Шероховатость поверхности и ее изображение на чертежах.

Московский авиационный институт.

Стул 904.

Инженерная графика.

Шероховатость поверхности и ее изображение на чертежах.

Москва 2020.

Оглавление:

1. Основные составляющие производства, взаимное влияние и взаимосвязь между

их.…………………………………………………………………………………...4

2.Конструкторская подготовка производства……….……………………………….4

2.1 Чертеж - как основной производственный документ и требования к нему. Общие требования к выполнению чертежей. ……………………………………...5

3. Качество поверхности и его влияние на эксплуатационные

характеристики детали. ……………..……………….…………………………6

3.1. Шероховатость, как геометрическое состояние поверхности….………………….7

3.2 Параметры нормирования шероховатости поверхности……………………..8

3.3. Обозначение шероховатости поверхности на чертежах (детали,

сборочные чертежи)………………………………………………………………..14

4. Литература………………………………………………………………………...19

ПРОИЗВОДСТВО

↔

↔

↔

↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Прикладная наука

↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Теоретические науки

Рисунок 1

Схема взаимосвязи и взаимодействия конструкции и технологии

1. Основные составляющие производства, взаимное влияние и связь между ними.

На рис. 1 в виде схемы показаны составляющие производства и взаимосвязь между ними. Техническая сторона производства (см. рис. 1) охватывает две его стороны; сфера конструкторского проектирования (создание графической модели будущего изделия) и сфера технологии производства (разработка технологических процессов изготовления и сборки изделий, разработка методов и средств реализации процессов и др.).

Теоретические и прикладные науки со всеми их отраслями обеспечивают решение возникающих структурно-технологических задач и создают базу для решения технических и организационных задач производства.

На схеме (см. рис. 2) показан переход от производственного состояния к соответствующему началу разработки проекта к его практической реализации в материале (приборах, машинах, приборах и т. д.).

2.Конструкторская подготовка производства.

На этапе проектирования «Проект» представляет собой набор графических и текстовых материалов: чертежей, схем, расчетно-пояснительных записок и т. п., описывающих будущую конструкцию изделия и ожидаемый научно-технический и экономический эффект.

Задачей «Технологии» является материализация технического решения, подаваемого «Конструкцией» в виде готовых к эксплуатации машин, устройств, устройств и т.п. На этапе производства (изготовления) «Конструкция» появляется уже в виде готовой продукции. На схеме (см. рис. 2) показан переход от состояния производства, соответствующего началу разработки проекта, к его практическому воплощению в материале (приборах, машинах....).

Анализ продукта (Т х А) позволяет сделать вывод, что определяющим условием достижения их оптимального значения является квалификация специалистов, занятых на производстве от постановки задачи до ее воплощения в материале.

В силу обстоятельств конструкции «Технология» (рис. 1) не могут быть независимыми друг от друга. Их взаимосвязь обусловлена ​​рядом объективных закономерностей. Производственный процесс включает в себя не только процессы, непосредственно связанные с разработкой конструкторской и технологической документации, а также изготовлением деталей и сборкой из них изделий, но и все вспомогательные операции, например: подготовка производства;

транспорт; контроль и хранение материалов; ремонт оборудования; производство технологического оборудования и др.

Этап проектирования – важная и ответственная задача в общем процессе

производство.

2.1 Чертеж - как основной производственный документ и требования к нему. Общие требования к выполнению чертежей.

Чертеж детали - документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля.

Изготовление составных частей, входящих в состав изделия, не может осуществляться ранее времени разработки на них соответствующих конструкторских документов (чертежей, схем и т.п.). Последнее должно быть выполнимо в полном соответствии с требованиями ЕСКД. В решении этой задачи очень важна квалификация и опыт исполнителя. Чертеж должен соответствовать основным требованиям, а именно:

а) быть наглядным, т. е. давать полную информацию о форме и размерах изображаемого предмета;

б) быть простым, т. е. используемые для его реализации методы должны быть достаточно простыми и давать однозначное описание;

в) быть точным, т. е. используемые графические операции должны быть простыми и давать точное решение;

г) быть обратимыми, т. е. обеспечивать однозначный переход от графической модели к натуре и наоборот.

