрушает контактирующие с ней различного рода уплотнения;
  
• 
  неровности, являясь концентраторами напряжений, сни- жают усталостную прочность деталей;
  
• 
  шероховатость влияет на герметичность соединений, на качество гальванических и лакокрасочных покрытий;
  
• 
  шероховатость влияет на точность измерения деталей;
  
• 
  коррозия металлов возникает и распространяется быст- рее на грубо обработанных поверхностях.
  

2. 
   Изучить параметры, установленные ГОСТ 2789 – 73,дляколичественнойоценкиинормированияшероховатости
   

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля, получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью, перпендикулярной к ней (рис. 1).




Рис.1. Профилограмма и основные параметры шероховатости поверхности

Для оценки шероховатости поверхности ее рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной – l . На базовой длине должно быть не менее 5 выступов.

Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25мм.

Базой для отсчета отклонений профиля является средняялинияпрофиляm-m– линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины сред- нее квадратичное отклонение профиля от этой линии мини- мально: ΣF = ΣF , то есть должно быть обеспечено равен-

впад. выст.

ство суммы площадей выступов и впадин, определенных по профилограмме относительно средней линии.

Нормируемые параметры шероховатости.

Параметры шероховатости в направлении высотынеровностей.

Cреднее арифметическое отклонение профиля R_а– среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины.

Нужно опустить перпендикуляры из отдельных точек профиля на среднюю линию m-m. Сумма расстояний у₁ , у₂ ,..., у_n , деленная на количество n, дает среднее арифмети- ческое отклонение профиля.

₁ l

l
R_a  _

0

y(x)dx
или приближенно в случае ручной обра-

₁ n

n
ботки профилограммы R_a _ y_i

i1

, мкм

где l – базовая длина; n –число выбранных точек профиля на базовой длине; у – расстояние между любой точкой профиля и средней линией.

Нормируется от 0,008 до100 мкм(табл. 1).

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

1  ^{5 5} 

R_Z _{5 } y_pi  _ y_vi ,мкм

 i1 i1 

где: у_pi– высота i-го наибольшего выступа профиля; y_vi– глуби- на i-й наибольшей впадины профиля.

Нормируется от0,025до1000 мкм(табл.1).

Наибольшая высота неровностей профиля R_max.

Это расстояние между линией выступов профиля и лини- ей впадин профиля в пределах базовой длины.

Нормируется от0,025до1000 мкм(табл.1).

Параметрышероховатости в направлениидлиныпрофиля.

Средний шаг неровностей профиля S_m- среднее значе- ние шага неровностей профиля в пределах базовой длины.

n

S_m

_ ^S_mi,мм

i1

где: n– число шагов неровностей в пределах базовой длины; S_mi

– шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней ли- нии, пересекающего профиль в трех соседних точках, и ограни- ченного двумя крайними точками.

Нормируется от0,002 до12,5мм( табл. 1).

Средний шаг местных выступов профиля S – среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины




i

,
S ¹ n S

ⁿi1

где: n – число шагов неровностей по вершинам в пределах базо- вой длины; S_i– шаг неровностей профиля по вершинам, равный длине отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних выступов профиля.

Нормируется от0,002 до12,5 мм(табл. 1).

Параметры шероховатости, связанные с формой неровностейпрофиля.

Опорная длина профиля _р- сумма длин отрезков b_i, от-

секаемых на заданном уровне рв материале профиля линией, эквидистантной средней линии m–mв пределах базовой длине.

n

^_р^ _^bi.

i1

Относительная опорная длина профиля t_p– отношение опорной длины профиля к базовой длине

t  ^p_.

p _l

Уровень профиля р отсчитывают от линии выступов и вы- бирают из ряда 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90% от

R_max. Значение относительной опорной длины профиля выбира- ют из ряда: 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90%.

Линия выступов профиля проходит через высшую точку профиля в пределах базовой длины.

Числовые значения параметров шероховатости R_a, R_z, R_max,S_m,Sдля простановки на чертежах должны выбираться из табл.1, независимо отразмерности параметра.

Таблица 1 Числовые значения параметров шероховатости R_a,R_z,R_max,S_m, S

	1000	100	10	1	0,100	0,010
	800	80	8	0,8	0,080	0,008
	630	63	6,3	0,63	0,063	0,006
	500	50	5	0,5	0,050	0,005
	400	40	4	0,4	0,040	0,004
	320	32	3,2	0,32	0,032	0,003
	250	25	2,5	0,25	0,025	0,002
	200	20	2	0,2	0,020
1600	160	16	1,6	0,16	0,016
1250	125	12,5	1,25	0,125	0,0125

Выбор параметров для нормирования шероховатости должен производиться с учетом требуемых эксплуатационных свойств поверхности (табл.2).

