Шероховатость поверхности: параметры, обозначения и нормирование по ГОСТ

Шероховатость поверхности представляет собой совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами, которые рассматриваются в пределах установленной базовой длины. Этот геометрический параметр оказывает критическое влияние на эксплуатационные характеристики деталей машин и механизмов. Уменьшение шероховатости приводит к значительному снижению трения и износа сопрягаемых поверхностей, повышению коэффициента полезного действия оборудования, а также увеличению прочности и коррозионной стойкости изделий. Кроме того, данный параметр определяет выбор посадок для сопряжений, влияет на герметичность соединений и внешний вид готовой продукции.

Вместе с тем, существует прямая зависимость между стоимостью механической обработки и требуемой точностью изготовления детали. С повышением чистоты поверхности технологическая цепочка усложняется, что приводит к росту производственных затрат и требует применения более утонченного оборудования и инструмента. Следовательно, в каждом конкретном случае шероховатость поверхностей должна назначаться обоснованно, строго в соответствии с функциональным назначением детали и условиями ее будущей эксплуатации. Рациональный выбор этого параметра позволяет достичь оптимального баланса между себестоимостью изготовления и требуемыми эксплуатационными характеристиками изделия.

Для количественной оценки шероховатости поверхности в соответствии с требованиями ГОСТ 2789–73 установлено шесть основных параметров. Наиболее широко применяемыми и универсальными из них являются параметр Ra и параметр Rz. Параметр Ra представляет собой среднее арифметическое отклонение профиля в пределах базовой длины и вычисляется по соответствующей интегральной формуле. Параметр Rz определяется как сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля, также в пределах базовой длины.

Графическое представление этих микронеровностей и принципы их измерения наглядно отображены на рис. П.2.1. Для перехода между устаревшей системой классов шероховатости по ГОСТ 2789–59 и современной системой параметров по ГОСТ 2789–73 используется специальная таблица соответствия (таблица П.2.1). В данной таблице приведены сопоставимые значения для обозначения классов, среднего арифметического отклонения профиля Ra и высоты неровностей профиля по десяти точкам Rz, что обеспечивает преемственность в технической документации.

Рис. П.2.1. Графическое представление шероховатости обрабатываемой поверхности

Таб. П.2.1. Нормирование шероховатости

Для унификации технической документации стандартом предусмотрены специальные знаки для обозначения шероховатости поверхностей. Базовый знак применяется в тех случаях, когда способ обработки поверхности конструктором не оговаривается. Знак, напоминающий перевернутую галочку, указывает на то, что при изготовлении детали удаление поверхностного слоя материала не допускается. И наоборот, знак, похожий на галочку, означает, что такой поверхностный слой необходимо обязательно удалить механическим способом.

Числовое значение шероховатости указывается на чертежах рядом с соответствующим знаком. Для параметра Ra числовое значение записывается без дополнительного символа, например, 0,5. Для параметра Rz перед числовым значением обязательно указывается его символ, например, Rz 20. Если большая часть поверхностей детали имеет одинаковую шероховатость, применяется упрощенное обозначение со знаком в скобках, что означает единый параметр для всех неуказанных поверхностей.

В случаях, когда различные участки одной поверхности детали должны иметь разную шероховатость, между этими участками проводится четкая граница с помощью сплошной тонкой линии. На чертеже наносится соответствующий размер и указывается требуемый знак шероховатости для каждого конкретного участка, как показано на рис. П.2.1. Такой подход обеспечивает однозначность толкования технических требований и позволяет строго контролировать качество изготовления ответственных деталей.

Ориентировочные значения шероховатости поверхностей, которые могут быть достигнуты при различных видах обработки резанием, систематизированы в таблице П.2.2. В данной таблице представлены диапазоны значений параметра Ra для таких процессов, как строгание, фрезерование, обтачивание, сверление и развертывание. Например, при черновом фрезеровании достигается шероховатость от 2.5 до 50 мкм, а при тонком развертывании – от 0.4 до 0.8 мкм, что соответствует определенным квалитетам точности.

Таб. П.2.2. Шероховатость поверхностей при различных видах обработки деталей резанием

Знание этих ориентировочных значений позволяет технологически грамотно проектировать процессы изготовления деталей, назначая такие виды обработки, которые гарантированно обеспечат требуемые параметры шероховатости. Это способствует не только достижению заданного качества продукции, но и оптимизации производственных процессов, снижению себестоимости и сокращению временных затрат на изготовление. Таким образом, комплексный подход к нормированию и контролю шероховатости является неотъемлемой частью современного инженерного проектирования и производства.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Е.А. Астафьева, Ф.М. Носков.

Источник: Технология конструкционных материалов.

Данные публикации будут полезны студентам бакалавриата по направлению «Машиностроение», а также всем, кто изучает дисциплину «Технология конструкционных материалов» в рамках укрупненной группы специальностей «Материаловедение, металлургия и машиностроение».