Основные требования к выполнению чертежей деталей; сборочные, габаритные и установочные чертежи устанавливаются стандартом ЕСКД. ГОСТ 2.109-73. «Основные требования к чертежам».

Из вышеперечисленного нас будет интересовать шероховатость поверхности, как геометрическое состояние, зависящее от вида обработки детали и предъявляемых к ней эксплуатационных требований.

3. Качество поверхности и его влияние на работоспособность детали.

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности деталей и влияет на работоспособность. В условиях эксплуатации машин или устройств поверхности их деталей в первую очередь подвергаются внешним воздействиям. Износ трущихся поверхностей, зарождение усталостных трещин, дробление, коррозионно-эрозионное повреждение, разрушение в результате кавитации и т. д. — процессы, протекающие на поверхности деталей и в некотором слое, прилегающем к поверхности. Естественно, что придание специальных свойств поверхностям деталей способствует значительному повышению качественных показателей машин в целом и, в первую очередь, показателей надежности.

Качество поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей машин и приборов, и определяется свойствами металла и методами обработки: механической, электрофизической, электрохимической, термической и др. В процессе механической обработки (резание с лезвийным инструментом, шлифованием, полированием и др.) поверхностный слой деформируется под действием нагрузок и температуры, а также загрязняется примесями (абразивными частицами, кислородом) и другими посторонними включениями.

Геометрические характеристики качества поверхности представлены на рис. 3 в порядке убывания их абсолютных значений: отклонения формы (макрогеометрия); волнистость; шероховатость (микрогеометрия); субмикрошероховатость. В некоторых случаях волнистость может быть больше, чем ошибка формы, а шероховатость может быть больше, чем волнистость. Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и погрешностями формы поверхности. Критерием их дифференциации является отношение шага S к высоте неровностей R.

Рис. 3

Классификация геометрических характеристик качества поверхности

Взаимосвязь между параметрами качества поверхности деталей и их эксплуатационными свойствами является одним из основных направлений исследований в области машиностроения и приборостроения.

В настоящее время решаются вопросы взаимосвязи качества обрабатываемой поверхности с работоспособностью деталей и узлов машин и устройств (трение и изнашивание при скольжении и качении, жидкостное трение, контактная жесткость, прочность прессовых соединений, отражательная способность, износостойкость). при переменных нагрузках, коррозионная стойкость и качество лакокрасочного покрытия) достаточно изучены. покрытия, точность измерений, взаимосвязь между допусками размеров и шероховатостью поверхности и т.д.)

Трение и износ деталей во многом связаны с макрошероховатостью, волнистостью, микрошероховатостью, а также с направлением штрихов (следов) обработки. На рис. 4 показано влияние шероховатости поверхности на износостойкость деталей машин. При взаимном перемещении контактирующих плоских (рис. 4 а) или цилиндрических (рис. 4 б) поверхностей с микрошероховатостью (шероховатостью) в начальный момент происходит срез, откол и пластический сдвиг вершин неровностей, т.к. их контакт происходит по вершинам неровностей. Зависимость износа от наработки трущихся поверхностей видна из графика (рис. 4 г, д). Во-первых, относительно быстро (участок I) в течение времени Т1 происходит первоначальный износ (приработка). При правильном режиме смазки (рис. 4 в) износ протекает медленно (участок II), что обусловлено образованием равновесной шероховатости. Этот период времени определяет срок службы детали. Катастрофический износ пары характеризует участок III.

Кривая 2 на рис. 4, д характеризует износ поверхностей с меньшей исходной шероховатостью, чем кривая l. При этом величина и время приработочного износа уменьшаются, а интенсивность эксплуатационного износа остается прежней. При меньшей шероховатости сопрягаемых поверхностей время работы деталей будет больше (Т2 > Т1)

Рис 2.

Шероховатость поверхности и ее влияние на износостойкость.

а, б - контактные схемы сопрягаемых деталей по образующей (по оси) и по окружности; в - идеализированный и реальный контакт поверхностей; г, д - характерные графики износа во времени.

Шероховатость поверхности и волнистость взаимосвязаны.

Волнистость – это элементарное отклонение поверхности любой формы. Высота неровностей волнистости и высота шероховатостей примерно одинаковы, но отношение ступеней к высоте разное.

волнистость -совокупность периодически повторяющихся неровностей на поверхности, образующихся преимущественно в связи с колебаниями или относительными колебательными движениями в системе станок — изделие.

Волнистость определяют на нормальном сечении поверхности, шероховатость и другие отклонения формы исключают. Волнистости, как правило. включают периодические неровности, у которых отношение шага к высоте больше 40. Для изделий с круглым сечением к волнистости относятся отклонения в радиальном сечении, у которых шаг меньше 1/15 окружности.

3.1. Шероховатость как геометрическое состояние поверхности.

Прочность деталей также зависит от шероховатости поверхности. Разрушение детали, особенно при переменных нагрузках, в значительной степени связано с концентрацией напряжений из-за наличия неровностей. Чем меньше шероховатость, тем меньше вероятность образования поверхностных трещин от усталости металла. Доводка деталей (доводка, полировка и др.) обеспечивает значительное повышение их усталостной прочности.

Уменьшение шероховатости поверхности значительно повышает антикоррозионную стойкость деталей. Это особенно важно, когда нельзя использовать защитные покрытия для поверхностей (поверхности цилиндров двигателей и т.п.).

Надлежащее качество поверхности играет важную роль в интерфейсах, отвечающих условиям плотности, герметичности и теплопроводности. С уменьшением шероховатости поверхностей улучшается их способность отражать электромагнитные, ультразвуковые и световые волны; уменьшаются потери электромагнитной энергии в волноводных трактах, резонансных системах, уменьшается емкость электродов; в электровакуумных устройствах снижается газопоглощение и газовыделение, облегчается очистка деталей от адсорбированных газов, паров и пыли.

Важной геометрической характеристикой качества поверхности является направление штрихов - следов механической и других видов обработки (рис. 5). От него зависит износостойкость поверхности, надежность прилегания, прочность прессовых соединений. В ответственных случаях конструктор должен указать направление меток обработки на поверхности детали. Это может быть необходимо, например, в связи с направлением относительного скольжения сопрягаемых частей или с направлением движения по части струи жидкости или газа. Износ уменьшается и достигает минимума, когда направление скольжения совпадает с направлением неровностей обеих деталей.

Высокая точность всегда сочетается с малой шероховатостью и волнистостью поверхности. Это определяется не только условиями работы сопрягаемых деталей, но и необходимостью получения достоверных результатов измерений в производстве. Уменьшение шероховатости поверхности вносит большую достоверность в характер сопряжения, так как величина зазора (или натяга), полученного в результате контроля деталей, отличается от величины эффективного зазора или натяга, возникающего в процессе эксплуатации или при сборка. Эффективный натяг при сборке уменьшается, а зазор увеличивается при работе механизма, причем тем больше и быстрее, чем грубее обрабатываются сопрягаемые поверхности.

Может потребоваться использование небольшой шероховатости поверхности для придания красивого внешнего вида детали или облегчения содержания поверхностей в чистоте и т. д.

Требования к шероховатости поверхности следует устанавливать исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества продукции. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости поверхности не устанавливаются и шероховатость этой поверхности не контролируется. В требования к шероховатости поверхности не включаются требования к дефектам поверхности (каверны и др.), поэтому при контроле шероховатости поверхности необходимо исключить влияние дефектов поверхности. В отдельных случаях допускается устанавливать требования к шероховатости отдельных участков одной и той же поверхности, которые могут быть различными.

ГОСТ 2789-73* устанавливает требования к шероховатости поверхности независимо от способа ее подготовки или обработки. Это позволяет применять требования стандарта к поверхностям, обработанным резанием и другими методами, такими как литье, прессование, электрофизические и электрохимические методы и др.

3.2 Параметры нормирования шероховатости поверхности.

Шероховатость поверхности оценивают по неровностям профиля (обычно поперечного), полученного при разрезании реальной поверхности рубанком (чаще всего в нормальном сечении). Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами (отклонениями формы и волнистостью) ее рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется длиной основания l. Базой для отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля t.

Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхности в ГОСТ 2789-73* (рис. 5) устанавливаются шесть параметров: три высоты (Ra, Rz, Rmax), два шага (Sm, S) и параметр относительной длины отсчета профиля (tp ).

Параметры Ra, Rz - средняя высота неровностей профиля (Ra - все неровности; Rz - наиболее крупные неровности), параметр Rmax - общая высота профиля

Параметры S и Sm характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей (максимумов) профиля и точек пересечения профиля со средней линией (нулей профиля).

Параметр tr содержит наибольшую информацию о высотных свойствах профиля (он комплексно характеризует высоту и форму неровностей профиля), так как аналогичен функции распределения. В продольном направлении tp позволяет судить о фактической площади контакта при соприкосновении шероховатых поверхностей на данном уровне сечения p.

Помимо количественных параметров, в ряде случаев целесообразно нормировать направление неровностей, например, в связи с направлением относительного движения трущихся сопрягаемых поверхностей или струи жидкости или газа относительно поверхности, а также для обеспечения необходимой виброустойчивости и прочности при циклических нагрузках.

При необходимости конструктор также устанавливает способ или последовательность приемов получения (обработки) поверхности, если только они обеспечивают ее заданное качество.

При назначении параметров шероховатости поверхности следует проверять возможность их достижения в связи с рациональными способами обработки детали. Как правило, следует использовать самую высокую шероховатость, разрешенную проектными требованиями. В противном случае стоимость переработки может значительно возрасти, что может быть компенсировано только повышением качества продукта. В ряде случаев повышение требований к шероховатости может оказаться не только невыгодным, но и неприемлемым. Например, если сопрягаемые поверхности слишком гладкие, может возникнуть явление «заедания», при котором частицы металла отрываются от поверхностного слоя трущихся поверхностей. Для таких поверхностей следует нормировать оптимальную начальную шероховатость, которая должна быть близка к получаемой в процессе приработки.

Обычно обработать отверстие сложнее, чем вал. Это часто учитывают, приписывая сопрягаемым деталям разную шероховатость поверхности: отверстие имеет несколько большую шероховатость.

Принятое правильное решение при выборе параметров шероховатости поверхности деталей, а также при выборе методов обработки, обеспечивающих; поверхности с заданной шероховатостью, оказывает серьезное влияние на качество: конструкции, ее технологичности и позволяет установить наиболее экономичные способы изготовления деталей.

Для обеспечения условий взаимозаменяемости назначение шероховатости сопрягаемых поверхностей может производиться в зависимости от точности сопряжения (выбранной посадки) и точности обработки (выбранного качества). Прямой связи между точностью и шероховатостью поверхности нет, так как очень высокие требования к шероховатости могут предъявляться к наиболее неточным по допускам размеров поверхностям (например, поверхности рукояток хирургического инструмента и др.). Однако при выборе шероховатости поверхности следует учитывать, что

значение Rz должно составлять только определенную часть допуска (δp) соответствующего размера.

Если в конструкциях сопряжений по требованиям к исполнению деталей необходимо ограничить отклонение формы (Δf) или отклонение расположения (Δp) по сравнению с допуском на размер (δp), то соответственно следует ограничить и шероховатость поверхности . При этом следует руководствоваться возможными (рекомендуемыми) методами обработки, обеспечивающими значения Rz = (0,2-0,5) Δf или Rz = (0,24-0,5) Δc.

Если точность сопряжения и способ обработки не позволяют определить требования к шероховатости поверхности, назначение шероховатости поверхности следует производить по другим основным для этого случая признакам, ориентируясь на данные практики передовых производств, отраженные во многих работах. .

Нормирование шероховатости поверхности: для нормирования проектировщиком качества поверхности, в том числе и шероховатости, используются три основных метода: 1) по прототипу (метод прецедентов); 2) поселение; 3) экспериментальный.

Выбор параметров и их значений для нормирования шероховатости следует производить с учетом назначения поверхности и установления их связи с эксплуатационными свойствами поверхности.

В таблице 1 приведены некоторые наиболее важные эксплуатационные свойства поверхности в зависимости от ее шероховатости, а также диапазон параметров, обеспечивающих показатели этих свойств. Главное во всех случаях - нормализация высотных параметров. Предпочтительно, в том числе и для наиболее шероховатых поверхностей, нормировать параметр Ra, характеризующий неровности профиля более информативно, чем Ra и Rmax, так как он определяется всеми точками (или достаточно большим количеством точек) профиля.

Таблица 1

Параметры Rz и Rmax нормируются в тех случаях, когда по функциональным требованиям необходимо ограничить суммарную высоту неровностей профиля, а также когда невозможен непосредственный контроль параметра Ra с помощью профилометров или эталонных образцов, например, для поверхностей небольших размеров или сложной конфигурации (режущие кромки инструментов, детали часов и т.п.).

Для критических поверхностей нормируются не только параметры высоты, но и параметры ступеньки и параметр tp, так как они обеспечивают некоторые их функциональные свойства.

Требования к шероховатости поверхностинеобходимо задать, указав: 1) параметр шероховатости (один или несколько); 2) числовые значения выбранных параметров; 3) базовые длины, на которых определяются заданные параметры.

На практике используются три варианта задания числовых значений параметра (параметров) шероховатости: 1) наибольшее значение; 2) диапазон значений; 3) номинальная стоимость.

Наиболее распространенным применительно к деталям машин является вариант, когда указывается числовое значение параметра, соответствующее наибольшей допустимой шероховатости, т.е. наибольшее предельное значение для параметров Ra, Rz, Rmax , Sm, S и наименьшее предельное значение параметра tp.

В некоторых случаях, когда слишком гладкая поверхность неприемлема для правильного функционирования, используется второй вариант, в котором указывается Диапазон значений параметра; наибольшее и наименьшее предельные значения.

Третий вариант используется реже, в основном для образцов сравнения шероховатости поверхности или образцовых деталей, служащих той же цели. . При этом варианте указывается номинальное значение параметра с допустимыми предельными отклонениями от него (%). Установление требований к шероховатости поверхности путем указания номинальных значений параметра обеспечивает наиболее строгий метрологический контроль.

Таблица 2

Шероховатость поверхности Ra (мкм) элементов детали

3.3 Обозначение шероховатости поверхности на чертежах (деталей, сборочных чертежах)

Таблица 3

Виды направлений неровностей поверхности по ГОСТ 2789-73*

При нанесении размеров элементов деталей или после их нанесения конструктор указывает на чертеже параметры и характеристики шероховатости поверхности, установленные ГОСТ 2789-73.

Обозначение шероховатости поверхности и правила их нанесения на чертеж устанавливаются ГОСТ 2309-73.

Структура обозначения шероховатости представлена ​​на рис.6.

Знаковая структура для обозначения шероховатости поверхности

При задании требований к шероховатости поверхности рекомендуется использовать параметры Ra, Rz, Rmax, tp.

Среднее арифметическое значение отклонения профиля Ra является средним арифметическим абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz —сумма средних арифметических абсолютных значений отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины l.

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax- расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины l. Относительная базовая длина профиля tp (где p — числовое значение уровня сечения профиля) представляет собой отношение базовой длины профиля к базовой длине.

Литература:

1. Попова Г.Н., Иванов Б.А.

Обозначение на чертежах и схемах по ЕСКД. Справочное руководство. Эд.

кандидат те. наук Б.Я. Мирошниченко. Л., "Машиностроение", 1976.

2. Федоренко В.А., Шошин А.И.

Справочник по инженерному черчению. - 14-е изд., перераб. и доп. / Под ред.

ГН Попова. - Л: Машиностроение, Ленинград. отдела, 1981.-416с.

3.Бабулин Н.А.

Строим и читаем инженерные чертежи: учебник для профессионалов.

образовательные учреждения. - 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа; Издательский центр

«Академия», 1998. – 367с.

4. Гжиров Р.И.

Краткое руководство для конструктора. - Л., Издательство "Машиностроение"