Основными параметрами для обеспечения свойств по- верхности в большинстве случаев являются высотные парамет- ры. Из высотных параметров шероховатости наиболее информа- тивен параметр R_a, который и определен стандартом как пред- почтительный. Параметры R_max, S, S_m, t_pнормируют в случаях, когда по функциональным требованиям необходимо ограничить полную высоту неровностей профиля, шаг неровностей или их форму, параметр R_z– когда прямой контроль параметра R_aпо техническим причинам не представляется возможным (напри- мер, для поверхностей, имеющих малые размеры или сложную конфигурацию).

Таблица 2 Параметры шероховатости, обеспечивающие определенные

эксплуатационные свойства поверхности

Эксплуатационное свойство поверхности	Параметры шероховатости и характеристики, обеспечиваю- щие эксплуатационное свой- ство поверхности
Износоустойчивость при всех видах трения	Ra(Rz),tp, направление неров- ностей
Виброустойчивость	Ra(Rz),Sm,S, направление не- ровностей
Контактная жесткость	Ra(Rz),tp
Прочность соединения	Ra (Rz)
Прочность конструкции при циклических нагрузках	Rmax,Sm,S,направление неров- ностей
Герметичность соединения	Ra(Rz),Rmax,tp
Сопротивление в волноводах	Ra,Sm, S

3. 
   Изучить обозначение шероховатости поверхности начертеже
   

• 
  Согласно ГОСТ 2.309-73 шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чер- тежу поверхностей, независимо от методов из образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции. Структура обозначения шерохова- тости поверхности приведена на рис.2.
  

Рис.2. Структура обозначения шероховатости поверхности

• 
  Знаки для обозначения шероховатости приведены на рис.3. Знак для указания шероховатости представляет собой фи- гуру в виде угла в 60^о (рис.3а). Этот знак применяется для обо- значения шероховатостей поверхностей, вид обработки которых конструктором не устанавливается.
  
• 
  Знак на рис.3б указывают на поверхностях, обрабатыва- емых удалением слоя металла (точение, фрезерование, сверле- ние и др.). Иногда нормируют желательный вид обработки.
  
• 
  Знак на рис.3в указывает, что поверхность должна обра- батываться без удаления слоя металла (литьем, ковкой, штам- повкой). В этом случае у знака всегда ставится какой-либо па- раметр шероховатости. Знак на рис. 3г означает, что поверх- ность не должна обрабатываться (то есть используется в состоя- нии поставки).
  

Рис.3. Знаки для обозначения шероховатости поверхности

• 
  Числовое значение какого-либо параметра шероховато- сти указывается после условного обозначения (символа) пара- метра под полкой знака При указании нескольких параметров шероховатости они приводятся в определенной последователь- ности сверху вниз: сначала указываются высотные параметры (R_a, R_z, R_max), потом шаговые (S_m, S) и последним – параметр формы t_p.
  
• 
  Числовое значение параметра может быть указано сле- дующим образом:
  

1. 
   одно число, соответствующее максимальному (для па- раметра t_p– минимальному) значению параметра, например, R_max6,3; S_m0,63; S0,32; R_z32; t₅₀ 70.
   
2. 
   два предельных значения, определяющих диапазон до- пускаемой шероховатости, размещенных в две строки (в верх- ней строке – максимальное значение, в нижней – минималь- ное),например:
   

т.п.

1,00 R_z0,080 R_max0,80 и
0,63 0,032 0,32

3. 
   номинальное значение параметра с предельными откло- нениями от него, (предельные отклонения указываются в %, вы- бираются из ряда: 10, 20, 40), например 1  20%; R_z80_-10%; S_m0,63^+20%; t₅₀ 70  40% и т.п.
   

• 
  Числовое значение базовой длины для параметров S_m,S,t_pуказывается всегда и выбирается из соответствующего ряда; для параметров R_a, R_z, R_maxзначения базовой длины в требова- ниях к шероховатости могут не указываться, если эти парамет- ры определены на базовой длине в соответствии с табл.3. Ука- зывается числовое значение базовой длины перед параметром шероховатости и отделено наклонной чертой (/).
  

Таблица 3 Соотношение параметров Ra,Rz, Rmax и базовой длины

Ra, мкм	Rz, Rmax, мкм	l, мм
До 0,025	До 0,10	0,08
Св.0,025 до 0,4	Св. 0,10 до 1,6	0,25
Св. 0,4 до 3,2	Св. 1,6 до 12,5	0,8
Св. 3,2 до 12,5	Св. 12,5 до 50	2,5
Св.12,5 до 100	Св. 50 до 400	8,0

• 
  Вид обработки поверхности указывают в обозначении шероховатости только в тех случаях, когда он является един- ственно возможным для получения требуемого качества по- верхности: шлифование, полирование, чистовое точение, фрезе- рование, хонингование и т.д.
  
