4. Измерение шероховатости поверхности

4.1. Цель работы

Практическое ознакомление со средствами измерения шероховатости поверхности, освоение методики измерения.

По окончании лабораторной работы студент должен знать основные средства измерения шероховатости, область их применения, методику измерения шероховатости; студент должен уметь: выбирать средства контроля шероховатости, измерять шероховатость, оценивать годность детали по пара­метрам шероховатости.

4.2. Методы и средства измерения шероховатости

У.

Шероховатость поверхности является следствием пла­стической деформации поверхностного слоя детали, возни­кающей вследствие образования стружки, вырывания с по­верхности частиц материала и других причин. Шероховатость поверхности - совокупность неровностей поверхности с отно­сительно малыми шагами на базовой длине L (ГОСТ 25142-82, СТ СЭВ 1156-78).

Параметры шероховатости устанавливаются по ГОСТ 2789-73* (СТ СЭВ 638077). Они показаны на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Профилограмма: 1 - -профиль поверхности у=у(х);

2 - линия выступов; 3- линия впадин; 4 - средняя линия;

5 - уровень р

Среднее арифметическое отклонение профиля R, мкм:

где: L - базовая длина, мм;

n - число выбранных точек профиля на базовой длине;

у - расстояние между точкой профиля и средней лини­ей, мкм;

Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z, мкм:

(4.2)

где: у_pi ; у_vi - высота и глубина i-ro наибольшего выступа и

наибольшей впадины профиля на базовой длине L соответст­венно, мкм.

Средний шаг неровностей S_m, мм:

Где: - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии пересекающей профиль в трех точках и ограни­ченной двумя соседними точками, мм.

Средний шаг местных выступов профиля S, мм:

где: S_i - шаг неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины L, мм.

Относительная опорная длина профиля t_p, %:

b_i - длина отрезка отсекаемая на заданном уровне р в материале профиля линией, эквидистантой средней линии, в пределах базовой длины, мм.

Значение уровня сечения профиля р отсчитывают по линии выступа и выбирают из ряда: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80,90 % от R_max. Относительная опорная дли­на профиля t_? может быть равна: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60,70, 80, 90 %.

Числовые значения базовой длины L выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25 мм.

Контроль параметров шероховатости поверхностей де­талей производится контактными и бесконтактными прибора­ми. В лабораторной работе предлагается определить парамет­ры шероховатости с помощью контактных приборов: профи-лографа-профилометра модели 130 с цифровым отсчетом. Техническая харак­теристика этих приборов по основным параметрам приведена в таблице 4.1.

Действие профилометра основано на принципе ощупывания неровностей измеряемой поверхности щупом индуктивного датчика - алмазной иглой е процессе трассирования (перемещения датчика вдоль измеряемой поверхности с постоянной скоростью), преобразования перемещения щупа в аналоговый цифровой сигнал с дальнейшей обработкой сигнала в компьютере. Схематическая конструкция профилометра модели 130 показана на рис. 4.2.

Измеряемая деталь устанавливается на плиту 1 стойки или, если это необходимо, на призму 2, которую можно двигать по плите вдоль направления трассирования, а также класть набок для укладки плоских деталей. Датчик 14 закрепляется своим хвостовиком диаметром 10 мм в гнезде движущегося при трассировании штока привода 12 и фиксируется винтом 13. Привод 7, предназначенный для осуществления трассирования, крепится на каретке 10 стойки винтом крепления привода 5. Каретка имеет сзади стопорный винт, при ослаблении которого каретка может свободно перемешаться по колонне 11 стойки вверх-вниз с поворотом вокруг оси колонны. При этом для страховки от удара датчика о деталь при перемещении каретки вниз необходимо использовать стопорное кольцо 4. После фиксации каретки на какой-то ориентировочной высоте каретка может плавно перемещаться в вертикальном направлении по колонне стойке с помощью рукояток 8 с обеих сторон каретки с фиксатором 9 перемещения каретки, который наряду с усилителем 3 колонны стойки служит для уменьшения вибраций датчика относительно детели в процессе трассирования.

На плите могут измеряться детали высотой до 220 мм. Если повернуть привод с датчиком на 180 градусов, то под датчик можно устанавливать сколь угодно большие детали, например, железнодорожное колесо. Измерения можно проводить и без стойки, сняв с неё привод с датчиком, и положив датчик на его ножки 6 на плоскость измеряемой детали. Привод с датчиком можно также просто положить на стол, подкладывая под датчик измеряемые детали и подкладывая под привод пластины толщиной, примерно равной высоте измеряемой детали (плюс 1 мм или минус 0.2 мм относительно высоты измеряемой детали).

Из передней части корпуса 14 датчика (выноска по рис.2) выступает носик датчика 15 из нержавеющей стали, на конце которого снизу укреплена твердосплавная опора 17, и за ней на расстоянии около 0.5 мм выступает алмазная игла датчика 16.

Таблица 4.1

Параметры шероховатости определяемые приборами	Ra , Rmax , Rmin , tp , n
Диапазоны измерений Ra , мкм Rmax , Rmin , мкм ; tp ,%	0,012-50 10-1600 1-100
Предельная допустимая систематическая погрешность Ra ,%	5
Rmax , Rmin , tp ,%	15
Максимальная скорость трассирования	Не менее 2 мм/с
Значение отсечек шага λb ,мм	0,08;0,25; 0,8; 2,5; 8,0

При измерениях опора датчика скользит по измеряемой поверхности, описывая огибающую поверхности по вершинам профиля, а игла, также скользя по измеряемой поверхности,

снимает собственно профиль поверхности за вычетом её огибающей.

Рис. 4.2. Схематическая конструкция профилометра модели 130: 1 – плита; 2 – призма; 3 – усилитель колонны стойки; 4 – стопорное кольцо; 5 – винт; 6 – ножка; 7 – привод; 8– рукоятка; 9 –фиксатор; 10 – каретка; 11 – колонна; 12 – шток; 13 – винт; 14 – датчик; 15 – носик датчика; 16 – игла датчика; 17– твердосплавная опора.

4.3. Задание

4.3.1. Ознакомиться с устройством, принципом дейст­вия и методикой измерения профилографом-профилометром. Выяснить область их применения. Занести в отчет метрологические характеристики приборов.

1. Ознакомиться с чертежом детали, требованиями к шероховатости ее поверхности. Разработать схему измерения. Поместить схему в отчет.

2. Настроить приборы модели 130. Измерить параметры шероховатости детали. Данные измере­ний занести в отчет.

3. Сделать вывод о пригодности детали по парамет­рам шероховатости.

4. Оформить отчет по лабораторной работе и предъ­явить его преподавателю. Ответить на контрольные вопросы.

4.4. Последовательность выполнения работы

1. По методическим указаниям к данной лаборатор­ной работе и учебнику /1/ ознакомиться с основными поня­тиями, нормированием, методами измерения шероховатости поверхностей детали.

2. Ознакомиться с конструкцией, принципами рабо­ты, последовательностью измерения шероховатости поверхно­сти детали профилографом-профилометром модели 130. Зане­сти в отчет метрологические характеристики прибора.

3. Получить у преподавателя чертеж детали и де­таль. Ознакомиться с требованиями к шероховатости поверх­ностей детали. Занести в отчет эскиз детали с обозначением шероховатости ее поверхностей. Выбрать диапазон измерения. Подобрать тип датчика для измерения шероховато­сти. Схему измерения занести в отчет.

4. Настроить прибор модели 130. Измерить шеро­ховатость поверхности. Данные занести в отчет. Сделать вы­вод

о пригодности детали по параметрам шероховатости.

5. Оформить отчет по лабораторной работе. Отве­тить на контрольные вопросы.

4.5. Контрольные вопросы

1. Что такое шероховатость поверхности?

2. Чем отличаются понятия волнистости и шерохо­ватости поверхности?

3. Как определяется параметр R_a? Что он характе­ризует?

4. Перечислите параметры шероховатости поверх­ности.

5. На каких физических эффектах основан принцип измерения шероховатости поверхности профилографом-профилометром модели 130?

Лабораторная работа № 3