Шероховатость поверхностей деталей

Шероховатость поверхностей деталей

Качество поверхностного слоя определяется совокупностью характеристик: физико-механическим состоянием, микроструктурой металла поверхностного слоя, шероховатостью поверхности. Состояние поверхностного слоя влияет на эксплуатационные свойства деталей машин: износостойкость, виброустойчивость, контактную жесткость, прочность соединений, прочность конструкций при циклических нагрузках и т. д.

Параметры и характеристики шероховатости поверхности установлены ГОСТ 2789–73, требования к другим характеристикам поверхностного слоя назначают по руководящим материалам предприятия.

Для оценки шероховатости поверхности ГОСТ 278973 предусматривает шесть параметров:

высотные: Ra — среднее арифметическое отклонение профиля; Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам; Rmax — наибольшая высота профиля;

шаговые: S — средний шаг неровностей профиля по вершинам; Sm — средний шаг неровностей профиля по средней линии;

высотно-шаговый tp — относительная опорная длина профиля.

Базой для отсчета высот выступов и впадин неровностей, свойства которых нормируются, служит средняя линия профиля (рис. 279) — базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально.

Шероховатость поверхностей деталей

Через высшую и низшую точки профиля в пределах базовой длины l проводят линии выступов и впадин профиля, эквидистантно средней линии. Расстояние между этими линиями определяет наибольшую высоту неровностей профиля Rmax.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra определяется как среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профили в пределах базовой длины:

Среднее арифметическое отклонение профиля

или приближенно:

Среднее арифметическое отклонение профиля

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz равна средней арифметической суммы абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов Нi min и пяти наибольших максимумов Hi max профиля в пределах базовой длины:

Sherochovatost pov 4

Вместо средней линии, имеющей форму отрезка прямой, определяют расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов hi max и низших точек пяти наибольших минимумов hi min до линии, параллельной средней и не пересекающей профиль.

Тогда

Sherochovatost pov 5

Средний шаг неровностей S вычисляют как среднее арифметическое значение шага неровностей Smi в пределах базовой длины:

Средний шаг неровностей

Средний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам Si в пределах базовой длины

Средний шаг неровностей профиля по вершинам

Под опорной длиной профиля ηр понимают сумму длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале выступов профиля линией, эквидистантной средней линии.

Относительная опорная длина профиля tp определяется как отношение опорной длины профиля ηр к базовой длине:

Относительная опорная длина профиля

Требования к шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-73 устанавливают указанием числовых значений параметров. В дополнение к количественным параметрам для более полной характеристики шероховатости указывают направление неровностей (условное обозначение — см. рис. 280), вид обработки поверхности или последовательность видов обработки (рис. 281 — 283).

Условные обозначения направления неровностей

В обозначении шероховатости поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается, применяют знак, приведенный на рис. 282, а; если поверхность образована с удалением слоя материала — знак, приведенный на рис. 282, б; и для поверхности, образованной без удаления слоя материала, — знак, приведенный на рис. 282, в.

Структура обозначения шероховатости

Знаки обозначения шероховатости

Упрощенное обозначение шероховатости на чертежах

Значение параметра Ra указывают без символа, например, 0,5. Для остальных указывают символы, например, Rmах 6,3.

ГОСТ 2789-71 установлено 14 классов шероховатости поверхности. Причем классы 1—5, 13 и 14 определены через параметр Rz, классы 6—12 через параметр Ra. Каждый класс определен только по одному параметру и базовой длине. Числовые значения параметров заданы в виде диапазонов, верхние пределы которых полностью соответствуют ранее действовавшим.

Требования к шероховатости поверхности устанавливают путем задания значения параметра (параметров) и базовой длины. Причем целесообразно пользоваться предпочтительными значениями параметра Ra (графа 2, табл. 29). Эти значения находятся вблизи середины диапазона, определяющего данный класс шероховатости. В других случаях могут назначать величины параметров по графам 3 или 4.

Параметры шероховатости

Требования к шероховатости поверхности определяются условиями работы поверхности в машине. В общем случае, чем выше требования по точности, тем выше требования и по шероховатости поверхности.

Для грубых квалитетов с расширенным полем допусков класс шероховатости можно снижать, что уменьшает стоимость изготовления.

Минимальный класс шероховатости поверхности обработки, необходимый для получения различных квалитетов, можно выбрать по табл. 30.