• 
  В ответственных случаях устанавливаются требования к направлению неровностей обработки, под которым понимается условное изображение рисунка, образованного режущим ин- струментом на поверхности детали. Для обозначения использу- ют знаки (табл.4).
  

Направление неровностей	Условное обозначение
Параллельное	=
Перпендикулярное	
Перекрещивающееся	Х
Произвольное	М
Кругообразное	С
Радиальное	R

Таблица 4 Условное обозначение направлений неровностей

• 
  Знаки шероховатости должна располагаться по линии контура детали, на выносных линиях (по возможности ближе к размерной линии) или на полках линий-выносок.
  
• 
  При указании одинаковой шероховатости для всех по- верхностей детали обозначение шероховатости помещают в правом верхнем углу чертежа и на изображение не наносят.
  
• 
  При указании одинаковой шероховатости для части по- верхностей детали в правом верхнем углу чертежа помещают обозначение одинаковой шероховатости и знак шероховатости в скобках. Это означает, что все поверхности, на изображении которых не нанесены обозначения шероховатости, должны иметь шероховатость, указанную перед знаком в правом верх- нем углу чертежа.
  

Примеры обозначения шероховатости на чертежах приве- дены в табл.5.

4. 
   Ознакомитьсясметодамиисредствмиконтроляше-роховатостиповерхности
   

Оценка шероховатости поверхности может осуществлять- ся качественными и количественными методами.

Качественные методы оценки основаны на сравнении об- работанной поверхности с образцами шероховатости.

Количественные методы основаны на измерение микроне- ровностей специальными приборами.

Таблица 5 Обозначение шероховатости на чертежах

Обозначение шеро- ховатости на чертеже по ГОСТ 2.309-73	Указания по обозначению шероховатости
	шероховатость по параметру Ra должна быть не более 6,3 мкм; базовая длина – 2,5мм при этом может не указываться
	шероховатость поверхности по параметру Rzдолжна быть в пределах 0.32 – 0,25 мкм; базо- вая длина – 2,5 мм может не указываться ; единственно возможный вид обработки – то- чение
	шероховатость 1мкм по параметру Ra может иметь отклонения не более 20%, т.е. быть от 1 до 1,2 мкм; базовая длина – 0,25 может не ука- зываться; параметр Sm - не более 0,1мм при измерении на базовой длине 0,8 мм; направле- ние неровностей – перпендикулярное
	шероховатость поверхности по параметру Ra - не более 1,25; базовая длина – 0,25 не указы- вается; относительная опорная длина профиля при уровне сечения 40% должна быть не ме- нее 60% при измерении на базовой длине 0,8мм; направление неровностей – произволь- ное
	обозначение располагается в правом верхнем углу чертежа и обозначает требования по па- раметру шероховатости Rz – не более 80 мкм для всех поверхностей на чертеже, не имею- щих обозначения шероховатости, на базовой длине 0,8мм
	поверхность не подвергается механической обработке (в состоянии поставки). При приме- нении знака без указания параметра и способа обработкиегоизображаютбез полки

Контроль шероховатости путем сравнения со стандарт- ными образцами или аттестованной деталью широко использу- ется в цеховых условиях. Шероховатость поверхности детали сравнивается визуально (невооруженным глазом или через лу- пу) с поверхностью образца из того же материала и обработан- ного тем же способом, что и деталь. Метод сравнения обеспечи- вает надежную оценку шероховатости поверхности в пределах R_a= 0,63...5 мкм. Более чистые поверхности (R_a= 0,08...0,32 мкм) сравниваются с помощью специальных микроскопов срав- нения.

Количественные методы оценки основаны на измерении микронеровностей.

Наибольшее распространение для бесконтактных измере- ний шероховатостей получили оптические приборы: светового сечения, теневой проекции и интерференции света.

Приборы светового сечения (ПСС) называют двойными микроскопам (МИС-11 системы В.П. Линника). Они позволяют измерять шероховатость поверхности до R_z= 0,8 мкм. Для изме- рения более чистых поверхностей с R_z= 0,8...0,03 мкм применя- ют микроинтерферометры (МИИ-4; МИИ-5; МИИ-10; МИИ-12), работающие на принципе интерференции света. Поверхность образца (детали) рассматривается в микроскоп и при этом на ее изображение накладываются интерференционные полосы, по искривлению которых судят о распределении неровностей. Если бы контролируемая поверхность была идеально плоской, то на ней возникли бы прямые параллельные интерференционные по- лосы. Микронеровности на поверхности изменяют ход лучей и вызывают искривление полос, которые воспроизводят микро- профиль контролируемого участка. Высоту неровностей опре- деляют так же, как и в методе светового сечения с помощью винтового окулярного микрометра.

