Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности

Шероховатостью поверхности называется совокупность микронеровностей, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого равна базовой длине.

Параметры шероховатости

В большинстве случаев шероховатость поверхности определяется одним из параметров Ra или Rz.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — является суммой средних абсолютных значений высот точек пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин в пределах базовой длины, измеренных от произвольной линии АВ

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – это среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля yi от средней линии m в пределах базовой длины

Механизм возникновения шероховатости

Все причины возникновения шероховатости можно разбить на 3 группы:

  1. Расположение режущих кромок инструмента, относительно обрабатываемой поверхности;
  2. Упругая и пластическая деформация обрабатываемого металла;
  3. Вибрации в технологической станочной системе.

Образование неровностей на обработанной поверхности можно представить как след от движения режущих кромок инструмента. Назовём такой профиль регулярным (рис.2).

На образование регулярного профиля влияет геометрия резца, в частности – углы в плане, а так же величина подачи S. Их влияние описывается формулой

В реальном процессе резания впереди резца и под обработанной поверхностью образуется зона пластической деформации, которая вносит некоторую погрешность в регулярный профиль. Пластически деформированный металл в отдельных местах как бы наволакивается на микронеровности, а в где-то вырываются отдельные куски металла. Потому реальное значение Rz может быть записано как:

где — приращение высоты микронеровностей, вызванное пластической деформацией металла. Следовательно, чем меньше пластическая деформация, тем меньше высота микронеровностей. Величина пластической деформации зависит, в большей степени, от твёрдости обрабатываемого материала и, в меньшей — от глубины резания — t.

Методы и средства оценки шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами:

качественным и количественным.

Качественный метод оценки основан на визуальном сопоставлении обработанной поверхности с эталоном невооруженным глазом или под микроскопом, а также по ощущениям при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем). Визуальным способом можно достаточно точно определять шероховатость поверхности, за исключением весьма тонко обработанных поверхностей. Эталоны, применяемые для оценки шероховатости поверхности визуальным способом, должны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь. Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценки заключается в измерении микронеровностей поверхности с помощью приборов: профилографов и профилометров.

Профилографы

Профилографы — это приборы, позволяющие получатть изображение микронеровностей профиля в увеличенном масшттабе на каком-либо носителе (фотоплёнке, фотобумаге).

Профилометры — минуя этап получения изображения, производят необходимые измерения профиля микронеровностей.

Схема профилографа Б. М. Левина приведена на рис. 3. Луч света от лампы 1, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5, падает на зеркала 8 и 7. Зеркало 8 связано с ощупывающей иглой 9. Луч света, отраженный от зеркала 7 и затем от зеркала 8, проходит оптическую систему 6 и, попадая на зеркала 4 и далее на цилиндрическую линзу 14, проецирует изображение щели 3 на светочувствительную пленку 13,расположенную на барабане 12. Изображение щели проецируется в виде световой точки. Деталь 10, на поверхности которой измеряют шероховатость, располагается на верхнем диске предметного стола 11. При вращении синхронного двигателя стол вместе с деталью движется поступательно относительно иглы 9, а барабан 12 вращается. Таким образом, на светочувствительной фотоплёнке получается изображение пути светового луча, повторяющего профиль обработанной поверхности испытуемой детали.
Рисунок 4.

Читайте так же:
Каким клеем заклеить пластик

Принцип действия профилометра конструкции В. М. Киселева заключается в возбуждении колебаний напряжения в результате движений ощупывающей иглы. На рис. 4 приведена схема этого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным наконечником, радиус закругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижний конец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан с индукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полюсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемый этим перемещением ток подают на усилитель и затем на гальванометр. Перемещение иглы по поверхности осуществляют с помощью электропривода со скоростью 10. 20 мм/с. Давление иглы на поверхность проверяемой детали составляет 5. 25 кПа. При подключении к профилометру осциллографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.

Для измерения шероховатости предназначен также двойной микроскоп В. П. Линника (рис. 5). Прибор состоит из двух частей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б для наблюдения и измерения профиля поверхности. Оси обеих частей микроскопа, наклоненные под углом 45° к исследуемой поверхности, пересекаются между собой в предметной точке объективов.

В плоскости изображения объектива 3 микроскопа А перпендикулярно плоскости оси микроскопа расположена щель 2, освещаемая источником света 1. Объектив 3 дает уменьшенное изображение а щели 2 на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутствии на участке поверхности Р микронеровностей объектив 4 микроскопа Б в плоскости сетки окуляра 5 даст изображение а 2 той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.

