|
В процессе выполнения любого способа обработки деталей, особенно снятием материала режущим инструментом, невозможно получить идеально ровную поверхность. В результате вибраций, неровностей обрабатываемого инструмента, неоднородности материала заготовки, непостоянства скорости съема материала и подачи и т.д. на обрабатываемой поверхности остаются неровности.
Нормированием значений поверхностных неровностей стали заниматься сравнительно недавно. У нас в стране только в 1945 г. появился первый стандарт. Необходимость отдельного нормирования значений поверхностных неровностей в качестве одного из показателей для оценки геометрической точности вызвано тем, что эти неровности оказывают влияние на эксплуатационные свойства элементов деталей. Чем выше требование к точности элементов деталей, тем более жесткие требования должны предъявляться к значениям поверхностных неровностей.
Кратко можно сказать, что поверхностные неровности влияют на следующие эксплуатационные свойства элементов деталей.
1. При образовании посадок с натягом чем больше поверхностные неровности, тем менее надежным оказывается сопряжение, поскольку уменьшается площадь контакта, даже при идеальной геометрической форме элементов деталей. Естественно, что при этом имеют значение и отклонения формы этих элементов.
2. При образовании посадок с зазором большие поверхностные неровности быстро истираются и в результате увеличивается первоначальный эазор. При истирании частицы материала не всегда удаляются полностью из сопряжения и могут способствовать ускоренному износу поверхностей. Поэтому для многих механизмов, и в частности, для двигателей автомашины, устанавливают ограничения по нагрузке в начальный период эксплуатации и через определенный срок работы требуется смена смазки для того, чтобы удалить продукты износа из механизма. Часто при этом используется термин «приработка», т.е. время работы, в основном, для «сглаживания» поверхностных неровностей.
3. Поверхностные неровности влияют на усталостную прочность. Излом элементов деталей обычно бывает в местах, где имеются риски, особенно если деталь работает при знакопеременной нагрузке.
4. Поверхностные неровности влияют на антикоррозийные свойства поверхности. Чем меньше поверхностные неровности, тем меньше коррозии появляется на поверхности. Чем больше поверхностные неровности, тем больше представляется возможным накопление в неровностях влаги и кислот, находящихся в окружающей среде, что способствует распространению коррозии.
5. Поверхностные неровности влияют также на качество электрических и тепловых контактов, герметичность соединений, отражение лучей, точности измерений, особенно внутренних размеров и т.д.Перечислены не все эксплуатационные свойства, на которые влияют поверхностные неровности, но приведенного достаточно, чтобы оправдать необходимость введения специального нормирования требований к значениям неровностей на поверхности элементов детали.
Для развития системы нормирования требований к поверхностным неровностям характерно то, что одновременно с поиском новых параметров для оценки значений неровностей шли поиски новых и совершенствование существующих средств измерений. Как правило, новые нормируемые параметры появлялись с новыми средствами измерений.
Поверхностные неровности, которые появляются на элементах детали, в настоящее время называют шероховатостью поверхности. Раньше их называли чистотой поверхности. Это название встречается и сейчас, но оно неправильное.
Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная на определенной (базовой) длине.
Как видно из приведенного официального определения (ГОСТ 2789-73), в понятии о шероховатости содержится много неопределенности и несоответствий в свете обеспечения эксплуатационных свойств.
Неопределенность в понятии о шероховатости присутствует во фразе «с относительно малыми шагами». Мы уже об этом говорили и еще раз повторим, что при нормировании точности и при измерении нельзя употреблять термины «много», «мало», «высокая точность», «низкая точность» и т.д., если рядом нет указаний о числовом значении. Поэтому использование в определении «малые шаги» показывает, прежде всего, на условность самого понятия шероховатости. В какой-то мере можно утверждать, что при нормировании была договоренность, а теперь она соблюдается во всем мире, относить неровности с определенным значением по высоте и по протяженности к поверхностным неровностям - шероховатости. Неровности с большей протяженностью иногда относят к волнистости или к отклонениям формы поверхности. Однако всеобъемлющего нормативного документа по нормированию требований к волнистости нет и именно из-за того, что практически невозможно выделить протяженность поверхностных неровностей, которые можно было бы квалифицировать как волнистость. Однако в некоторых отраслях промышленности такие документы используются, где условно выделены неровности с определенными шагами, которые отнесли к волнистости. Естественно, это должно быть продолжением рядов шагов, используемых для нормирования шероховатости.
