Шероховатость поверхности неровности обработанных поверхностей

Размеры и форма деталей, поверхности материалов в нормативно-технической документации представляются ограниченными номинальными идеально гладкими поверхностями в виде линий. Реальные поверхности не являются идеально гладкими, они имеют отклонения — неровности. Неровности реальной по­верхности можно выявить, сравнив ее с идеальной, гладкой по­верхностью. При совмещении идеально гладкой поверхности с реальной возможны два вида отклонений в зависимости от по­ложения точек реальной поверхности: выступы и впадины. Эти отклонения реальной поверхности будут различаться размерами контуров пересечения их идеальной поверхностью и экстремаль­ным положением точки — высотой выступа или глубиной впа­дины. Неровности реальной поверхности деталей и материалов определяются свойствами материала и особенностями процесса формирования поверхности при обработке материала.

В зависимости от размеров контура неровностей в дерево­обработке условно принято неровности реальной поверхности разделять на макронеровности и микронеровности, или шерохо­ватость. К макронеровностям относят единичные неровности больших размеров по контуру, вызываемые главным образом короблением и геометрической неточностью оборудования. Макронеровности чаще характеризуют точность формы поверх­ности. Допуски на такие отступления обычно регламентируются системой допусков и посадок. В зависимости от соотношения расстояния между смежными выступами l и высотой выступа Я отклонение реальной поверхности от идеальной характери­зуют как: при l/H> 1000 — отклонение формы поверхности; при 40<'l/H<1000— волнистость; при 1/Н<40 — шероховатость. Кроме размерных характеристик, неровности на реальной по­верхности древесных материалов различают в зависимости от факторов, обусловливающих их проявление. Неровности могут быть результатом проявления анатомического и структурного строения материала, разрушения и восстановления в процессе физического воздействия на материал. Анатомические неров­ности свойственны древесным материалам: они образуются вскрытием сосудов, полостей клеток древесины. Структурные неровности характерны также для древесных материалов, изго­товленных из измельченной древесины, они обусловливаются

 

 

формой, размерами и расположением частиц на поверхности этих материалов. Неровности при упругом восстановлении про­являются в результате неоднородности материала из-за различ­ных плотности и твердости, неодинаковой усушки различного направления волокон и т. д.

Неровности разрушения образуются при силовом воздейст­вии на материал в процессе его обработки резанием, скалыва­нием, разрывом и т. п. Формы и размеры таких неровностей за­висят от свойств материала, специфики и закономерности дей­ствия сил, разрушающих материал, в зоне формирования поверхности. Разновидностями неровностей разрушения поверх­ности древесины являются ворсистость и мшистость. Эти харак­терные для древесины дефекты поверхности обусловлены волок­нистым строением древесины и соответствующими условиями ее разрушения. Под ворсистостью поверхности древесины пони­мают такое ее состояние, при котором на ней имеются отделен­ные одним концом волокна, способные приглаживаться или под­ниматься. Если на поверхности древесного материала имеются участки с пучками коротких волокон, отделенных одним кон­цом, но неспособных приглаживаться, то такой дефект поверх­ности называют мшистостью. Микронеровности на каждой по­верхности являются случайными дефектами. К кинематическим неровностям можно отнести неровности, вызванные кинема­тикой резания и вибрацией режущего инструмента. Такие не­ровности имеют форму траектории лезвия резца в виде волн и называются волнистостью поверхности. Волнистость поверх­ности является систематической погрешностью с определенным законом распределения, зная который, можно ее прогнозиро­вать. При обработке поверхности вращающимися резцами вол­нистость всегда ориентирована в направлении подачи и зависит от радиуса резания и подачи на резец. Длина волны является надежным и достаточным критерием оценки волнистости по­верхности древесных материалов. Высота волны, образуемой на поверхности в результате цилиндрического фрезерования, точно определяется из соотношения

Н = R-√R²—l²/4, (58)

где Н— высота волны; l — длина волны, расстояние между двумя смежными выступами; R — радиус резания.

При формировании поверхности вращающимися резцами отношение высоты выступа к длине волны обычно менее '/₂₀. У шероховатых поверхностей отношение высоты неровности к расстоянию между ними более '/₂₀, но распределение высот неровностей на поверхности незакономерно, поскольку они обус­ловлены многими факторами и являются случайными в опре­деленных пределах, характерных для конкретных материалов и методов их обработки.

