Шероховатость: Ra и Rz, обозначение на чертеже, образцы сравнения и профилометр

Что такое шероховатость и зачем её контролировать

Шероховатость — мелкие неровности, которые оставляет на поверхности инструмент: гребешки от резца, риски от шлифовального круга. ГОСТ 2789-73 выделяет их на небольшом участке — базовой длине. Волнистость, отклонения формы и отдельные дефекты вроде царапин и раковин в шероховатость не входят, их проверяют отдельно.

Шероховатость влияет на посадку, износ, герметичность и прочность детали. Поэтому её задают на чертеже так же, как размер, и контролёр принимает её так же: по требованию чертежа, а не «на вид гладко». По ГОСТ 2789-73 требования к шероховатости устанавливают исходя из назначения поверхности. Где требования нет, шероховатость не нормируют и не проверяют.

Ra и Rz простыми словами

Представьте профиль поверхности в разрезе: зубчатая линия с выступами и впадинами. Через неё проводят среднюю линию — так, чтобы выступы и впадины по обе стороны уравновешивались.

Ra — среднее арифметическое отклонение профиля: насколько в среднем точки профиля отходят от средней линии вверх или вниз. Ra усредняет весь участок, поэтому одна глубокая риска на него почти не влияет.

Rz — наибольшая высота профиля: высота самого высокого выступа плюс глубина самой глубокой впадины на базовой длине. Так Rz определён в действующей редакции ГОСТ 2789-73 с Изменением № 2. Rz зависит от двух крайних точек и сильнее реагирует на отдельную риску.

Для одной поверхности Rz всегда больше Ra. Справочник технолога-машиностроителя для грубой оценки принимает Rz примерно в 4 раза больше Ra, но точной формулы перевода нет. Контролируют тот параметр, который стоит на чертеже, и не пересчитывают один в другой.

Как шероховатость обозначают на чертеже

ГОСТ 2.309-73 применяет три знака — галочку с разными добавками:

• основной знак — способ обработки конструктор не задаёт;
• знак с горизонтальной чертой — поверхность получают только снятием слоя: точением, фрезерованием, шлифованием;
• знак с кружком — поверхность получают без снятия слоя: литьём, штамповкой, прокаткой.

Значение пишут после символа параметра: Ra 1,6, Rz 20. Число — наибольшее допустимое значение в микрометрах. Если стоит слово «min», это наименьшее значение. Если значений два, одно над другим, задан диапазон.

Знак в правом верхнем углу чертежа относится ко всем поверхностям, на которых нет своего знака. Если рядом с ним в скобках стоит основной знак, это читается так: все поверхности без обозначения на изображении — с шероховатостью, указанной перед скобками.

В знаке могут стоять ещё направление неровностей и базовая длина. Базовую длину по ГОСТ 2.309-73 пишут, только если она не совпадает с той, что ГОСТ 2789-73 даёт для этого значения параметра. Нет базовой длины на чертеже — берут её из таблицы стандарта.

Базовая длина: без неё число не сравнить

Прибор считает Ra и Rz на базовой длине. На другой базовой длине та же поверхность даст другое число. ГОСТ 2789-73 в справочном приложении связывает базовую длину с ожидаемым значением:

На профилометре базовую длину задают отсечкой — настройкой фильтра, которая отделяет шероховатость от волнистости. Отсечка равна базовой длине. Обычно прибор считает параметр на пяти базовых длинах подряд — это длина оценки. Щуп проходит ещё немного до и после неё на разгон и выбег, поэтому на детали нужен ровный участок длиннее длины оценки.

Образцы сравнения

Образцы шероховатости по ГОСТ 9378-93 — пластины или цилиндры с известным Ra. Поверхность детали сравнивают с ними визуально и на ощупь. Образцы делают для разных способов обработки: точения, растачивания, фрезерования, строгания, шлифования, электроэрозии, дробеструйной и пескоструйной обработки, полирования. На оправе указывают значение Ra, способ обработки и материал деталей, для которых образец предназначен.

Отсюда правило: сравнивать с образцом того же способа обработки и того же материала. Фрезерованную сталь со шлифованным образцом сравнивать бессмысленно — следы разные, и глаз ошибётся.

Образцы годятся для быстрой проверки у станка и на приёмке грубых поверхностей. Это оценка, а не измерение. Если значение на границе, поверхность точная или заказчик спорит — нужен профилометр.

Профилометр

Профилометр ведёт алмазную иглу по поверхности, записывает профиль, отфильтровывает волнистость и считает Ra, Rz и другие параметры. Порядок работы контролёра:

1. Прочитать на чертеже параметр, значение и, если есть, базовую длину и направление неровностей.
2. Очистить поверхность от стружки, масла и СОЖ. Грязь и плёнка попадают в профиль.
3. Выставить отсечку по таблице стандарта для ожидаемого значения. Пример: на чертеже Ra 1,6 — по ГОСТ 2789-73 это строка «св. 0,4 до 3,2», базовая длина 0,8 мм, длина оценки 5 · 0,8 = 4 мм.
4. Установить деталь так, чтобы щуп шёл поперёк следов обработки по ровному участку нужной длины.
5. Сделать трассу, при необходимости ещё несколько в разных местах, и записать все значения.

Одной трассы часто мало: значения на разных участках одной поверхности разбросаны. Руководство производителя профилометров по ISO 4288 описывает правило 16 %: если первое значение меньше 70 % предела, поверхность годна; иначе делают ещё две трассы, и если все три в пределе — годна. Пример: на чертеже Ra 1,6, порог 0,7 · 1,6 = 1,12 мкм. Первая трасса показала 1,0 мкм — меньше порога, поверхность годна. Показала 1,3 мкм — нужны ещё две трассы.

Частые ошибки

• Трасса вдоль следов. Вдоль следов резца игла идёт по гребню или по впадине, и выступов на её пути почти нет — прибор покажет заниженное значение. Мерить нужно поперёк следов, если на чертеже не задано иное. ГОСТ 2789-73 подразумевает направление, в котором значения наибольшие.
• Грязная поверхность. Масло, СОЖ и стружка дают ложные выступы. Сначала очистка, потом замер.
• Путаница Ra и Rz. Rz больше Ra в несколько раз. Сравнить Rz прибора с Ra чертежа — значит забраковать годную деталь; наоборот — пропустить брак. Проверьте, какой параметр выбран на приборе.
• Чужая отсечка. Прибор остался настроенным с прошлой детали. Перед замером сверьте отсечку с таблицей.
• Образец «на глаз» не того способа. Сравнение с образцом другого способа обработки ничего не доказывает.
• Пустой протокол. Без отсечки, направления трассы и всех значений результат не повторить. Что ещё писать в протоколе, — в уроке о первой детали и протоколах.

Оператор у станка обычно оценивает шероховатость по образцам — об этом урок «Первая деталь и измерения» курса оператора. Точную шероховатость по профилометру подтверждает ОТК.

Что проверить перед приёмкой

• Какой параметр на чертеже — Ra или Rz — и тот же параметр выбран на приборе.
• Базовая длина: по чертежу или по таблице ГОСТ 2789-73; если приёмка по ISO — это согласовано и записано.
• Поверхность чистая, трасса идёт поперёк следов обработки по ровному участку нужной длины.
• Образец сравнения — того же способа обработки и материала; значение на границе — перемерить профилометром.
• В протоколе: прибор, отсечка, направление трассы, все значения и вывод.