Шероховатость поверхности. Основные параметры и методы их определения

Реальная и номинальная поверхности Базовая линия поверхность линия поверхность заданной геометрической формы определенным образом проведенная относительно профиля поверхности и служащая для оценки геометрических параметров поверхности. Профиль поверхности Средняя линия профиля m базовая линия имеющая форму номинального профиля и проведенная так чтоб в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии было минимально рис. Отклонение профиля y расстояние между точкой профиля и базовой линией рис....

2015-01-30

2.8 MB

176 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


Раздел 1

Шероховатость поверхности. Основные параметры и методы их определения

1.1. Качество поверхности 

В условиях эксплуатации машины или прибора внешним воздействиям в первую очередь подвергаются поверхности их деталей. Износ трущихся поверхностей, зарождение усталостных трещин, смятие, коррозионное и эрозионное разрушения, разрушение в результате кавитации и др. - это процессы, протекающие на поверхности деталей и в некотором прилегающем к поверхности слое.

Поверхностный слой - это часть поверхности, характеристики которой отличаются от материала сердцевины рис. 1.1 а. Несомненно, что придание поверхностям деталей специальных свойств, способствует существенному повышению показателей качества машин в целом и в первую очередь показателей надежности.

Качество поверхности - это совокупность всех служебных свойств поверхностного слоя материала.

а)

б)

Рис. .1. Поверхностный слой (а) и схема его строения после механической обработки (б)

Качество поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей. Глубина слоя h (рис. 1.1 а) различна в зависимости от условий изготовления и эксплуатации детали: всего от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров. Наиболее существенными для практических целей является установление зависимости между параметрами конкретного технологического процесса обработки поверхности, показателями качества поверхностного слоя и показателями деталей машин и приборов при эксплуатации.

Качество поверхностного слоя металла обусловливается свойствами металла методами обработки: механической, электрофизической, электрохимической, термической и т. д. В процессе механической обработки (резание лезвийным инструментом, шлифование, полирование и др.) поверхностный слой деформируется под действием нагрузок и температуры, а также загрязняется примесями: частицами абразива, газов  и другими инородными включениями.

Схематически строение поверхностного слоя детали после механической о6работки представлено на рис. 1.1 б. Упрочненный слой, состоящий из верхнего слоя 1, слоя 2 с текстурой, в котором зерна имеют преимущественную ориентацию, и пластически деформированного слоя 3, имеет уменьшенную по сравнению с сердцевиной 4 плотность; в нем существенно увеличено количество дислокаций и других дефектов строения кристаллической решетки. Этот слой имеет увеличенную по сравнению с сердцевиной детали твердость. В соответствии с современными представлениями качество поверхностного слоя является сложным комплексным понятием и определяется геометрическими и физико-химическими характеристиками.

1.2. Геометрические характеристики качества поверхности

Характеристики поверхности связанные с геометрией детали показаны на рисунке 1.2 в порядке уменьшения их абсолютных величин: отклонения формы (макрогеометрия); волнистость; шероховатость (микрогеометрия). В отдельных случаях волнистость может быть больше погрешности формы, а шероховатость больше волнистости. 

Рис. 1.2. Реальная поверхность, имеющая шероховатость, волнистость и отклонение формы

1.2.1. Волнистость поверхности

Волнистость поверхности – это совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояния между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину l для имеющейся шероховатости поверхности.

Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и погрешностями формы поверхности (см. рис. 1.3). Критерием для их разграничения служит отношение шага S к высоте неровностей R.

 

Рис.1.3. Классификация геометрических характеристик качества поверхности

1.2.2. Шероховатость поверхности

Шероховатость. Что это и зачем?

Несомненно, каждый из нас пользовался очками и знает, что если укладывать очки стеклами на поверхность, то через некоторое время на стеклах появляются риски, а затем матовость. Именно это и есть шероховатость поверхности. Сразу же можно провести эксперимент,  расположив несколько капель воды на наклонно установленном стекле очков. С гладкой поверхности капли скатятся а, на шероховатой останутся. Теперь обратимся к паре вал-отверстие. Изготовив их с малой шероховатостью (как стекла очков), казалось бы, можно добиться малого износа пары. Однако вращение всегда сопровождается трением и нагревом, а здесь вступают и другие явления, которые могут привести к заклиниванию. Выход известен, это введение масленой плёнки между валом и отверстием. Из эксперимента с очками ясно, что для удержания масленой планки нужны соответствующие характеристики шероховатости поверхности. Для иных целей нужны другие характеристики поверхности.

Применение тех или иных методов обработки материалов позволяет получать различные характеристики поверхности.

Несомненно, субъективно поверхность определяется как блестящая, хорошая, средняя. Для шероховатости поверхности такие субъективные оценки применены, быть не могут.

Шероховатость поверхности представляет собой совокупность неровностей, образующих рельеф реальных поверхностей с относительно малыми шагами.

1.2.3. Исходные положения

Для полного понимания геометрических характеристик поверхности рассмотрим исходные принципы и положения.

Реальная поверхность 1 - это поверхность, ограничивающая тело и отделяющая его от окружающей среды (рис. 1.4 а)

Номинальная поверхность 2 - поверхность, заданная в технической документации без учета допускаемых отклонений (рис. 1.4 б), в данном случае плоскость.

Рис. 1.4. Реальная и номинальная поверхности

Базовая линия  (поверхность) - линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Длина базовой линии, обозначается l и используется для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности (рис. 1.5)

Длина оценки L – длина, на которой оценивается значения параметров шероховатости поверхности (может состоять из одной или нескольких базовых длин).

Рис. 1.5. Базовая линия и длина оценки

Профиль поверхности – линия пересечения поверхности с плоскостью.

Профиль реальной поверхности 1 – линия пересечения реальной поверхности с плоскостью (рис. 1.6 а)

Профиль номинальной поверхности 2 – линия пересечения номинальной поверхности с плоскостью (рис. 1.6 б).

Рис. 1.6. Профиль поверхности

Средняя линия профиля m - базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, чтоб в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии было минимально (рис. 1.7).

Отклонение профиля y - расстояние между точкой профиля и базовой линией (рис. 1.8.) (за эту линию удобно принимать среднюю m-m, но может быть принята и другая).

Рис. 1.7. Средняя линия                       Рис. 1.8. Отклонение профиля

Линия выступов профиля - линия, эквидистантная средней, линии, проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины (рис. 1.9)

Выступ профиля - часть реального профиля, соединяющая две соседние точки пересечения его со средней линией профиля, направленная из тела (рис. 1.10).

Рис. 1.9. Линии выступов,                          Рис.1.10.Выступ профиля

       впадин профиля

Впадина профиля - часть реального профиля, соединяющая две соседние точки пересечения его со средней линией, направленная в тело (рис. 1.11).

Неровность профиля - выступ профиля и сопряженная с ним впадина профиля (рис. 1.12).

Рис.1.11. Впадина профиля                 Рис. 1.12. Неровность профиля

Местный выступ – часть профиля расположенная между двумя соседними минимумами профиля (мвс) (рис. 1.13.).

Местная впадина – часть профиля расположенная между двумя соседними максимумами профиля (мвп) (рис. 1.14)

Рис.1.13. Местный выступ                        Рис.1.14. Местная впадина

Шероховатость поверхности это совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная с помощью базовой длины.

1.2.4. Параметры шероховатости поверхности

Параметры, определяющие высотные свойства шероховатостей

Высота выступа Ypm расстояние от средней линии профиля до высшей точки выступа профиля (рис. 1.15).

Глубина впадины Yvm расстояние от средней линии профиля до низшей точки впадины профиля (рис. 1.15).

Наибольшая высота профиля Rmax - расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины (рис. 1.16).

Как видно параметр Rmax очень простой и несомненно наименее информативный. Проверка профилографпрофилометром здесь бывает даже  невозможна, т.к. глубина неровности может оказаться существенной, что может привести к поломке иглы.

Иногда, например, работая с оптическими приборами, удобнее проводить определение параметров через h по сетке прибора, от базовой линии n-n не являющейся средней (рис.1.16).

Rmax = | Rp | + | Rv | = ( h maxh min )

Рис.1.15. Высота выступа и                Рис.1.16. Наибольшая высота

               глубина впадины                                      профиля

Высота неровностей профиля по десяти точкам - Rz это сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины (рис. 1.17).

где: Уpmi высота i-го наибольшего выступа профиля;

Уvmiглубина i-й наибольшей впадины профиля

Параметр Rz , можно в некоторых случаях определять через последовательность величин h1….h10.

Как видно из рисунка, Rz определен по десяти точкам или же, если приглядеться, то можно заметить что здесь скрыто пять параметров Rmax в порядке убывания. Проверка профилограф - профилометром  параметра Rz  иногда тоже бывает, невозможна, т.к. глубина неровности может быть велика, что может привести к поломке иглы. Конечно же, информативность параметра Rz выше, чем Rmax. Исторически применение Rz связано с оптическими методами измерений, когда обсчитывать все неровности  хлопотно и Rmax уже не устраивает. Кроме того, Rz может указываться для очень грубых поверхностей, проверку которых проводят по методу эталонов сравнения. Следует заметить то, что если шероховатость мала, к примеру, на оптических стёклах и др., когда игла профилометра не считывает неровности, то определение параметров становится возможным только оптическими устройствами с рациональным применением Rz. Сегодня применение этого параметра рекомендовано в меньшей степени, чем Ra, однако для некоторых изделий он остаётся необходимым.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra - это среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины (рис. 1.18).

Ra =   |y| dx

или

Rа = |y|,

где: l базовая длина;

п – число выбранных точек профиля на базовой длине

Параметр Rа определен на основе n выбранных выступов Ypii и впадин Yvi,  и несомненно наиболее объективно дает высотную характеристику поверхности. Именно поэтому он является предпочтительным при указании на чертежах.

Между высотными параметрами Ra, Rz, Rmax установлены следующие корреляционные зависимости:

для лезвийной обработки Rz = 5·Ra; Rmax = 6·Ra;

для шлифования Rz = 5,5·Ra; Rmax = 7·Ra;

для полирования и притирки Rz = 4·Ra; Rmax = 5·Ra.

При этом среднеквадратическое отклонение профиля Rq и параметр среднеарифметического отклонения Ra связаны между собой зависимостью

Ra ≈ 0,8Rq

Рис. 1.17. Высота неровностей            Рис.1.18. Среднее арифметическое профиля по десяти точкам                     отклонение профиля

Параметры, определяющие свойства шероховатостей в направлении длины профиля

Шаг неровностей профиля это отрезок средней линии профиля, ограничивающий неровность профиля (см. рис.1.19, Sm1….Smn)

Средний шаг неровностей профиля Sm - это среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины

Шаг местных выступов профиля - длина отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних местных выступов профиля (рис. 1.20)

Средний шаг местных выступов профиля  S - это среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины.