 

 

7 Заказ № 2177 193

 

 

Рис. 49. Профили нормального

сечения шереховатой поверхности:

а- элементы профиля;

б- соотношения Rz/Ra для идеальных профилей проверхности; в, г – световые сечения

 

Критерием шероховатости поверхности должен быть пара метр, получаемый из уравнения, описывающего реальную по верхность в функции трех координат. Такой подход неприемлем для практики из-за сложности определения уравнения поверх ности. Для упрощения этой проблемы установлено шесть наи­более возможных направлений неровностей на шероховатой поверхности: параллельное, перпендикулярное, перекрестное кругообразное, радиальное и произвольное. Эти направления возможны благодаря определенности траектории режущего ин­струмента при образовании поверхности. Благодаря этим допу­щениям шероховатость поверхности можно охарактеризовать по двум координатам одной плоскости нормального сечения и по одному из названных направлений.

Нормальным сечением называют сечение реальной поверх­ности прямой плоскостью, перпендикулярной номинальной по­верхности. Нормальное сечение образует профиль реальной поверхности в направлении секущей плоскости Направление секущей плоскости выбирают в зависимости от типа направле­нии неровностей на реальной поверхности. На рис. 49 показан профиль нормального сечения шероховатой поверхности и гео­метрические элементы этого профиля, которые могут характе­ризовать его свойство в координатах плоскости сечения XV Профиль нормального сечения реальной поверхности характе­ризуется многими понятиями. Базовая л и н и я - линия про­веденная определенным образом относительно профиля для получения его оценок. Базовая д л и н а - длина L базовой линии, используемая для количественных оценок основных характеристик профиля сечения поверхности; средняя линия профиля т —линия, делящая профиль таким образом что площади выступов и впадин профиля в пределах базовой длины относительно этой линии равны. Практически обеспечивается минимальное значение среднего квадратического откло­нения профиля от этой линии. Система М — система отсчета координат точек профиля в плоскости сечения относительно средней линии m; выступ профиля – часть профиля в пределах тела, расположенных между соседними точ­ками пересечения профиля со средней линией; впадина продина профиля между соседними точками пересечения профиля средней линией, не принадлежащая телу линии вы­ступов и впадин профиля эквидистантны средней линии и про ходят через экстремальные точки профиля в пределах базовой шаг неровностей по впадинам профиля —длина средней линии, пересекающего профиль в трех сосед­ках, но ограниченная двумя крайними точками. Средний пересечения, профиля по впадинам Sz — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах арифметическое значение шаг неровностей профиля по впадинам Sz,-длина от-

 

7*

 

 

резка средней линии между проекциями на нее двух экстре­мальных точек соседних впадин профиля. Наибольшая высота неровностей профиля — расстояние между линией вы­ступов и линией впадин в пределах базовой длины К_т. Среднее арифметическое из наибольших отдельных расстояний от вер­шины выступа до дна впадины профиля поверхности Rm.. Высота неровностей по десяти точкам профиля в пределах ба­зовой длины Rz - Среднее арифметическое абсолютных отклоне­ний профиля Rа. В качестве критерия нормирования шерохова­тости поверхности древесных материалов по рекомендации ИСОР468 используется одна из четырех характеристик: Rm max; Rz и Ra. Вспомогательным параметром совместно с одним из Rzили Ra. может быть характеристика Sz. Все принятые в ГОСТ 7016—82 параметры характеризуют шероховатость од­ной координатой, хотя в геометрическом и физическом понима­нии шероховатость должна оцениваться в единицах объема, поскольку она имеет характеристики по трем координатам. При­нятые параметры оценки шероховатости правомерны из-за того, что направление шероховатости указывается отдельно, а распределение неровностей на реальной поверхности детали считается таким же, как на анализируемых профилях нормального сечения. Вспомогательный критерий Sz компенсирует эти допу­щения. Использование нескольких критериев в оценке шерохо­ватости расширяет возможность дифференцировать оценку шероховатости материалов, имеющих значительные различия по структуре, назначению и методам обработки.

Требования к шероховатости поверхности устанавливаются наибольшим числовым значением выбранного параметра или его пределами независимо от происхождения неровностей, обусловивших это значение параметра. Исключение составляют анатомические неровности. Поскольку при обработке древесины резанием появление этих неровностей не зависит от способов и режимов резания, в требованиях к шероховатости таких по­верхностей анатомические неровности не учитываются.

Не включаются в числовую характеристику шероховатости ворсистость и мшистость поверхности, поскольку нет методов и средств количественной оценки этих неровностей, и в технических требованиях к шероховатости оговаривается только допустимость или недопустимость этих неровностей на деталях дан­ного назначения.

Рассмотрим физическое содержание и области применения параметров оценки шероховатости поверхности древесины и древесных материалов. Уже отмечалось, что параметры Rm max, Rm,Rz и Ra, равноправны и ГОСТ 7016—82 допускает пользо­ваться не только любым из них, но и их сочетанием, а также дополнительным параметром Sz. Параметр Rm max представляет собой среднее арифметическое из наибольших по высоте неров-

 

 

 

 

Ностей Нmax, найденных выброчно на всей контролируемой поверхности и замеренных каждая в направлении, которое дает наибольшее значение Н:

R_{m max} = ∑ H_max i/n (59)

 

Глубина (высота) максимальных неровностей К_т имеет зна­чение для многих процессов обработки древесины. С глубиной неровностей связана прочность склеивания, величина втягива­ния облицовочных материалов. Численное значение

Rm=Yp max+Yύ max (60)

прямо указывает на толщину слоя, который должен быть снят с заготовки для устранения на ней неровностей. Величину Rmможно рассматривать как одну из слагаемых общей величины операционного припуска на обработку по толщине и ширине за­готовок из пиломатериалов. Параметром Rmax могут быть заданы требования к шероховатости поверхности после различ­ной обработки, однако контроль с помощью этого параметра удобен только в случаях, если неровности поверхности сущест­венно отличаются друг от друга по величине; крупные неров­ности R_{m max} могут быть легко обнаружены и выделены на поверхности визуально, например на поверхности пиломатериа­лов. Параметр Rm mах особенно удобен для нормирования шеро­ховатости и контроля поверхностей, на которых господствую­щими являются неровности разрушения (доски рамного рас­пила, лущеный и строганый шпон и др.).

Для получения параметра R _ттах на грубых поверхностях можно пользоваться индикаторным глубиномером, на менее грубых поверхностях —оптическими приборами типа ТСП или двойным микроскопом. Для получения этого параметра профи-лографы и профилометры не подходят. Следует иметь в виду следующую особенность параметра R _ттах. Распределение H_max на поверхности не подчиняется закону нормального распределе­ния. Поскольку для определения R_{m max} на поверхности отыски­ваются наибольшие неровности H_max, то по мере увеличения количества замеров в них включаются все меньшие по значе­нию Rm_ах и среднее арифметическое значение К_ттах становится меньше. Определение R_{m max} требует строгой регламентации числа замеров п. Параметр Rm max мало пригоден для норми­рования и контроля поверхностей с малой шероховатостью, не­ровности которых трудноразличимы невооруженным глазом, а также поверхностей с неровностями мало отличающимися друг от друга по размеру. Для таких поверхностей предпочти­тельнее параметры Rzили R _а. Оба параметра являются усред­ненными высотными характеристиками профиля некоторого участка рассматриваемой поверхности.

 

 

 

 

Параметр Rz представляют собой среднее арифметическое значение высоты неровностей профиля n

Rz = l/n∑ H_i

i

и может быть найден из профилограммы, снятой с контроли­руемой поверхности с помощью профилографа.

По ГОСТ 7016—82 К₂ определяют как среднее из пяти наи­больших неровностей, расположенных в пределах базовой длины профиля поверхности. Под базовой длиной понимают длину участка на контролируемой поверхности, профиль кото­рого используется для определения значения выбранного пара­метра, в данном случае параметра К_г- Ограничение этого участка необходимо для исключения влияния на результаты опре­деления параметра шероховатости макронеровностей поверх­ности. Чем грубее шероховатость и больше шаг неровностей, тем больше должна быть и базовая длина. ГОСТ 7016—82 устанавливает четыре значения базовой длины, которыми сле­дует пользоваться: 0,8; 2,5; 8 и 25 мм. К_г находят по формул

Rz = 1 (∑ h _{max l} - ∑ h_mini) (62)

5 I I

где йтахг — расстояние от пяти наивысших точек профиля; ^т!п г — расстояние от пяти наинизших точек профиля до базо­вой линии 0 — 0, проведенной параллельно средней линии и не пересекающей профиль (см. рис. 49).

