Характеристики качества поверхностей деталей машин

УДК 620.179.118.1

Характеристики качества поверхностей деталей машин

Камский автомобильный завод

Набережные Челны, Россия

e-mail: *****@***ru

Аннотация – Материалы посвящены актуальной проблеме качества технических изделий. Цель работы состоит в анализе международного опыта по нормированию геометрических характеристик качества поверхностей деталей машин. Основное внимание уделено классу изъянов поверхностей.

Ключевые слова – Текстура поверхности, волнистость, шероховатость, изъяны поверхности.

I. ВВЕДЕНИЕ

  Наружный слой детали, имеющий макро - и микроотклонения от идеальной геометрической формы и изменённые физические и химические свойства по сравнению со свойствами основного материала, называют поверхностным слоем (Рис.1). Он формируется при изготовлении и эксплуатации и по глубине может составлять от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Его качество определяется совокупностью геометрических и физико-химических параметров.

1 – макроотклонение; 2 – волнистость; 3 – шероховатость; 4 – неравномерность; 5–адсорбированная зона; 6 – зона оксидов; 7 – граничная зона материала; 8 – зона материала с неизменными физико-химическими свойствами.

Рис. 1 – Структура поверхностного слоя деталей

II. ТЕКСТУРА ПОВЕРХНОСТИ

  Текстура поверхности (Surface texture) по ИСО 4287: 1997 – это повторяющиеся и случайные отклонения от геометрической (номинальной) поверхности, которые формируют трехмерную топографию поверхности [1].

  Текстура поверхности включает шероховатость, волнистость, направление неровностей, изъяны поверхности и отклонения формы в пределах ограниченной поверхности (Рис.2).

  Рис. 2 – Текстура поверхности  Рис. 3 – Форма макроотклонения:

  а) выпуклость; б) вогнутость; в) перекос

  Под шероховатостью поверхности понимается совокупность микронеровностей высотой 10-2…103 мкм и с шагом, меньшим базовой длины, используемой для измерения по ГОСТ 2789-73  [2].

  Единичная неровность поверхности по всей её длине или ширине относится к микроотклонению, её высота в зависимости от точности размеров детали измеряется от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Все промежуточные неровности между шероховатостью и микроотклонениями относятся к волнистости поверхности, высота которой может изменяться от 10-2 до 103 микрометров. Микронеровности, соизмеримые с размерами кристаллической решётки и расположенные на шероховатости, относятся к субшероховатости.

  Макроотклонение (отклонение формы) (рис. 3) характеризуется:

  •Hmax - максимальным макроотклонением, мкм;

  •Hp - высотой сглаживания макроотклонения (расстояние от средней линии профиля до огибающей), мкм.

  Отклонение формы нормируют значением допуска формы поверхности [3],  существует взаимосвязь с допусками на размер  [4].

III. ВОЛНИСТОСТЬ

  Волнистость (Рис. 4) характеризуется следующими параметрами:

  •Wp – среднее арифметическое отклонение профиля волн, мкм;

  •Wmax – наибольшая высота профиля волн, мкм;

  •Wz – средняя высота волн, мкм;

  •Hi – текущее расстояние от средней линии до  вершины и впадины волны;

  •Lw  - базовая длина волнистости;

  •Smw – средний шаг волны.

  • Для волнистости отношение Smw 

Рис. 4 – Волнограмма поверхности

  Для волнистости отношение Smw

  Волнистость поверхности до настоящего времени в России не стандартизирована, поэтому на практике используют различные отраслевые нормали и рекомендации.

  В соответствии с рекомендациями Института машиностроения РАН волнистость в зависимости от высоты подразделяют на девять классов [5].

.

Таблица 1

Классы высоты волнистости

Высота волны, мкм	1	2	4	8	16	32	64	125	250
Класс волнистости	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX

  В зарубежных странах параметры волнистости стандартизованы.

Таблица 2

Характеристики волнистости в разных странах

Страна	Высота	Средняя высота	Максимальная высота	Средний шаг	Глубина нивелирования	Среднее арифметическое отклонение
Франция Германия Австрия Япония Великобритания	Wt – – – –	W W W W Hz	Wmax – – – –	Aw Aw Aw – –	Wp – – – –	Wa – – – –

IV. ШЕРОХОВАТОСТЬ

  В России действует ГОСТ 2789-73. Для нормирования требований к шероховатости поверхнос ти стандартизовано 6 характеристик: три высотных – Ra, Rz, Rmax, два шаговых – S, Sm и параметр tp – относительная опорная длина профиля на базовой длине l(Рис.5).

Рис. 5 – Профилограмма шероховатости поверхности

Для шероховатости отношение  Sm / Rmax

Направления неровностей обработки поверхностей определены ГОСТ 2789-73 (Рис.6)

Типы направлений неровностей	Схематическое изображение	Условное обозначение на чертеже
Параллельное
Перпендикулярное Перекрещивающее
Произвольное
Кругообразное Радиальное

Рис. 6 – Типы направлений неровностей поверхности

Обозначение шероховатости поверхностей

  Шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

  Структура  обозначения  шероховатости  поверхности приведена  на  рис.7  по 

ГОСТ 2.309-2013 [6].

На рисунке 7 приведены обозначения способов обработки поверхностей:

а) – способ обработки для шероховатости конструктором не устанавливается;

б) – шероховатость поверхности, которая должна быть образована только удалением слоя материала;

в) – обозначение шероховатости поверхности, которая должна быть образована без удаления слоя материала.

  Для  части поверхностей изделия обозначение шероховатости может быть помещено в правом верхнем углу чертежа вместе с условным обозначением (Рис.8). Это означает, что все поверхности, на которых на изображении не нанесены обозначения шероховатости или знак (Рис.7, в), должны иметь шероховатость, указанную перед условным обозначением (Рис. 7, а).

  Не допускается обозначение шероховатости или знак (рис. 7, в) выносить в правый верхний угол чертежа при наличии в изделии поверхностей, шероховатость которых не нормируется.

  Условные обозначения направления неровностей должны соответствовать приведенным на Рис. 6. Условные обозначения направления неровностей приводят на чертеже при необходимости (Рис.9 и 10).

  Рис. 9 – Примеры обозначений направлений неровностей шероховатости

Рис. 10 – Примеры условных обозначений  и направлений видов шероховатости  на чертеже

Допускается применять упрощённое обозначение шероховатости поверхностей с разъяснением его в технических требованиях чертежа (Рис.11).

Рис. 11– Упрощённое обозначение шероховатости

Таблица 3

Стандартизированные параметры шероховатости в разных странах

Страна

Ra

Rp

Rm

RMS

Rz

Rmax

R

lt

tp

Ar

Sm

S

kp

k

Число параме­тров

Австралия

+

+

Rs

Rt

Lt

+

+

7

Англия

CLA

Ht

2

Венгрия

+

Rt

Rf

hq

+

+

+

kp

kh

10

Дания

+

Ru

+

+

+

+

+

Bb

Kb

+

10

Испания

hm

hrms

H

kv

7

Италия

+

Rc

+

kp

7

Нидерланды

+

1

Россия

+

+

+

+

+

+

6

США

АА

+

2

Франция

+

+

Rq

+

Rv

Lc

Tc

Av

+

kv

10

Германия

+

+

+

Rf

+

+

6

Швеция

+

G

H

3

Швейцария

+

+

Rq

+

Rv, Rs

t

tc

+

kv

10

Япония

+

1

ISO

+

+

+

3

* Знак "+" означает стандартизированные, пустые графы – нестандартизированные параметры

V. ИЗЬЯНЫ ПОВЕРХНОСТИ

  В процессах технологической обработки материалов, литья, штамповки, проката, механической обработки возникают дефекты, которые являются предметом взаимных претензий между потребителями и поставщиками [7].

  Такие дефекты называются изъянами. Они классифицированы стандартом ИСО 8785: 1998.Постараемся максимально раскрыть этот стандарт.

  Изъян поверхности SIM – элемент неровности или группа элементов  неровностей реальной поверхности, непреднамеренно или случайно образованные во время производства, хранения или применения детали.

  Присутствие изъянов на реальной поверхности не обязательно означает, что поверхность не пригодна к применению. Допустимость изъянов зависит от применения или функции поверхности и нормируется в соответствующих параметрах, например длина, глубина, ширина, высота, число на единицу участка или площади поверхности.

  Изъян поверхности является одним из компонентов текстуры поверхности и не относится ни к шероховатости, ни к волнистости поверхности.

  Характеристики и параметры изъянов поверхности: длина изъяна, ширина изъяна, глубина единичного изъяна, высота единичного изъяна, площадь изъяна поверхности,

общая площадь изъяна, число изъянов поверхности, число изъянов поверхности на единицу поверхности.

  Когда устанавливаются допускаемые технические требования, размерным критерием должен быть минимальный размер характеристики изъяна поверхности, ниже которого изъяны поверхности не учитываются при определении годности поверхности.

Типы изъянов поверхности:

•Углубления (Рис. 12 – 21)

Рис. 12 – Риска	Рис. 13 – Царапина	Рис. 14 – Трещина	Рис. 18 – Разрыв, расщелина, щель	Рис. 20 – Скобообразный изгиб (вогнутый)
Рис. 15 - Пора	Рис. 16 - Раковина	Рис. 17 – Усадочная раковина	Рис. 19 - Закругление	Рис. 21 – Выбоина

•Выпуклости (Рис. 22 – 29)

Рис. 22  - Нарост	Рис. 23 - Вздутие	Рис. 24 – Скобообразный изгиб
Рис. 25 - Чешуйка	Рис. 26 - Включение	Рис. 27 – Заусенец
Рис. 28 – Подток, заливина	Рис. 29 - Налет

•Комбинированные изъяны поверхности (Рис. 30 – 33)

Рис. 30 - Кратер	Рис. 31 - Нахлестка	Рис. 32 - Задир	Рис. 33- Остатки стружки

•Поверхностные изъяны и изъяны внешнего вида (Рис. 34 – 42)

Рис. 34  - Отпечаток	Рис. 35 – Разрушение, разъедание	Рис. 36  - Корродирование
Рис. 37 – Точечная коррозия	Рис. 38 – Волосные трещины	Рис. 39 – Пятно
Рис. 40 – Обесцвечивание	Рис. 41 - Полоса	Рис. 42 – Слоистость, шулушение

VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1.В целях снижения уровня разногласий поставщиков и потребителей продукции и повышения качества продукции (внешнего вида), на базе стандарта ИСО 8785: 1999 необходимо разработать стандарт организации на изъяны поверхностей, который нормализует работу производственных служб.

  2.В работе приведен анализ стандартов ИСО и международного опыта в области нормирования характеристик качества поверхности при обработке деталей машин. Расширение интеграционных процессов между странами мирового содружества обязывает использовать международный опыт в целях повышения конкурентоспособности российских товаров. Изучение и внедрение  международного опыта будет способствовать ускорению этих процессов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.ИСО 4287:1997, Текстура поверхности - Профильный метод – Терминология и параметры текстуры поверхности

2.ГОСТ 2789 – 73, Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

3.ГОСТ 24643-81, Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения

4.РТМ 2Н31-4-81,Соотношения между допусками размера, формы, расположения и шероховатости поверхностей

5.Волнистость поверхности. Рекомендации Института Машиноведения Российской Академии Наук

6.ГОСТ 2.309 – 2013,Единая система конструкторской документации. Обозначение шероховатости  поверхности.

7.ИСО  8785:1999, Текстура поверхности – термины, определения и параметры