Условность в приведенном определении понятия шероховатости заключается в том, что неровности поверхности выделяются на определенной длине, т.е. на участке между двумя точками, а не на поверхности, хотя именно по поверхности осуществляется контакт элементов детали. Эта условность определена, прежде всего, сложностями измерений шероховатости по поверхности.
Таким образом, рассматривая вопросы, относящиеся к шероховатости, надо совершенно четко представлять, что шероховатостью нормируются требования к поверхностным неровностям по профилям, получаемым в сечении рассматриваемой поверхности плоскостями, перпендикулярными этой поверхности. Следовательно, при нормировании требований к шероховатости используется нормирование геометрических параметров профиля, хотя на перечисленные ранее эксплуатационные свойства в основном влияют неровности на поверхности, а не на профиле и также состояние материала, а не только геометрические неровности.
Необходимость выделять поверхностные неровности на определенной длине, а не нормировать предельные значения неровностей, связана с тем, что при любом способе обработки появляется, как правило, большой спектр поверхностных неровностей, и отдельные случайные значения поверхностных неровностей не характеризуют эксплуатационные свойства этой поверхности.
Таким образом, можно утверждать, что применяемый способ нормирования требований к поверхностным неровностям еще не является в полной мере совершенным, поскольку просто геометрический подход не полностью выявляет эксплуатационные свойства поверхности. Идет поиск показателей и средств измерения для оценки шероховатости по ее влиянию на эксплуатационные свойства. Вполне возможно, что в дальнейшем будут введены различные параметры в зависимости от выявляемых эксплуатационных свойств.
Основная трудность, которая возникла при нормировании точности по поверхностным неровностям, заключается в том, чтобы найти базу для измерения неровностей, как это было и при нормировании допускаемых отклонений формы.
Для определения этой базы требуется ввести несколько дополнительных понятий и определений.
Линия, на которой выделяется совокупность поверхностных неровностей, называется базовой линией. Базовая линия - это линия заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля и служащая для оценки геометрических параметров поверхностных неровностей.
Вид этой линии зависит от вида поверхности элемента детали. Так, базовая линия будет прямой, если неровности определяются на плоской поверхности или на образующих цилиндрических поверхностей. Базовая линия будет в виде окружности, если исследуемая поверхность имеет вид сферы или цилиндра, который рассекается плоскостью, перпендикулярной его оси. Короче говоря, базовая линия поверхности элемента детали имеет форму линии номинального профиля и расположена эквидистантно этому профилю.
В большинстве стран мира в качестве базовой линии при оценке поверхностных неровностей используется средняя линия.
Средняя линия профиля (т) - это базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля от этой линии минимально. О средней линии можно также говорить как о линии, проведенной таким образом, чтобы площади, ограниченные профилем и средней линией над ней и под ней, были одинаковы.
В определении понятия шероховатости указано, что совокупность неровностей выявляется на определенной длине. Эта «определенная длина» называется базовой длиной.
Базовая длина (1) - это длина базовой линии (средней линии профиля), используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.
Таким образом, поверхностные неровности оцениваются по линии профиля и на определенной длине. При нормировании неровностей устанавливаются определенные значения базовых длин, поскольку в общем случае профили поверхностей неоднородны, т.е. при частотном анализе неровностей профиля получаются, чаще всего, спектры, включающие в себя случайный набор частот, поскольку появление неровностей зависит от многих факторов.
Правило выбора базовой длины можно сформулировать следующим образом: чем неоднороднее поверхностные неровности и чем они больше, тем больше должна быть базовая длина для того, чтобы выбранная совокупность поверхностных неровностей характеризовала состояние поверхности. Итак, подведем некоторые итоги рассмотрения принципиального подхода при нормировании значений поверхностных неровностей.
1. Поверхностные неровности оцениваются не на поверхности, а на профиле, т.е. в сечении поверхности нормальной плоскостью.
2. Нормируются не предельные значения неровностей, а значение совокупности поверхностных неровностей.
3. На профиле выделяется средняя линия, которая является базой для оценки поверхностных неровностей.
4. Значение поверхностных неровностей определяется для совокупности неровностей, выделенных на выбранной базовой длине относительно средней линии профиля.
Необходимо предупредить, что при большинстве измерений нет необходимости находить среднюю линию и отмечать базовую длину, так как обычно измерения производят с помощью электронных приборов, которые «отсекают» базовую длину и выдают значения шероховатости по одному из нормируемых параметров. Оценка выполняется по отношению к средней линии.
| 