Рис.1.19. Шаг неровностей профиля     Рис.1.20. Шаг местных выступов

                                                                         профиля

Параметры шероховатости, связанные с формой неровностей профиля

Уровень сечения профиля p - расстояние между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля (рис. 1.21)

Опорная длина профиля  hp – это сумма длин отрезков, в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной средней линии.

Рис.1.21 Уровень сечения профиля

Относительная опорная длина профиля tp - отношение опорной длины профиля к базовой длине

Параметр tp связан с возможностью опирания втулки на вал. По сути, это отношение опирания полученной поверхности bi к идеальному варианту, когда неровностей нет, т.е. поверхность идеально ровная линия  с размером базовой длины l. Представим, что втулка имеет неровности, показанные на рис. 1.21. В данном варианте опирающаяся втулка будет контактировать первоначально по двум наивысшим точкам вершины профиля. Площадь этих выступов ничтожна и следует полагать напряжений, что приведет к излому выступов. Далее будут участвовать не два, а положим, четыре выступа по излом будет продолжаться до тех пор, пока действующие силы от втулки не будут уравновешены реактивным от вала. В этом случае форма профиля станет плосковершинной.  Продукты излома будут вынесены смазкой из зоны взаимодействия и осядут на дне масляного картера механизма. Теперь становится понятным, почему для новых механизмов через кроткий промежуток работы предлагается сменить масло. Механизм же приработается, создав себе базовые опорные поверхности в работающих парах. Более рационально создать исходную поверхность детали с достаточными опорными поверхностями. Создание подобного типа поверхностей требует дополнительных усилий и затрат с применением современных технологических процессов.

Кроме рассмотренных, широко применяемых, параметров ГОСТ 25142-82 предусматривает и другие (см. Приложение П1.2), получаемые современными измерительными комплексами.

1.3. Нормирование параметров шероховатости поверхности

1.3.1. Способы нормирования параметров шероховатости поверхности

В практике применяется три способа нормирования параметров шероховатости поверхности:

1. расчётный (как правило, это часть допуска размера либо формы)

2. прецедентный (по прототипу)

3. экспериментальный (на базе индивидуальных исследований создаваемой или же эксплуатируемой конструкции).

1.3.2. Назначение параметров шероховатости поверхности и их численных значений

Назначение поверхности и условия её применения, вот исходные основы при выборе параметров шероховатости поверхности и их численных значений, которые определяются на базовой длине.

Базовая длина (рис.1.5) выбирается так, чтобы полученной информации было достаточно для получения параметров шероховатости. По сути, нужно иметь 7-20 неровностей. Вернемся к стеклам очков. Здесь неровности просто крохотные и 20 штук уместится на очень маленькой базовой длине. Взяв же торец вала, который обрезан на станке, для получения 20 неровностей нужно принять базовую длину почти на порядок большую. Стандарты предусматривают выбор базовой длины в зависимости от потребной шероховатости и одновременно известно, какие методы обработки позволяют достичь каких величин параметров шероховатости. Числовые значения базовой длины  (мм) выбираются из ряда (Таблица 1.1):

Таблица 1.1

Числовые значения базовой длины  (мм)

(0,01)

(0,03)

0,08

0,25

0,80

2,5

8

(25)

значения, указанные в скобках, применяются в особых случаях

Для практического анализа полученной шероховатости поверхности необходима базовая длина, которая непосредственно связана с шероховатостью, а шероховатость в свою очередь с методом обработки. В Приложении П1.3 показана связь базовой длины и  параметров шероховатости Ra, Rz, Rmax.

Предпочтительно применять параметр Ra, как наиболее информативный, в том числе и для грубых поверхностей в соответствии с Приложением П1.4.

Однако, параметры Rz и Rmax (Приложение П1.5) не потеряли своего значения и их применяют в тех случаях, когда по функциональным тpeбованиям необходимо ограничить полную высоту неровностей профиля, а также когда прямой контроль параметра Ra c помощью профилометров профилометров не представляется возможным, например для поверхностей, имеющих малые размеры или сложную конфигурацию (режущие кромки инструментов, детали измерительных приборов и др.)

Нормирование шаговых параметров S и Sm для поверхностей, профиль которых описывается процессами, близкими к случайным, это шлифование, полирование, доводка, электроэрозионная обработка и др. Числовые значения шаговых параметров S и Sm выбираются из таблицы Приложения П1.6.

Выбор числовых значений параметров шероховатости производится по ГОСТ в соответствии с таблицами Приложений П1.3…П1.6. При нормировании высотных параметров в первую очередь следует применять предпочтительные значения, указанные в таблице П1.3, для Ra и таблицах П1.4 и П1.5 для Rz и Rmax.

Для ответственных поверхностей производится дополнительно нормирование, не только высотных параметров, а также шаговых по таблице Приложения П1.5.

Параметр tp позволяет нормировать важнейшие эксплуатационные свойства поверхности, которые определяются формой неровностей и зависят также от высотных параметров профиля, см. Приложение П1.7.

Относительная опорная длина профиля tp (%) выбирается из ряда:

Таблица 1.2

Относительная опорная длина профиля tp (%)

10

15

25

30

40

50

60

70

80

90

Числовые значения уровня сечения профиля p в (%) от Rmax выбираются из ряда (Таблица 1.3):

Таблица 1.3

Числовые значения уровня сечения профиля p в (%) от Rmax

5

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80

90

В дополнение к количественным параметрам в некоторых случаях целесообразно нормировать направление неровностей, например в связи с направлением относительного перемещения трущихся сопряжённых поверхностей или направления движения жидкостного, или газового потока. Кроме того, определение направление неровностей существенно для обеспечения необходимой статической и особенно циклической прочности Приложение П1.7. Направление неровностей поверхности выбирается из Приложения П1.8., если это является единственным путём для обеспечения необходимого качества. При необходимости конструктором устанавливается и способ, а иногда, и последовательность нескольких способов получения.

Если параметры Ra, Rz, Rmax определены на стандартной базовой длине, в соответствии с Приложением П1.3., то базовую длину не указывают в знаке шероховатости поверхности.

Как правило, следует применять наибольшую шероховатость, допускаемую технологическими возможностями. Обычно добиться качественной поверхности для отверстия труднее, чем для вала, поэтому часто проводится назначение; различной шероховатости поверхностей сопрягаемых деталей: у отверстия шероховатость принимается на шаг выше см. Приложение П1.11.

При назначении параметров шероховатости поверхностей необходимо оценить возможность их достижения по Приложению П1.10.

При выборе шероховатости поверхности следует учитывать, что значения параметров Ra, Rz, Rmax должны составлять только некоторую часть допуска соответствующего размера.

На основе опыта разработки конструкций существуют следующие рекомендации по назначению параметра Rz в зависимости от допуска размера:

для квалитетов IT5 - IT10 Rz не более 0,25 допуска,

для квалитетов более IT10 не более 0,125 допуска.

Может в качестве исходного параметра быть принят допуск формы, тогда Rz не должен превышать (0,2-0,5) TF.

Взаимосвязь некоторых потребных эксплуатационных свойств поверхности и необходимых параметров шероховатости поверхности представлена в Приложениях П1.11 и П1.10.

В Приложении П1.11 и показаны ориентировочное соотношение методов обработки и возможного получения параметров шероховатости поверхности.

В приложении П1.11 показана шероховатость Ra посадочных поверхностей сопрягаемых деталей.

1.3.3. Обозначение шероховатости поверхностей 

На чертеже шероховатость поверхности обозначают, независимо от методов их получения, для всех поверхностей, выполняемых по данному чертежу, кроме тех поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Структура знака обозначения шероховатости поверхности показана на рис. 1.22.

Рис. 1.22. Структура знака обозначения шероховатости

 

Рис.1.23. Знаки, определяющие образование поверхности

Высота h равна высоте размерных чисел Н = (1.5 ... 3.0) h (H, h- высота шрифта, принятого при написании размеров на чертеже).

Для обозначения на чертежах шероховатости поверхности применяют знаки, приведенные на рис.1.23.

Знак (а) наиболее предпочтительный,  когда способ  обработки  которой  конструктором    не устанавливается.

Знак (б), (с указанием значения параметра шероховатости ), показывает, что поверхность образована без снятия слоя металла,

а также что поверхность не обрабатывается по данному чертежу (без указания параметра шероховатости) .

Знак (в) показывает, что поверхность образована путем удаления слоя металла.

Примеры применения  обозначений шероховатости в соответствии со знаком рис. 1.22 и конкретными условиями показаны в Приложении П1.12.

Приложение 1.12

  1.  Методы и приборы

Сегодня разработан ряд методов и средств для оценки параметров микронеровностей.

В цеховых условиях в соответствии с ГОСТ 9378-93 «Образцы шероховатости поверхности сравнения. Общие технические условия», (ИСО 2632-1-85, ИСО 2632-2-85) наиболее простым методом контроля шероховатости поверхностей изделий является визуальное или органолептическое (на ощупь) сравнение с образцами (рис. 1.24). Образцы изготавливают из тех же материалов, что и контролируемые детали и обрабатывают теми же методами. Кроме того, форма образцов и основное направление неровностей поверхности должны соответствовать определенным указаниям. В стандарте установлены ряды номинальных значений параметра шероховатости Ra поверхности образца в зависимости от воспроизводимого способа обработки и базовой длины для их оценки. Так, для шлифования значения Ra варьируются в пределах 0,05 ... 3,2 мкм при базовой длине 0,25 ... 2,5 мм, для точения и расточки - 0,4 ... 12,5 мкм при базовой длине 0,8 ... 2,5 мм, а для полирования - 0,006 ... 0,2 мкм при 0,08 ... 0,8 мм. Ширина образцов сравнения составляет не менее 20 мм, а длина - 20 ... 50 мм. Образцами могут служить и готовые детали. Для измерения шероховатости крупногабаритных деталей и в труднодоступных местах вначале снимают отпечаток поверхности - ее реплику, по которой оценивают параметры шероховатости.

Однако визуальная оценка и оценка на ощупь субъективны, и полученные результаты носят ориентировочный характер, особенно при высоких требованиях обработки поверхностей деталей.

Рис. 1.24. Сравнение шероховатости с образцами

Для контроля деталей из мягких материалов применяют бесконтактные приборы, в связи с тем, что игла прибора оставляет, след (царапину) на поверхности детали. Незаменимы бесконтактные методы и в тех случаях, когда радиус  ощупывающей алмазной иглы соизмерим с размером неровности.

В бесконтактных приборах, с применением метода светового сечения, принцип действия которых основан на измерении параметров проекции светового сечения исследуемой поверхности с помощью наклонно направленного к ней светового пучка (рис.1.25, а). Световой луч проходит через диафрагму 1 с узкой щелью и конденсор 2 и проецирует световую полоску поверхности 3 объективом 4 в фокальную плоскость окуляра 5. Высоту микронеровностей измеряют с помощью окуляра-микрометра (рис. 1.25, б).

