Измерение шероховатости и волнистости поверхности

Измерение шероховатости и волнистости поверхности

Состояние поверхности деталей серьезно влияет на ее эксплуатационные характеристики. К таким характеристикам относится износостойкость, прочность, жесткость контакта, коррозионные свойства и т.д.

Основную роль в качестве обработанной поверхности изделия играет его шероховатость и волнистость, а также физико-механические свойства. Насколько качественна будет поверхность, определяется последней обработкой материала.

Физико-механические характеристики

Какими будут физико-механические свойства поверхности готового изделия, определяется такими параметрами, как прочность, пластичность, упругость, плотность, теплопроводность металла, твердость.

Не встречаются изделия из одного вида металла, чтобы увеличить его прочность, задать необходимые характеристики для работы и уменьшить стоимость, создаются сплавы, то есть материалы, состоящие из нескольких видов металлов или металла и неметалла, соединенных в определенной пропорции. Структура такого материала будет однородной.

Шероховатость

Шероховатость поверхности означает количество всех неровностей, которые находятся на относительно небольшом расстоянии друг от друга. Именно это свойства определяет износостойкость от истирания готового изделия и его внешний вид. Шероховатость настолько мала, что ее измерение производится в микрометрах (мкм).

Существует 14 классов шероховатости, которые характеризуются значениями среднего шага неровностей профиля и неровностей профиля по вершинам, высотой неровностей профиля, определяемым по 10 точкам и другое.

В период эксплуатации шероховатость поверхности меняется под воздействием внешних факторов, это необходимо учитывать при работе с уже давно работающими деталями.

Волнистость

Понятие волнистости обозначает промежуточное состояние поверхности материала между шероховатостью и отклонением от формы. Волнистость подразумевает под собой все повторяющиеся в определенном порядке неровности поверхности (впадины и выпуклости), которые имеют приблизительно одинаковый размер.

Влияние шероховатости и волнистости на работу изделия

Шероховатость и волнистость поверхности влияют на прочностные характеристики материала. В тех областях, где эти характеристики имеют существенную величину, наблюдается концентрация напряжений, а это в свою очередь значительно подрывает прочность материала в целом, а также способствует образованию трещин в местах больших концентраций.

Вследствие шероховатости и волнистости между поверхностями деталей уменьшается плотность контакта, а это дает возможность увеличиваться давлению между ними, нарушать масляную пленку и существенно снижать износостойкость.

Серьезной болезнью металлических изделий является коррозия. Избежать ее не удается, но при правильной обработке материала ее развитие можно существенно замедлить. При большой шероховатости, именно в микроскопических впадинах начинает развиваться коррозия, поэтому, чем лучше обработана поверхность, чем меньше она имеет такого рода впадин, тем лучше антикоррозионные свойства материала.

Шероховатость играет главную роль в вопросе качества сопряжения элементов, она влияет на условия смазки и на герметичность сальников.

На данный момент существуют нормы, которые регламентируют шероховатость поверхностей. Не всем изделиям необходимо полностью избегать образования шероховатости, тем более что обработка металла до идеально гладкого состояния стоит немалых денег, существенно удорожает изделие и усложняет процесс производства.

В процессе эксплуатации происходит постепенное истирание шероховатого слоя, поэтому шероховатость поверхности регламентируется таким образом, чтобы уже в процессе эксплуатации она через некоторый промежуток времени самостоятельно пришла к необходимым значениям.

Способы определения шероховатости и волнистости

Такие показатели как шероховатость и волнистость могут быть измерены, если их значения будут недостаточными для нормальной работы, то материал отправится на доделку, пока не будут достигнуты необходимые значения.

Определение шероховатости

Для того чтобы оценить состояние поверхности после обработки и выяснить степень шероховатости, были выведены 4 основные метода:

• сравнение с эталоном;
• осмотр с помощью специального щупа (суть заключается в ощупывании поверхности алмазной иглой);
• оценка поверхности оптическими приборами;
• изготовление слепков.

Способ, которым будет проверено изделие, зависит от вида изделия и условий его производства и эксплуатации. Так в промышленном производстве популярен метод сравнения полученной поверхности с эталонной. Этот метод позволяет быстро сравнить две поверхности, но необходимо выполнение ряда условий:

• одинаковый сплав эталона и готового изделия;
• одинаковый метод обработки.

В цеху допустимо в качестве эталонного образца использование уже выпущенных деталей, которые были аттестованы.

В зависимости от класса шероховатости регламентируется сам процесс оценки поверхности. Так для классов от 1 до 6 допустимо визуальное сравнение с эталоном, более высокий класс 7 необходимо сравнивать при помощи увеличительного стекла, а начиная с 8 класса обязателен осмотр с помощью микроскопа. В поле микроскопа помещается эталон и исследуемый образец, изображение увеличивается в 10-50 раз и производится оценка.

Некоторые виды деталей необходимо проверять на качество шероховатости в лабораторных условиях. В условиях лаборатории исследование проводится при помощи специального прибора профилометра, также могут использоваться интерференционные микроскопы, двойной микроскоп и т.п.

Определение волнистости

Основным способом измерения волнистости является измерение с помощью профилографа, могут также применяться оптиметры и микронные индикаторы. Для измерения показателя профилографом увеличивают базовую длину замеров и используют тупую алмазную иглу.

Итоги

В результате тщательного осмотра согласно ГОСТ будет сделан вывод о качестве поверхности металла и ее пригодности для дальнейшей работы.

При оценке результатов необходимо учитывать взаимосвязь точности и шероховатости поверхности.

В стандартных ситуациях точность деталей соответствует классу шероховатости поверхности, что отражено в таблице. В некоторых случаях это утверждение несправедливо и происходят отклонения. Например, для определенных изделий (рукоятки или детали облицовки машин) может быть допустима средняя точность, то есть 12-14 квалитет и в этом случае показатель шероховатости будет в районе 8-10 класса шероховатости. Могут встречаться случаи, в которых точность может составлять 8-10 квалитет, но поверхность должна иметь высокий класс, к таким относятся элементы пневмосистем и гидросистем. Необходимо понимать, что чем более шероховатая поверхность материала, тем выше будет погрешность в измерениях.