Шероховатость поверхности: всё, что нужно знать

При изготовлении деталей наряду с размерами и допусками важнейшим аспектом является и качество поверхности. Правильная шероховатость поверхности обеспечивает долговечность, эксплуатационные характеристики и качество.

Если вы пока не знакомы с шероховатостью поверхности и хотите узнать, что это такое и в каких единицах измеряется, прочитайте руководство ниже.

Что такое шероховатость поверхности в механообработке и производстве?

Характер поверхности называют финишной обработкой поверхности или шероховатостью поверхности. Это отклонение, которое поверхность может иметь по сравнению с идеально плоской плоскостью. Термин «финишная обработка поверхности» обозначает уровень отделки и полировки, применяемый к детали. Возможность применения деталей зависит от их шероховатости поверхности.

Единицы измерения шероховатости поверхности (Ra)

Что такое единицы Ra?

Ra означает среднее арифметическое отклонение профиля — единицу, которой измеряют шероховатость поверхности в производстве. Она позволяет количественно оценить гладкость и текстуру поверхности и даёт представление о её внешнем виде и функциональности. Измеряется в микронах или микродюймах.

Значение Ra в шероховатости поверхности

Значение шероховатости поверхности представляет собой среднее отклонение поверхности от средней линии на заданной длине отсечения.

Термины шероховатости поверхности

Различные термины, используемые при определении шероховатости поверхности, приведены ниже.

Ra

Ra — наиболее распространённая единица измерения для оценки качества поверхности. Она представляет среднее арифметическое отклонение, которое учитывает шероховатость поверхности. Она количественно выражает отклонение шероховатости от средней линии.

Rz

Rz — это мера максимальной средней высоты поверхности детали. Она представляет среднее значение пяти отклонений между наименьшими и наибольшими пиками. Иногда, когда Ra недостаточно информативен из-за неточных измерений, единица Rz помогает избежать ошибок.

Rp

Rp представляет максимальную высоту пика от средней линии. Это высота самого высокого пика, и это очень важный параметр, поскольку он определяет максимальную неровность поверхности. Измеряется в микронах или микродюймах.

Rv

Rv — максимальная глубина впадины; она измеряет наиболее глубокое значение на длине отсечения от средней линии. Она указывает глубину углубления на данной поверхности, и на неё могут влиять такие факторы, как концентрация напряжений.

Rmax

При оценке шероховатости поверхности царапины и заусенцы имеют большое значение, и Rmax помогает выявить эти неровности.

RMS

RMS означает среднеквадратичную шероховатость поверхности; она измеряет шероховатость поверхности путём возведения значений высоты в квадрат. Она придаёт больший вес экстремальным значениям и даёт подробное представление о текстуре поверхности.

Какова стандартная финишная обработка поверхности при механообработке?

Ra 3,2 мкм — это стандартная финишная обработка поверхности, которую выбирают для общих применений. Она обеспечивает баланс между технологичностью и функциональностью и не требует обширной постобработки. Этот диапазон значений Ra соответствует умеренно гладкой поверхности, на которой есть заметные следы инструмента, но нет существенных неровностей.

Виды финишной обработки при механообработке

Различные виды финишной обработки при механообработке приведены ниже:

Обработка без дополнительной отделки

Это поверхность, которая получается сразу после механообработки и имеет следы инструмента. Значение Ra такой поверхности составляет от 3,2 до 6,3 мкм. Её выбирают для деталей, где внешний вид не важен, например для функциональных прототипов.

Гладкая отделка

Гладкая отделка — это тонкая отделка, достигаемая с помощью фасонного инструмента и механообработки на низкой скорости. Значение Ra составляет от 0,8 до 1,6 мкм. Она применяется в таких областях, как медицина, аэрокосмическая отрасль и автомобилестроение, где гладкие поверхности помогают снизить трение.

Текстурированная отделка

Текстурированная отделка — это поверхность, намеренно сделанная шероховатой с помощью процессов и инструментов, таких как дробеструйная обработка и накатка. Значение Ra превышает 6,3 мкм. Она применяется для улучшения сцепления, снижения бликов и в декоративных целях.

Зеркальная отделка

Зеркальная отделка — это полированная поверхность с бесшовной гладкостью. Значение Ra для такой отделки составляет 0,2 µm. Такая отделка требуется в оптических изделиях.

Анодированная отделка

Анодированная отделка достигается путём химической обработки поверхности, в результате которой образуется анодированный слой, улучшающий как внешний вид, так и коррозионную стойкость. Значение Ra анодированной отделки обычно начинается от 3,2 µm и применяется для аэрокосмических и электронных компонентов.

Как достигаются различные уровни шероховатости поверхности?

Существуют различные уровни шероховатости поверхности, и они достигаются разными методами, как описано ниже.

После механообработки

Поверхности после механообработки получаются непосредственно после обработки и имеют некоторые следы инструмента. Шероховатость таких поверхностей составляет около 3,2–6,3 µm Ra. Это экономичный метод, подходящий для применений, где не требуется эстетичная внешность деталей.

Дробеструйная обработка

Дробеструйная обработка — это процесс финишной обработки поверхности, при котором шарики, например мелкие стеклянные, подаются на поверхность под высоким давлением. Она создаёт однородную матовую отделку, а диапазон Ra при такой отделке составляет от 1,6 до 6,3 µm Ra. Она помогает сгладить острые кромки и улучшает внешний вид компонентов.

Анодирование

Анодирование — это процесс химической обработки поверхности, при котором на поверхности компонентов создаётся анодированный слой. Существуют два различных типа процесса анодирования:

Анодирование типа II создаёт на поверхности тонкий слой оксида с шероховатостью поверхности 5–25 µm. Оно обеспечивает стойкость к коррозии и помогает получить различные цвета. Оно лёгкое, поэтому чаще всего выбирается для электронных корпусов.

Анодирование типа III — это твёрдый слой оксида с шероховатостью поверхности от 25 до 100 µm. Этот тип анодирования придаёт поверхности высокую стойкость к коррозии и износу. Он чаще всего выбирается для военных применений.

Варианты шероховатости поверхности, достигаемые при обработке на станках с ЧПУ

Различные варианты шероховатости поверхности, достигаемые при обработке на станках с ЧПУ, следующие:

3,2 μm Ra

3,2 μm Ra — это отделка для химических станков; она в основном приемлема для потребительских компонентов и имеет гладкие поверхности. Однако на таких компонентах можно увидеть некоторые видимые следы инструмента.

1,6 μm Ra

1,6 μm Ra имеет следы резания и чаще всего выбирается для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам или требующих плотной посадки.

0,8 μm Ra

0,8 μm Ra — это финишная обработка поверхности, обеспечивающая поверхности высокого класса, и она также дорогостоящая. Однако она важна для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам.

0,4 μm Ra

0,4 μm Ra — шероховатость поверхности, выбираемая для компонентов, где бесшовная отделка является главным приоритетом. Она подходит для компонентов, подвергающихся чрезмерному натяжению и нагрузкам.

Основные эффекты шероховатости поверхности на детали

Влияние шероховатости поверхности на компоненты следующее:

Износостойкость

Когда поверхность шероховатая, контакт между сопрягаемыми компонентами создаёт повышенное трение. Это приводит к быстрому износу.

Стабильность посадки

Шероховатые поверхности менее износостойки, поэтому в процессе эксплуатации зазор увеличивается. Микронеровности сглаживаются в процессе сборки при посадках с натягом, что снижает эффективный натяг и ослабляет прочность соединения.

Усталостная прочность

Шероховатые детали имеют более крупные впадины, которые действуют как концентраторы напряжений. Они влияют на усталостную прочность компонентов.

Коррозионная стойкость

Из-за шероховатости поверхности могут пропускать воздух и влагу к металлическим компонентам, что снижает стойкость деталей к коррозии.

Герметичность

Шероховатые поверхности не могут обеспечить достаточную герметичность, и это может привести к утечкам между собранными компонентами.

Контактная жёсткость

Контактная жёсткость — это способность сопрягаемых компонентов сопротивляться деформации при воздействии внешних сил. Жёсткость станка зависит от контактной жёсткости между деталями.

Точность измерений

Шероховатость поверхности при измерении компонента измерительным инструментом влияет на точность измерения.

Таблица перевода шероховатости поверхности

Таблица перевода шероховатости поверхности выглядит следующим образом.

Номера классов шероховатости	Американская система	Метрическая система
Ra (мкдюйм)	Ra (мкм)
N12	2000	50
N11	1000	25
N10	500	12.5
N9	250	8.3
N8	125	3.2
N7	63	1.6
N6	32	0.8
N5	16	0.4
N4	8	0.2
N3	4	0.1
N2	2	0.05
N1	1	0.025

Как измерить шероховатость поверхности?

Существуют различные методы измерения шероховатости поверхности, которые рассмотрены ниже:

Профилометрический метод: Этот метод предполагает измерение поверхностей с помощью зонда с высоким разрешением.

Площадная методика: Этот метод предполагает измерение конечной площади заданной поверхности. Измерения дают статистическое усреднение впадин и выступов. В этой методике используются ёмкостные зонды, ультразвуковое рассеяние или оптическое рассеяние.

Микроскопический метод: Это качественный метод, который измеряет контакты. Он даёт информацию о впадинах и выступах поверхностей.

Заключение

Шероховатость поверхности является важнейшим аспектом производства деталей, поскольку от неё зависят их эксплуатационные характеристики и долговечность. Если вы хотите изготовить детали с наилучшей финишной обработкой поверхности для ваших индивидуальных задач, мы в DEK можем вам помочь. У нас работают опытные инженеры, которые тщательно учитывают значимость шероховатости поверхности деталей, обеспечивая исключительное совершенство.

Часто задаваемые вопросы

Как образуется шероховатость поверхности?

Шероховатость поверхности образуется в процессе производства или с помощью методов финишной обработки поверхности.

На что обращать внимание при обозначении шероховатости поверхности?

Ra — это параметр, используемый для описания шероховатости поверхности, и при его обозначении измеряется отклонение средней высоты профиля от средней линии.

Каковы характеристики формы поверхности при шероховатости Ra 3,2 мкм?

Ra 3,2 мкм показывает видимые следы обработки инструментом и имеет умеренно шероховатую поверхность.