При том же расположении микроскопов А и Б при наличии микронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверхности P 1 при наблюдении будет казаться выходящей из точки a 1 или из точки а 1 поверхности Р 1, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки из на сетке окуляра 5 будет на расстоянии h от оси микроскопа Б, равном h = 2xh sin 45°, где х — увеличение объектива 4.

Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр. Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотографировать исследуемую поверхность с высотой неровностей 0,9. 60 мкм.

Контроль и оптимизация процессов полирования путем измерения шероховатости поверхности с помощью конфокального лазерного микроскопа модели SRA компании KRUSS

Для обеспечения заданного качества механической обработки деталей их шлифуют и полируют, чтобы достичь определенного значения шероховатости поверхности. Данный комплексный параметр играет определяющую роль в плане механических (трение, сопротивление потоку) и химико-физических (подверженность коррозии, смачиваемость, адгезия) свойств поверхностей деталей.

Читайте так же:
Как выкрутить сорванные болты

В стандарте ISO 4288 и, в частности, в стандарте ISO 25178 приведены различные методы определения шероховатости поверхности. Среди наиболее значимых можно выделить метод трехмерного оптического анализа шероховатости с применением средств конфокальной микроскопии.

Цель данной работы — демонстрация возможностей применения конфокального лазерного микроскопа SRA компании KRUSS в качестве измерителя шероховатости в соответствии с нормативными требованиями для оптимизации процесса полировки. Оптимизация процесса подразумевает установление корреляции параметров шероховатости с зернистостью применяемой наждачной бумаги и определения оптимальных показателей. На практике выявление подобных корреляций позволяет оптимизировать технологические процессы полирования, а также иные этапы обработки поверхности для получения заданной шероховатости. В настоящем эксперименте был смоделирован процесс полирования заготовок на станке с использованием мелкозернистой наждачной бумаги разной зернистости и последующим измерением достигнутой шероховатости поверхности. На основании результатов измерений необходимо определить зернистость, при которой возможно получение заданного значения шероховатости.

Общие сведения

Зачастую механическую обработку поверхности проводят для получения максимальной чистоты. Однако требуемый уровень шероховатости или текстура заготовки зависит от ее предполагаемого использования. Другими словами, нецелесообразно добиваться избыточной чистоты. И здесь открывается возможность для экономии. Конфокальная микроскопия является идеальным методом проверки качества указанных текстур поверхности, поскольку она позволяет быстро получать трехмерное изображение профиля поверхности, в связи с чем, можно регистрировать не только общие параметры шероховатости, но и ее возможную зависимость от направления. Кроме того, благодаря широкому диапазону разрешения система регистрирует такие параметры, как волнистость и форму.

Таким образом, применение таких конфокальных микроскопов, как SRA обеспечивает широкий спектр возможностей для точного контроля шероховатости поверхности, структуры и форм рабочих поверхностей. А измерения в режиме реального времени позволяют применять эти приборы для оценки шероховатости поверхности в системах контроля качества на производстве.

Еще одно преимущество конфокальной микроскопии заключается в бесконтактном характере данного метода измерений, что позволяет исключить повреждения образцов.

Данные настоящего отчета получены в ходе простого процесса полирования, выполненного для демонстрации того, каким образом полученные с помощью SRA показатели шероховатости можно соотнести с технологическими параметрами (в данном примере – с зернистостью бумаги).

Экспериментальная часть

Объектами исследования послужили поверхности четырех листов из нержавеющей стали после сухой абразивной обработки с использованием наждачной бумаги разной зернистости длительностью 5 минут.

Приборы и методы для определения качества поверхностей

Поверхность готовой детали не всегда является идеально ровной, гладкой и геометрически правильной. Она так или иначе будет отличаться от заданных чертежом (номинальных параметров) определенными микро- и макро геометрическими отклонениями. Макрогеометрические отклонения определяют волнистость и отклонения формы поверхности детали, а микрогеометрические отклонения ее шероховатость. Четкого физического различия между этими погрешностями не существует, но их все же условно разделяют по отклонению шага (S) к значению отклонения (D) от номинального контура (заданного чертежом). Таким образом, если неровности поверхности меньше 40 (S/D<40) , их относят к шероховатости. Если неровности больше 40 (S/D>40), то их относят к волнистости. Отклонением формы считается отношение шага к значению отклонения больше 1000 (S/D>1000).

Читайте так же:
Как работает 2х тактный двигатель

В различных странах для определения шероховатости и волнистости поверхности используют разные методы. В данной статье приведены лишь самые известные из них.

Методы и приборы для измерения шероховатости

Существуют два основных метода, позволяющих определить шероховатость поверхности изделия — оптический и механический.

Механический метод (щуповой) основан на работе специального прибора профилометра. Это достаточно дорогое и хрубкое устройство. Одно из его недостатков – это непосредственный контакт с поверхностью. Это может привести к появлению царапин на поверхности исследуемой детали, а в результате прибор может неточно оценить наличие шероховатостей.

Оптический метод позволяет исследовать поверхность бесконтактным способом. Такие устройства считывают информацию о наличии шероховатости благодаря отражению света от поверхности детали. При чем, считанная информация автоматически обрабатывается с помощью компьютера. Реализация оптических методов не требует больших финансовых вложений, высокой точности, каких-либо сложных оптических или механических устройств. Обработка данных компьютером существенно ускоряет процесс, поэтому оптические методы измерения шероховатости могут быть применены в условиях непрерывного производства.

Ниже представлена работа двух приборов, использующих оптические методы для измерения шероховатости:

  1. Принцип работы прибора I

Это устройство использует в своей работе метод микроинтерференции. При измерении на шероховатой структуре поверхности образуются помехи. Направление шероховатых участков совпадает с направлением помех. Если диапазон частот этих помех совпадает с частотой встречаемости шероховатостей, свет отражается от неровностей, показывая минимальную и максимальную интенсивность. Благодаря изменению диапазона частоты помех и синхронного измерения интенсивности светового отражения от неровной поверхности можно получить интерференционную картину шероховатости, ориентируясь на максимальную или минимальную интенсивность светового отражения.

  1. Принцип работы прибора II

Это устройство использует в своей работе метод светового сечения. Световой луч из точечного источника скользит по неровной поверхности и отражается от нее. С помощью отраженного светового луча можно определить размер и распространение неровностей. Для определения размера шероховатостей необходимо сравнить интенсивность светового отражения в зеркальном и любом другом направлениях.

Методы и приборы для измерения волнистости

За рубежом волнистость определяется в соответствии со стандартами ISO (ISO 4287 и ISO 16610-21), а также согласно американскому стандарту ASME B46.1.

Измерения волнистости поверхности проводятся с помощью специальных профилометров и приборов для измерения шероховатости. То есть, с помощью стилуса (контактный щуповой метод) и с помощью бесконтактных оптических и лазерных приборов. Самым простым прибором, используемым для оценки волнистости поверхности,можно назвать волнометр (микротопограф). Волнометр использует пластиковый наконечник, собирающий информацию о состоянии поверхности детали. Собранные данные регистрируются в виде электронных сигналов высокого и низкого диапазонов. Таким образом, исследуя шарикоподшипник, сигнал низкого диапазона — 4-17 колебаний при каждом измерении, а сигнал высокого диапазона – 17- 3390 раз при каждом измерении (низкий сигнал означает наличие волнистости). Затем полученные сигналы передаются в осциллограф для анализа.

Читайте так же:
Как рассчитать потребление электроэнергии калькулятор

В России для определения волнистости используются приборы профилографы-профилометры. Эти устройства могут механически изучать поверхность и записывать полученные результаты в графическом варианте (круглограмма).

Также зачастую используется метод обнаружения микроволн на поверхности с помощью анализа записи магнитного диска (используется в качестве экспресс-теста для получения моментальных данных). Прибор для измерения волнистости с помощью этого метода состоит из: диска, двигающейся головки, детектора и программного или аппаратного обеспечения, которое фиксирует изменения на поверхности детектора при вращении диска по поверхности детали. В этом случае детектор является пьезоэлектрическим преобразователем. На поверхности изделия возникает электрическое напряжение. Сигнал на поверхности увеличивается с увеличением линейной скорости вращения диска. Сигнал на поверхности изделия коррелирует с микроволнистостью, таким образом, производится оптическое исследование поверхности изделия. Диск осуществляет магнитную запись. Детектор улавливает резонанс, который создают микроволнистость и потоки воздуха при вращении диска. Так определяется наличие микроволнистости и шероховатости на поверхности изделия.

Лазерный метод – один из простых и популярных методов исследования качества поверхности материала (детали). Например, компания Chapman Instrument Incorporated, предлагает прибор для определения шероховатости и волнистости. Его принцип действия основан на бесконтактном (оптическом) изучении поверхности линз, зеркал или призм. Мощный сканер считывает информацию с исследуемого материала на все 360 градусов. Благодаря этому прибору довольно легко определить размер и длину микроволн, которые не видны невооруженным глазом.

Методы контроля и измерения шероховатости.

Параметры поверхности определяются только для случая очистки абразивоструйным методом поверхности, ранее неокрашенной или после полного удаления прежних покрытий.

Шероховатость может быть оценена различными методами и измерительными средствами, наиболее распространенными из которых являются:

компараторы (эталоны сравнения) по ИСО 8503-2;

микроскоп по ИСО 8503-3;

профилометр (ил профилограф) по ИСО 8503-4;

метод реплик по стандартам ИСО 8503-5 или NACE RP 0287;

Наиболее простым и доступным методом оценки шероховатости является использование компараторов ИСО, технические характеристики которых соответствуют стандарту ИСО 8503-1. Компараторы используются двух типов и представляют собой плоские пластины, разделенные на четыре сегмента с различной строго калиброванной шероховатостью

Процедура определения шероховатости исследуемой поверхности включает в себе следующие действия :

1) Очистка поверхности от пыли и мусора.

2) Подбор компаратора (S или G), соответствующего профилю исследуемой поверхности.

3) Сравнение шероховатости исследуемой поверхности поочередно с четырьмя сегментами компаратора. При необходимости для этого можно использовать лупу с увеличением не более 7. Сравнение производится при расположении компаратора рядом с исследуемым участком поверхности.

4) Определение группы шероховатости исследуемой поверхности:

тонкая — шероховатость между сегментами 1 и 2, но ниже, чем сегмента 2.

средняя – шероховатость между сегментами 2 и 3, но ниже, чем сегмента 3.

грубая – шероховатость между сегментами 3 и 4 , но ниже, чем сегмента 4.

Если шероховатость исследуемого участка ниже нижней границы группы “тонкая”, то она оценивается как “очень тонкая”, если шероховатость выше верхней границы группы “грубая”, то она оценивается как “очень грубая”.

Читайте так же:
Как подключить 3g модем к планшету android

Если визуальная оценка затруднена, то может быть использована осязательная оценка путем легкого “царапания” внутренней поверхностью ногтя пальца поочередно исследуемой поверхности и сегментов компаратора.

В случае сомнений в результате визуальной оценки шероховатости параметры шероховатости могут быть оценены в соответствии со стандартами ИСО 8503-3 (метод с использованием микроскопа) или ИСО 8503-4 (применение прибора с мерительным штифтом).

Параметры и характеристика шероховатости.

Параметры и характеристики шероховатости согласно ГОСТ 25142 называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины. Шероховатость поверхности изделий независимо от материала и способа изготовления можно оценивать количественно одним или несколькими параметрами: средним арифметическим отклонением профиля Ra, высотой неровностей профиля по десяти точкам Rz, наибольшей высотой неровностей профиля Rmax, средним шагом неровностей Sm, средним шагом местных выступов профиля S, относительной опорной длиной профиля tp. Параметр Ra является предпочтительным. Базирование при измерении шероховатости производится по средней линии профиля.

Высотные и шаговые параметры шероховатости поверхности.

С р е д н е е а р и ф м е т и ч е с к о е о т к л о н е н и е п р о ф и л я Ra — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:

Ra = |y(x)|dx; (3.3)

Ra = |yi|, (3.4)

где l — базовая длина;

n — число выбранных точек профиля на базовой длине.

О т к л о н е н и е п р о ф и л я у — расстояние между любой точкой профиля и средней линией.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины.

Н а и б о л ь ш а я в ы с о т а н е р о в н о с т е й п р о ф и л я Rmax — расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины l.

С р е д н и й ш а г н е р о в н о с т е й п р о ф и л я Sm — среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины.

С р е д н и й ш а г м е с т н ы х в ы с т у п о в п р о ф и л я S — среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины.

Числовые значения параметров шероховатости Ra, Rz, Rmax, Sm и S стандартизованы и приведены в ГОСТ 2789.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector