Шероховатость поверхности: всё, что нужно знать

При изготовлении деталей важны не только размеры и допуски, но и качество поверхности. Требуемая шероховатость поверхности обеспечивает долговечность, работоспособность и качество детали.

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

Что такое шероховатость поверхности в механообработке и производстве?

Состояние поверхности описывают её чистотой, или шероховатостью. Это отклонения поверхности от идеально ровной плоскости. Термин «чистота поверхности» (англ. surface finish) обозначает уровень отделки и полировки детали. От шероховатости поверхности зависит, где и как деталь можно применять.

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 параметра Ra

Значение шероховатости поверхности отражает среднее отклонение поверхности от средней линии на заданной длине отсечки.

Параметры шероховатости поверхности

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

Ra

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

Rz

Rz — мера максимальной средней высоты поверхности детали. Она представляет собой среднее пяти отклонений между наинизшими и наивысшими 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 отсечки 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 вес экстремальным значениям и даёт подробное представление о текстуре поверхности.

Стандартная шероховатость после механической обработки

Ra 3,2 мкм — стандартная финишная обработка поверхности, выбираемая 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 видны некоторые следы инструмента, но нет значительных неровностей.

Виды отделки поверхности при механообработке

Различные типы финишной обработки при механообработке приведены ниже:

Поверхность после механообработки

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 при механообработке 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 таких процессов и инструментов, 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 чего образуется анодированный слой, который улучшает как внешний вид, так и коррозионную стойкость. Значение Ra анодированной отделки обычно начинается от 3,2 µm и используется 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 такой отделки 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:

Ra 3,2 мкм

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

Ra 1,6 мкм

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

Ra 0,8 мкм

0,8 μm Ra — это финишная обработка поверхности, которая обеспечивает поверхности высокого класса и при этом дорогостояща. Однако она важна для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам.

Ra 0,4 мкм

0,4 μm Ra — это шероховатость поверхности, которая выбирается для компонентов, где бесшовная отделка является главным приоритетом. Она подходит для компонентов, которые подвергаются чрезмерному натяжению и нагрузкам.

Как шероховатость поверхности влияет на детали

Влияние шероховатости поверхности на компоненты следующее:

Износостойкость

Когда поверхность шероховатая, соединение 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.

Предел выносливости

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, что 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 пересчёта шероховатости поверхности приведена ниже.

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:

Профильный 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 своих индивидуальных задач, мы в DEK можем вам помочь. У нас работают опытные инженеры, которые тщательно учитывают значение шероховатости поверхности деталей, обеспечивая исключительную точность.

Часто задаваемые вопросы

Как образуется шероховатость поверхности?

Шероховатость поверхности образуется в процессе производства или методами финишной обработки поверхности.

Что учитывать при обозначении шероховатости на чертеже?

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

Как выглядит поверхность с шероховатостью Ra 3,2 мкм?

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