Рис.1.25. Двойной микроскоп: а - оптическая схема: диафрагма 1, конденсор 2, поверхность 3, объектив 4, фокальная плоскость 5; б - поле зрения

Если на расстоянии 0,1мм от контролируемой поверхности расположить линейку со скошенным, ребром, то ребро линейки срежет часть пучка света и на контролируемой поверхности будет видна тень, отбрасываемая линейкой. Верхний край тени является лезвием ножа. Отображающая кривую профиля тень рассматриваются в микроскоп. В отличие от метода светового сечения данный метод назван методом теневого сечения. Причем соотношение между измеренными величинами и высотой неровностей для обоих методов одинаково, т. к. определяются углом падения лучей и увеличением наблюдательной системы микроскопа.

Интерференционный метод основан на исследовании интерференционной картины отраженного излучения. Если шероховатость представляет собой систему продольных штрихов, то с помощью оптических приборов можно получить достаточно точные значения высот микронеровностей. На этом принципе основаны микроинтерферометры. Однако использование этого метода при исследовании поверхности со случайным распределением микронеровностей весьма затруднительно.

Интерферометры применяются как при точных измерениях, в частности для измерения шероховатости в станкостроении и машиностроении, так и для оценки качества оптических и других поверхностей. Интерферометр — измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков.

При измерении шероховатости использовано явления интерференции света, отраженного от образцовой и исследуемой поверхностей (рис. 1.26). В результате интерференции сравниваются два волновых фронта: эталонный и полученный от контролируемой поверхности. Наибольшее распространение получили приборы, где используется интерференция в пластинах. На рис.1.26. изображена оптическая схема прибора. Свет от источника 1 проходит щель 2, установленную в фокальной плоскости объектива 6. Полупрозрачная пластина 5 служит для отражения лучей  при их движении в обратном направлении. Параллельный пучок лучей освещает эталонную пластину 7 и контролируемую деталь 8, между которыми имеется зазор 1 ...3 мм. Деталь 8 установлена на столе 9. Пучки лучей, отразившись от двух пластин, интерферируют между собой, на поверхности эталонной пластины 7 образуется картина полос одинаковой толщины. Пучки интерферирующих лучей проходят объектив 6, отражаются от пластины 5 и собираются в плоскости диафрагмы 10. Здесь располагается глаз наблюдателя, рассматривающий картину полос через объектив 6 с соответствующим увеличением. Предметный столик прибора может вращаться вокруг вертикальной оси и наклоняться в двух плоскостях при помощи микрометрических винтов. Прибор настраивают так, чтобы наблюдалось не менее, чем  3 ... 4 полосы, кольца наблюдаются на сетке 11 в окуляр 12. Для измерения искривления этих полос между объективом и эталонной пластиной натянута нить, помогающая в отсчете величины стрелки прогиба полос. Светофильтр 3 вводится в ход лучей, для выделения зеленой линии ртути с известной длиной волны λ (для белого света λ=0,6 мкм). На рис.1.27 и 1.28 показана, получающаяся интерференционная картина шероховатости поверхности.

Рис.1.26. Принципиальная схема интерферометра источник: 1-источник света, 2-щель, 3-светофильтр, 4-линза, 5-полупрозрачная пластина , 6-объектива, 7- эталонная пластину ,8- деталь , 9-стол , 10-диафрагма , 11-сетка , 12- окуляр.

Рис.1.27. Полосы интерференции-интерферограмма

Форма образующихся интерференционных полос зависит от вида и высоты (до 1 мкм) неровностей контролируемой поверхности.

Рис.1.28. Схема искривлённых интерференционных полос

Принцип действия растровых микроскопов основан на явлении образования муаровых полос при наложении изображений элементов двух периодических структур (направленных следов обработки и дифракционной решетки). При наличии неровностей муаровые полосы искривляются. Сущность растрового метода измерения шероховатости поверхности состоит в том, что измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп и одновременно на изображение поверхности накладывается муаровая картина, получаемая в результате наложения штрихов исходного и рабочего растров. По искривлениям муаровых полос в зависимости от шероховатости поверхности судят о размере неровностей.

Основным препятствием в развитии оптических методов контроля служит сложность математической обработки результатов измерений в реальном режиме времени.

В щуповых приборах контактного действия для измерения высоты неровностей используют вертикальные колебания иглы, перемещаемой по контролируемой поверхности. Колебания преобразуются в электрическое напряжение с помощью индуктивных, механотронных, пьезоэлектрических преобразователей.

При использовании радиоламп находили применение и профилометры, принцип действия которых основан на преобразовании колебаний иглы с помощью механотронного профилометр (рис.1.29). Например, профилометр мод. 283 имеет диапазон измерения Ra от 0,02 до 10 мкм, наименьший измеряемый диаметр внутреннего цилиндра 6 мм при глубине 20 и 18 мм при глубине 130 мм. Длина трассы составляет соответственно 1,5 и 4,5 мм.

Рис. 1.29 Механотронный профилометр

Алмазная игла 3 (рис.1.29.) закреплена на конце щупа 2, который через тонкую мембрану связан с подвижным анодом механотрона 1. Крепление механотрона с помощью кольца и пружины позволяет осуществлять его быструю замену и точное регулирование положения иглы относительно передней твердосплавной опоры. Игла перемещается с постоянной скоростью.

Рис.1.30. Принципиальная схема механотронного профилометра: 1- преобразователь, 2- усилитель, 3- выпрямитель,

4- интегратор, 5- показывающий прибор, 6- источник питания, 7- реле времени.

С механотрона сигнал подается на усилитель (рис.1.30), линейный выпрямитель, интегратор и стрелочный показывающий прибор, шкала которого проградуирована в значениях параметра Ra. Сегодня подобные профилометры практически не находят применения в силу ограниченности измеряемых параметров существенных габаритов и сложности регулирования.

Применение пьезоэлектрических преобразователей позволило сегодня создать малогабаритные профилографы  типа ТР-100 см рис. 1.31. Этот профилограф предназначен для измерения шероховатости поверхности изделий в лабораториях и цехах промышленных предприятий, из всех видов металлов и неметаллов, сечение которых в плоскости измерения представляет прямую линию Диапазоны измерений: высотных параметров Ra, Rq от 0,005 до 16,0 мкм, шаговых S, Sm от 0,002 до 0,100 мм; и tp от 0 до 100%. Погрешность ±10%. Прибор TR 110 - модифицированный вариант измерителя шероховатости (профилометра) TR 100 с современным дизайном корпуса и защитным чехлом для датчика. Прибор используется для экспресс анализа шероховатости в полевых (не лабораторных) условиях. Сертифицирован Госстандартом РФ и внесен в Государственный реестр средств измерений. Большой ЖКИ со светодиодной подсветкой. Прибор укомплектован защитным чехлом для датчика. Имеет малый размер, большой диапазон измерений, подходящий для большинства материалов.

Технические характеристики измерителя шероховатости TR 100

 Измеряемые параметры шероховатости

Ra, Rz

 Длина трассы сканирования 

6 мм

 Скорость перемещения щупа

1.0 мм/с

 Значения отсечек шага

0,25 мм / 0.8 мм / 2,5 мм

 Длина оценки значений параметров шероховатости

1.25 мм / 4.0 мм / 5.0 мм

 Диапазон измерений по параметрам

Ra: 0.05 – 10.0 мкм
Rz: 0.1 – 50 мкм

 Допускаемая основная погрешность

± 15%

 Повторяемость результатов измерений

< 12%

 Тип фильтра

аналоговый резистивно-емкостный

 Тип датчика

пьезоэлектрический

 Радиус кривизны и угол вершины щупа алмазная игла с радиусом:                  

5 ± 1 мкм

угол: 90o (+ 5o или - 10o)

 Диапазон рабочих температур

от 0 до 40 градусов по Цельсию

 Относительная влажность воздуха

< 80%

 Диапазон температур при хранении

от – 25 до 60 градусов по Цельсию

 Степень точности

класс 3

 Электрическое питание 

2 никель-металлогидридных аккумулятора × 3.6 В

 Зарядное устройство 

9 В постоянного тока,

10 – 15 часов (время перезарядки)

 Габаритные размеры

125 × 73 × 26 мм

 Масса электронного блока 

200 г

Рис.1.31. Малогабаритный профилограф ТР-100

Наибольшее применение находят профилограф-профилометры с индуктивным преобразователем. Первоначально в середине прошлого века находили применение профилографы с обработкой  и представлением аналогового сигнала (например модели 201). Дальнейшее развитие техники позволило создать аналоговые приборы с цифровым представлением результатов (например модели 252 и др.).

Профилограф-профилометр модели 252 (рис.1.32), в котором использован индуктивный преобразователь, позволяет записывать профиль неровностей в увеличенном масштабе в виде профилограммы или измерять параметры шероховатости  с индикацией в цифровом виде. Прибор снабжен преобразователем, электронным измерительным блоком со счетно-решающим блоком и записывающим устройством. Конструктивно составные элементы прибора показаны на рис.1.32.

В приборе мотопривод 4 обеспечивает перемещение датчика 5 в горизонтальном направлении вдоль контролируемой поверхности; при этом игла ощупывает неровности поверхности.

Рис.1.32. Профилограф-профилометр.

1 - измерительный блок, 2- показывающий прибор, 3- стойка, 4- мотопривод, 5-измерительный столик, 6- датчик, 7- записывающий прибор.

Принципиальная укрупнённая схема прибора показана на рис.1.33. Индуктивный преобразователь выполняют в виде сдвоенного сердечника с двумя катушками. Катушки и две половины первичной обмотки дифференциального входного трансформатора включены по мостовой схеме, питание которой происходит от генератора с частотой 10 кГц. При перемещении по контролируемой поверхности алмазная игла 3 преобразователя вместе со щупом 4, подвешенном на опоре, совершает колебания. Повороты Δ перераспределяют индуктивности катушек, изменяя тем самым выходное напряжение дифференциального трансформатора. Изменения амплитуды напряжения характеризуют высоту микронеровностей, а изменение частоты (при работе прибора в режиме профилометра) - их шаг. Настройку прибора, перед измерением, производят аналоговым нуль-индикатором 9. Числовые значения параметров определяют с помощью цифрового отсчетного устройства 11. При работе прибора в режиме профилографа информация подаётся на записывающее устройство 10.

Рис.1.33. Схема аналогового профилограф-профилометра

1-стол, 2-деталь, 3-алмазная игла, 4-щуп, 5-мостовая схема, 6-трансформатор, 7-блок усиления, 8-блок обработки аналоговой информации, 9- аналоговый показывающий прибор, 10-аналоговое записывающее устройство, 11- устройство цифровой индикации аналоговой информации, К1, К2, К3-коэффициенты вертикального усиления устройств, КГ- коэффициент горизонтального усиления записывающего прибора.