Минимальный класс шероховатости поверхности обработки

Классы шероховатости поверхностей, соответствующие различным видам обработки, приведены и табл. 31.

Классы шероховатости поверхностей, соответствующие различным видам обработкиКлассы шероховатости поверхностей, соответствующие различным видам обработки

При выборе класса шероховатости должны быть учтены свойства материала и твердость поверхности детали. Высокие показатели для сталей можно получить при твердости не ниже HRC 30—35. Стальные изделия, подлежащие чистой обработке, должны быть по меньшей мере подвергнуты улучшению или нормализации. Термически необработанные низкоуглеродистые стали тонкой обработке поддаются плохо.

По условиям обработки получить чистую отделку и точные размеры в отверстиях труднее, чем на валах. Поэтому, как правило, требование к шероховатости поверхности в отверстиях назначают на 1—2 класса ниже, чем на валах.

В интересах уменьшения стоимости изготовления рекомендуется применять менее высокие требования к шероховатости, совместимые с условием надежной работы деталей.

В некоторых случаях (соединения с натягом, подшипники скольжения) существуют оптимальные параметры поверхности, отклонения от которых в ту или другую сторону снижают работоспособность соединений.

Свободные поверхности (не входящие в соединения или расположенные с зазором по отношению к ближайшим поверхностям) следует в интересах экономичности обрабатывать по низким классам шероховатости. Исключение составляют напряженные циклически нагруженные детали. Для повышения сопротивления усталости такие детали обрабатывают так, чтобы обеспечить высокий класс шероховатости поверхности, полируют и дополнительно упрочняют поверхностным пластическим деформированием.

Ниже приведены ориентировочные значения классов шероховатости поверхностей для типовых машиностроительных деталей, основанные на опыте общего машиностроения.

Шероховатость поверхностей типовых машиностроительных деталей

  Классы
шероховатости
Подшипники скольжения:
малонагруженные, работающие при умеренных окружных скоростях:
- отверстие 7—9
- вал 8—10
высоконагруженные, работающие при больших окружных скоростях:
- отверстие 8—9
- вал 9—10
Упорные подшипники скольжения (рабочие поверхности): 
- малонагруженные 7—9
- высоконагруженные, работающие при больших окружных скоростях 8—10
Сферические поверхности самоустанавливающихся подшипников и т. п. 9—12
Неподвижные соединения с посадкой скольжения [Н(h)]:
- отверстие 8—9
- вал 9—11
Соединения с переходными посадками:
- отверстие 7—9
- вал 8—10
Прессовые и конусные соединения:
- отверстие 7—10
- вал 8—11
Упорные буртики неподвижных цилиндрических соединений (рабочие поверхности) 6—8
Посадки подшипников качения:
отверстие в корпусе при классе точности подшипника:
- нормальном 0 8—9
- повышенном 6 9—10
- высоком 5 10—11
- прецизионном 4 11—12
вал при классе точности подшипника:
- нормальном 0 8—10
- повышенном 6 10—11
- высоком 5 11—12
- прецизионном 4 12—13
Тела качения в контактно-нагруженных сочленениях 10—12
Цилиндры под поршни:
- с мягкими уплотнениями (манжеты) 7—10
- с металлическими кольцами (с притиркой) 9—12
Поршни (рабочая поверхность):
- чугунные и стальные 9—10
- из легких сплавов 10—12
Поршневые пальцы:
- отверстие 8—11
- палец 9—12
Скальчатые насосы высокого давления:
- цилиндры (с притиркой) 10—12
- плунжеры (с притиркой) 12—14
Золотники цилиндрические:
маслораспределительные:
- отверстие (с притиркой) 8—10
- золотник (с притиркой) 9—11
газораспределительные:
- отверстие (с притиркой) 9—11
- золотник (с притиркой) 10—12
Золотники плоские:
- корпус (с притиркой) 9—10
- золотник (с притиркой) 11—12
Конические пробковые краны (рабочие поверхности):
- отверстие (с притиркой)  9—10
- пробка (с притиркой) 10—12
Клапаны с коническими поверхностями:
направляющими:
- втулка штока 9—10
- шток 10—11
уплотняющими:
- рабочая поверхность седла (с притиркой) 9—11
- рабочая фаска клапана (с притиркой) 10—12
Кулачковые механизмы (рабочие поверхности):
- кулачок 9—11
- приводной ролик 9—12
- плоский толкатель 8—11
Копиры (рабочие поверхности):
- копир 8—10
- ролик 9—11
Шлицевые соединения, центрирование:
по наружному диаметру:
- отверстие 7—10
- вал 8—10
по внутреннему диаметру:
- отверстие 9—12
- вал 7—9
по граням шлицев:
- охватывающие поверхности 7—10
- охватываемые поверхности 8—11
Шлицевые соединения с зазором:
- рабочие грани 7—10
- отверстие 8—11
- вал 7—8
Шпоночно-пазовые соединения (рабочие грани):
- пазы 5—7
- шпонка 6—8
Направляющие призматические поверхности:
- охватывающие 8—10
- охватываемые 9—12
Резьбы наружные:
- рядовые 5—6
- повышенной точности 6—7
- точные 8—9
Резьбы внутренние:
- рядовые 4—5
- повышенной точности 5—6
- точные 7—8
Винты ходовые (рабочие поверхности): 
- гайка 8—10
- винт 10—12
Прямозубые колеса (рабочие поверхности зубьев): 
- неответственного назначения 6—7
- работающие с умеренными нагрузками и окружными скоростями 7—8
- работающие со средними нагрузками и окружными скоростями 9—10
- тяжелонагруженные, подверженные ударной нагрузке и работающие при высоких скоростях (с притиркой или обкатыванием) 10—12
Косозубые и шевронные колеса (рабочие поверхности зубьев):
- работающие при умеренных нагрузках и окружных скоростях 6—8
- тяжелонагруженные и работающие при высоких окружных скоростях 8—10
Конические зубчатые колеса (рабочие поверхности зубьев): 
- работающие при умеренных нагрузках и окружных скоростях 6—8
- тяжелонагруженные и работающие при высоких окружных скоростях 8—10
Червячные колеса (рабочие поверхности зубьев):
- работающие при умеренных нагрузках 7—8
- тяжелонагруженные 8—10
Червяки (рабочие поверхности витков):
- работающие при умеренных нагрузках 8—9
- тяжелонагруженные 10—11
Храповые колеса (рабочие поверхности зубьев) 8—9
Колеса свободного хода роликовые (рабочие поверхности):
- охватывающая обойма 8—10
- охватываемая обойма 10—12
- ролики 12—13
Фрикционы, тормоза (рабочие поверхности): 
- цилиндрические 9—12
- плоские 8—10
Уплотнения цилиндрические контактные (рабочие поверхности валов):
- с мягкими элементами (манжеты) 10—11
- с металлическими элементами 11—12
Уплотнения торцовые (рабочие поверхности дисков):
- с мягкими элементами 9—10
- с металлическими элементами (с притиркой) 10—12
Уплотняющие поверхности ниппелей, штуцеров и т. п. 7—9
Шкивы (рабочие поверхности):
- под плоские ремни (с полированием) 9—12
- клиноременных передач 8—10
Стыки герметичные, собираемые на прокладках:
- мягких 6—8
- твердых 8—9
- из мягких металлов  9—10
Стыки герметичные (металл по металлу) (с притиркой) 10—12
Приваленные плоскости (без прокладок):
- рядовые 5—7
- точные 8—10
Свободные поверхности деталей (торцы и ненесущие цилиндрические поверхности валов, фаски, нерабочие поверхности зубчатых колес, шкивов, маховиков, рычагов и т. п.):
- малонагруженных 4—6
- нагруженных высокими циклическими нагрузками (вплоть до полирования) 6—9
Галтели:
- неответственного назначения 5—6
- деталей, нагруженных высокими циклическими нагрузками (вплоть до полирования) 8—10
Шестигранники, четырехгранники, лыски, пазы под ключ и т. п. 4—5
Отверстия под крепежные детали, устанавливаемые с зазором 4—5
Опорные поверхности под гайки и головки болтов:
- рядовые соединения 5—6
- ответственные, циклически нагруженные соединения 7—8
Центрирующие буртики (фланцев, крышек, корпусных деталей и т. д.):
- отверстие 5—6
- буртик 6—7
Детали управления, рукоятки, ручки, маховички и т. п. (с полированием) 8—10
Пружины сжатия (заправка торцов) 4—5
Мерительный инструмент (рабочие поверхности) (с доводкой) 12—14