Наибольшее распространение для определения шерохова- тости поверхности контактным методом получили щуповые приборы, работающие по методу ощупывания поверхности ал- мазной иглой. К этой группе приборов относятся профиломет- ры, непосредственно показывающие среднее арифметическое отклонение профиля R_a, и профилографы, записывающие про- филь поверхности. Алмазные иглы к профилометрам и профи-

лографам имеют коническую форму с очень малым радиусом закругления при вершине.

Отечественной промышленностью выпускаются профи- лометры-профилографы моделей 201; 202; 280; 171311, а также

профилометры моделей 253, 283, 296, 171621, которые позво- ляют измерять параметр шероховатости R_aдо 0,02...0,04 мкм.

Для оценки шероховатости поверхностей деталей боль- ших габаритов, в труднодоступных местах, когда непосред- ственное применение прибором невозможно, используют метод слепков. Специально изготовленную массу с силой приклады- вают к измеряемой поверхности. После застывания масса отде- ляется от поверхности, получается слепок, на поверхности кото- рого зеркально повторяются неровности исследуемой поверхно- сти. По измеренной шероховатости поверхности слепка опреде- ляют параметры шероховатости контролируемой поверхности детали. В качестве материала для слепка применяют целлулоид, легкоплавкие сплавы, воск, парафин, серу, гипс-хромпик и др.

5. 
   Изучить методику определения параметров шерохова-тостиповерхностипри ручнойобработке профилограммы
   

В лабораторной работе параметры шероховатости поверх- ности измеряемой детали определяются ручной обработкой профилограммы.

Порядок определения параметров шероховатости рас- смотрим на конкретном примере обработки профилограммы, представленной на рис.4. (Рисунок дан в некотором масштабе).

Профилограмма записана с вертикальным увеличением

профилографа

V_B 2000

и горизонтальным увеличением

V_Г 100 . Для обработки профилограммы задаются значения базовой длины l 2,5 мм и уровня сечения профиля р = 25%.

Рис.4. Рабочая профилограмма неровностей профиля исследуемой поверхности детали
По полученной профилограмме должны быть определены:

• 
  параметры, связанные с направлением высоты неровностей профиля (высотные) – R_z,R_max;
  
• 
  параметр, связанный со свойствами неровностей в направ- лении длины профиля (шаговый) – S_m;
  
• 
  параметр, связанный с формой неровностей профиля – t_p.
  

Полученные значения параметров исследуемой профи- лограммы R_z, S_m, t_pсравнить с заданными требованиями к шеро- ховатости детали (рис. 5) и, руководствуясь соотношениями:

R_zзад. ≥ R_zизм. S_mзад. ≥ S_mизм. t_pзад ≤ t_pизм.,

дать заключение о годности по каждому из параметров – если неравенства выполнены, поверхность считается годной.

Rz63,Sm-0,05

1. 
   Определениебазовогоучасткапрофилограммы
   

L_б lV_Г 0,25 200  50 мм

где l– базовая длина; V_Г

лографа.

– горизонтальное увеличение профи-

Полученное числовое значение грамме.

L_б выделить на профило-

2. 
   Проведение средней линии на длине базового участкапрофилограммы
   

При выполнении лабораторной работы рекомендуется ис- пользовать приближенный метод проведения средней линии.

Для полученного профиля допускается визуальное прове- дение средней линии параллельно общему направлению профи- ля так, чтобы площади выступов и впадин по обеим сторонам от этой линии были примерно равны между собой: ΣF ≈ ΣF

впад. выст.

Средняя линия является номинальным профилем, относи- тельно которого определяются значения параметров шерохова- тости.

3. 
   Определение наибольшей высоты неровностей про-филяR_max
   

Через точки максимального выступа профиля и макси- мальной впадины провести, в пределах базового участка, соот- ветственно линию выступов и линию впадин. Эти линии долж- ны быть параллельны средней линии профиля.

Значение R_max – расстояние между линией выступов и ли- нией впадин. В нашем примере

^Rmax

_ 34

200

 0,17 мм

4. 
   ОпределениевысотынеровностейпрофиляподесятиточкамR_z
   

Для этого измерить от средней линии значения пяти

наибольших выступов профиля

^yPi

и пяти наибольших впадин

^yVi

на длине базового участки, результаты измерений занести в

табл.6.

Таблица 6

Измеренные расстояния, мм
yPi					yVi
10	15	17	17	14	15	17	15	15	17

Значение параметра R_zнаходим по формуле

R_Z

1

5V

_ 5