В настоящее время нашли применение приборные комплексы с применением преобразования аналогового сигнала в цифровой, последующей обработки по предусмотренной программе. Такие комплексы разработаны рядом как зарубежных так и отечественных производителей. Представление результатов проводится, как на экране монитора, так, и на бумажном носителе информации. Немаловажно, что результаты измерений сегодня могут сохраняться на электронных носителях. Профилограф-профилометр такого типа показан на рис 1.34, из которого хорошо виден его состав. Блочная схема комплекса показана на рис. 1.35. Как видно схема несколько отлична от ранее приведённой. В этой схеме сигнал преобразуется в цифровой посредством АЦП. Дальнейшая обработка проводится по программе с выводом, достаточно большого количества параметров, на монитор компьютера, а при необходимости и на принтер.

 Рис.1.34. Профилограф-профилометр мод.170623:

1-деталь, 2-измерительный датчик, 3-мотопривод, 4-системный блок, 5-монитор, 6-печатающее устройство, 7 клавиатура, 8- мышь.

Рис.1.35. Схема цифрового профилограф-профилометра

1-стол, 2-деталь, 3-алмазная игла, 4-щуп, 5-мостовая схема, 6-трансформатор, 7-блок усиления, 8- аналогово цифровой преобразователь АЦП, 9- блок обработки цифровой информации, 10-цифровое печатающее устройство, 11-компьютер, К1,К2,К3-коэффициенты вертикального усиления устройств, КГ- коэффициент горизонтального усиления записывающего прибора.

Информационно-вычислительный комплекс мод.170623 предназначен для подключения датчика и мотопривода профилометра к специальной плате установленной в системном блоке компьютера и управления их работой в процессе измерения и обработки сигнала измерительной информации. Форма измеряемых поверхностей: плоские, цилиндрические, конические и другие поверхности как наружные, так и внутренние, сечение которых в плоскости измерения представляет прямую линию. В процессе измерений производится: трассирование, запись профиля и его визуализация на экране монитора, представление геометрических размеров параметров профиля, вычисления параметров шероховатости, а также записи результатов измерений на компьютер и распечатки их на принтере. Программное обеспечение позволяет в диалоговом режиме управлять процессом измерения, выбирая оптимальные режимы, вводить необходимую фильтрацию, вычислять параметры шероховатости, выводить на экран монитора и анализировать геометрические особенности микропрофиля. Результаты измерений сохраняются в памяти компьютера и могут быть распечатаны в виде протокола рис 1.36.

Рис.1.36. Протокол результатов измерений

Ниже приводятся технические характеристики.

  •  Форма измеряемых поверхностей: плоские, цилиндрические, конические и другие поверхности как наружные, так и внутренние, сечение которых в плоскости измерения представляет прямую линию.
  •  Измеряемые поверхности должны быть чистыми и сухими.
  •  Принцип действия - электронный.
  •  Метод измерения – контактный, последовательного преобразования профиля в цифровой сигнал с дальнейшей его обработкой.
  •  Представление результатов измерения - на экране монитора и в виде распечатки на принтере.

Измеряемые параметры по ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 25142-82:

1. Параметры шероховатости, связанные с высотными свойствами неровностей:

Ra - среднее арифметическое отклонение профиля:

Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам;

Rmax - наибольшая высота неровностей профиля;

Rp - высота наибольшего выступа профиля;

Rv - глубина наибольшей впадины профиля;

Rq - среднее квадратическое отклонение профиля.

2. Параметры шероховатости, связанные со свойствами неровностей в направлении длины профиля:

Sm - средний шаг неровностей профиля.

S - средний шаг местных, выступов профиля;

lа - средняя длина волны профиля;

lq - средняя квадратическая длина волны профиля;

D - плотность выступов профиля;

lо - относительная длина профиля:

Lo - длина растянутого профиля.

3. Параметры шероховатости, связанные с формой неровностей профиля:

Δа - средний арифметический наклон профиля;

Δq - средний квадратический наклон профиля;

tp - относительная опорная длина профиля.

Диапазоны измерений

Параметры

Значения

Ra и Rq, мкм

0,012 - 50

Rz и Rmax, мкм

0,05 - 250

Rp и Rv, мкм

0,025 - 125

Sm, S, lа иlq, мкм

10 - 2500

D, 1/см

1 -10

tр, % (значение уровня сечения профиля р можно задавать в пределах до 99 %)

0 - 99

Δа и Δq, град.

0,01° - 30°

1 - 10

Lo, мкм

100 - 100000

Предел допускаемой основной погрешности Δ

Предел допускаемой основной погрешности Δ для профиля, близкого трапецеидальному, составляет

По параметрам

Значения

- при измерениях параметров

Ra и Rq мкм.

Δ=0,03П + 0,06И

- при измерениях параметров

Rz, Rmax, Rp, Rv, Rq мкм.

Δ=0,06П + 0,08И

- при измерениях параметров

Sm, S, lа иlq , мкм

Δ=0,03П + 0,15И

- при измерениях параметров

D1/см, Δa, Δq, lo и Lo мкм

Δ=0,15И

при измерениях параметра tр, %

Δ=0,1П + 0,03И

где: П - верхний предел измерений, И - измеренное значение

Проведение поверки

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными органами и организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.

Профилограф - профилометры подвергают первичной, периодической, внеочередной и инспекционной поверке в соответствии с Приказом Госстандарта РФ № 125 от 18 июля (с изменениями от 26 ноября 2001г). Первичной поверке подлежит, как правило, каждый выпущенный экземпляр прибора. Периодической поверке подлежат средства измерения, находящиеся в эксплуатации или на хранении, через определённые интервалы времени. Периодическую поверку должен проходить каждый прибор.

Поверка может осуществляться физическим лицом, аттестованным в качестве поверителя в порядке, установленном Госстандартом России. Поверка проводится в соответствии с нормативными документами, утверждёнными для данного типа средства измерений. Для приборов данного типа нормативно предусмотрено: внешний осмотр, опробование, определение метрологических характеристик (уровня шума, основной погрешности, амплитудно-частотной характеристики, проверки радиуса кривизны вершины щупа т.е. иглы). Для рассматриваемых приборов при проведении поверки предусмотрено соблюдение  ряда условий: температуры окружающей среды (20±4)°С, выдержки в помещении не менее 24 ч. и проведение настройки прибора по эталонному образцу, прилагаемому к прибору (рис 1.37).


Рис.1.37. 1- стеклянная пластинка, 2- корпус, 3-поверхность с эталонной шероховатостью Ra 2,5.

В лабораторных и цеховых условиях возможно только предварительное сопоставление характеристик прибора с эталонными образцами.



7661. Волнистость и шероховатость поверхности 98.37 KB   Если 50 то такие отклонения относят к шероховатости поверхности если 50 1000 к волнистости а при 1000 к отклонениям формы. 2 Параметры шероховатости ГОСТ 278973 предусматривает следующие параметры для оценки шероховатости поверхности детали: высотные: Rа среднее арифметическое отклонение профиля Rz высота неровностей профиля по 10 точкам Rmx наибольшая высота профиля; шаговые: S средний шаг неровностей профиля по вершинам Sm средний шаг неровностей профиля по средней линии tp относительная опорная длина профиля. Для... 5108. Оптико – электронный метод определения размеров микрообъектов поверхности износа 29.18 KB   Ознакомиться с набором приборов и оборудования, необходимых для проведения работы; Составить перечень приборов и оборудования с указанием характерных для них особенностей и целей использования каждого; Изучить методику определения цены деления пиксельной линейки... 6301. Классификация технологических показателей катализаторов. Основные технологические характеристики гетерогенных катализаторов. Лабораторные методы их определения 23.63 KB   Положение элемента в Периодической системе, т.е. строение электронных оболочек атомов и ионов, в конечном счете определяет все основные химические и ряд физических свойств вещества. Поэтому сопоставление каталитической активности твердых тел с положением в Периодической системе элементов, их образующих, привело к выявлению ряда закономерностей подбора катализаторов. 2228. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ГТД 527.75 KB   Основы рабочего процесса ГТД 2. ГТД как тепловая машина При определении эффективности ГТД его необходимо оценивать с двух точек зрения. В зависимости от типа ГТД механическая работа получается в следующих формах: в ТРД и ТРДД в форме приращения кинетической энергии струи рабочего тела воздуха и газа; в вертолетных ГТД в виде работы на валу турбины; в ТВД в виде суммы работы на валу и приращения кинетической энергии. 7974. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 39.54 KB   Определение понятий метрология стандартизация сертификация Метрология наука об измерениях о способах достижения требуемой точности и достоверности корректной записи результатов об обеспечении единства измерений. Технические измерения при помощи рабочих средств измерений. Метрологические измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений. Они не могут быть применены в области на которую распространяется требование единства измерений. 2090. ПРИРОДА И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВЛИЯНИЯ МЕЖДУ ЦЕПЯМИ 82.17 KB   Величина переходного затухания А, характеризующая затухание токов влияния при переходе с первой цепи вторую, является вторичным параметром влияния. В линиях связи обычно стремятся уменьшить собственное затухание цепи а и увеличить переходное затухание А. 7957. Оценочные методы определения ТС товаров 9.01 KB   Оценочные методы определения ТС товаров Определение ТС по стоимости товаров с идентичными товарами Определение ТС по стоимости товаров с однородными товарами Определение ТС по стоимости товаров по методу вычитания стоимости Определение ТС по стоимости товаров по методу сложения стоимости Определение ТС по стоимости товаров по резервному методу 1. В случае если ТС товаров не может быть определена в соответствии с 1 методом то ТС таких товаров является стоимость сделки с идентичными товарами проданными для вывоза на... 9127. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД 299.19 KB   С учётом изложенных ранее представлений о иерархичноблочной структуре горных пород и массивов и принципиально возможных двух путей определения различных характеристик интегрального и дифференциального рассмотрим более детально принципы определения отдельных свойств. Таким образом для определения интегральных плотностных характеристик массива представленного различными петрографическими разновидностями пород и различными типами структурных неоднородностей в принципе достаточно определить эти... 8508. Основные определения мехатроники 59.16 KB   Именно поэтому многие сложные комплексы например некоторые гибкие производственные системы в отечественном машиностроении показали на практике низкую надежность и невысокую техникоэкономическую эффективность. При традиционном проектировании машин с компьютерным управлением последовательно проводится разработка механической электронной сенсорной и компьютерной частей системы а затем выбор интерфейсных блоков. Парадигма параллельного проектирования заключается в одновременном и взаимосвязанном синтезе всех компонент системы. Из таких... 6036. Основные понятия и определения теории БД 8.11 KB   Банк данных – это система специальным образом организованных данных – баз данных программных технически языковых организационно-методических средств предназначенных для обеспечения централизованного накопления и многоцелевого использования данных. Система управления базами данных СУБД совокупность языковых и программных средств предназначенных для создания и совместного использования БД многими пользователями...
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.