Характеристика шероховатости поверхности параметров может дополняться параметром 5_г. Параметр 5_г представляет собой среднее арифметическое значение шага неровностей в пре­делах базовой длины, определенного по впадинам профиля:

 

n

Sz = ∑Szi/n (63)

I

Дополняя параметр R₂ и R _а, средний шаг неровностей ха­рактеризует не только шаг, но и отношение высоты неровностей к их шагу. Известно, что величина втягивания облицовочного материала в углубления подложки зависит от высоты и отно­шения высоты к шагу неровностей подложки. Используя пара­метры R _г и Sz, можно задавать требования к шероховатости поверхности подложки для обеспечения необходимого качества облицованной поверхности, например, древесностружечной плиты после ламинирования или оклеивания плейками. По­скольку характер и величина неровностей поверхности могут быть различны в зависимости от направления волокон древе­сины, направления резания и других факторов, при использова­нии параметра Rz необходимо оговаривать направление про-

 

филя поверхности. Если оно не оговорено, должно выбираться направление, которое дает наибольшие значения неровностей. Применять параметр К._г желательно для поверхностей древе­сины и древесных материалов, предназначенных к отделке лакокрасочными материалами при облицовывании пленками. Недостатком параметра К_г является большая трудоемкость его определения, связанная с необходимостью записи профиля по­верхности на бумагу, измерения на профилограмме значений йтах* ^и Лпищ- и вычисления по формуле (62). Поэтому там, где это возможно, необходимо вместо параметра К₂ пользоваться параметром К_а. Параметром К_а называют среднее арифметиче­ское значение абсолютных отклонений профиля от его средней линии т в пределах базовой длины (см. рис. 49). В общем виде

 

Ra = Ι/ l ∫ | у (x)| dx. (64)

 

 

Получить значение R _а из профиля, записанного на буг путем решения уравнения (64), в большинстве случаев не можно, так как неизвестно уравнение кривой профиля. Мо найти значение R _а путем планиметрирования площадей, заключенных между профилем и его средней линией (в пределах зовой длины), по формуле

n

Ra = Ι/ l F, при F = ∑ |fi|, (65)

l

где п — число участков, образованных средней линией и ли профиля с площадью или простым измерением ряда орд (/г и определением их среднего арифметического значения учета алгебраического знака) по формуле где п — число измеренных ординат.

n

Ra = l/n ∑ |у|, (65а)

l

где n - число измеренных ординат

Оба способа отличаются большой трудоемкостью, не меньшей, чем трудоемкость определения К_г, и поэтому редко применяются на практике. Достоинство параметра Ка в том что приведенное выше интегральное уравнение (64) автоматаматически решается в современных приборах — профилометрах. При движении ощупывающей иглы и контролируемой поверхнос ее вертикальные перемещения вызывают электрические сигналы которые после соответствующего усилия и преобразования фиксируются стрелкой на шкале показывающего прибора как функция среднего отклонения иглы от средней линии профиля. Параметр Rа также может применяться для поверхностей с относительно равномерной шероховатостью, например дресноволокнистых плит, многослойных древесностружечных

 

Кттах, как правило, всегда больше Кг, а значение К_г больше значения Ка, однако постоянной корреляционной зависимости между значениями этих параметров не наблюдается. Это объ­ясняется разным физическим содержанием рассмотренных па­раметров. Так, в назначении параметра Rz, отражается только высота наиболее крупных неровностей в пределах базовой длины, на значение параметра К_а влияет не только высота, ной форма неровностей профиля, наличие в пределах базовой длины сглаженных участков и др. На рис. 49, б приведено не­сколько характерных моделей профилей, построенных из про­стых геометрических фигур для простоты определения Rz. Значение R _г всех профилей одинаково. В правой части рисунка показаны значения R _а вычисленные в долях Кг- Таким обра­зом, числовое значение любого параметра не может быть пере­ведено в значения другого с помощью известных соотношений, поскольку эти соотношения могут меняться в зависимости не только от размеров, но и формы неровностей. Поэтому поверх­ность, шероховатость которой задана определенным парамет­ром, должна контролироваться этим же параметром. Шерохо­ватость поверхности может быть задана любым значением вы­бранного параметра или его двумя предельными значениями. Рекомендуется для нормирования шероховатости пользоваться рядами предпочтительных чисел, построенных по ряду R₁₀ с показателем прогрессии φ=1,25. Предпочтительные границы значений R _тmax, Rz, R_т равны: 1600; 800; 400; 200; 100; 50; 25; 12,5; 6,3; 3,2 мкм. Для значения R_а соответственно 100; 50; 25; 12,5; 6,3; 3,2; 1,6; 0,8 мкм. Этими пределами обычно определяют шероховатость поверхностей при проектировании изделий из древесины, указывая обычно на чертежах только верхний пре­дел. Не исключается ограничения шероховатости в более узких пределах.

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: