Молниезащита
Измерительная техника
Статьи / Измерительная техника / Волнистость и шероховатость. Измерение и контроль волнистости и шероховатости
  10.01.17  |  

Волнистость и шероховатость. Измерение и контроль волнистости и шероховатости

Измерения и контроль параметров волнистости и шероховатости поверхностей относятся к линейно-угловым измерениям, однако измеряемые величины здесь очень малы. На производстве измерению подлежат высоты неровностей от 0,025 мкм и шагов начиная с 2 мкм. В последнее время в некоторых отраслях промышленности достигнуто определение сублимированностей с высотой 0,05 А (1 ангстрем = 10-10 м) и с шагом 2 А. Точность измерения, естественно, должна быть в несколько раз выше требуемой точности выполнения геометрических параметров деталей.


Большое значение шероховатости и волнистости поверхности деталей для эксплуатации узлов и механизмов обусловило возникновение большого разнообразия методов и средств оценки параметров микронеровностей. На рис. 2.60 представлена классификация современных приборов для измерения этих параметров.


Классификация методов и средств измерений, приборов для определения параметров шероховатости


Рис. 2.60. Классификация методов и средств измерений, приборов для определения параметров шероховатости



Метод сравнения с образцами


Рис. 2.61. Метод сравнения с образцами


Наиболее простым методом контроля шероховатости поверхностей деталей в цеховых условиях является метод сравнения с образцами визуально или на ощупь (рис. 2.61). Образцы в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 9378 — 93 (ИСО 2623-1—85, ИСО 2632-2 — 85) изготавливаются из тех же материалов, что и контролируемые детали, и обрабатываются теми же методами. Кроме того, форма образцов и основное направление неровностей поверхности должны соответствовать определенным указаниям. Так, для некоторых способов обработки эти указания представлены в табл. 2.15


Таблица 2.15. Способы обработки, воспроизводимые образцами, форма образца и основное направление неровностей поверхности образца

Таблица 2.15. Способы обработки, воспроизводимые образцами, форма образца и основное направление неровностей поверхности образца

Способ обработки

Форма образца

Расположение неровностей

Описание

Условное изображение

Вид поверхности и условное изображение на чертеже

Точение

Цилиндрическая выпуклая

Прямолинейное

Расточка

Цилиндрическая вогнутая

Фрезерование цилиндрическое

Плоская

Строгание

Плоская

Шлифование периферией круга

Плоская, цилиндрическая выпуклая, цилиндрическая вогнутая

Точение торцовое

Плоская

Дугообразное

Фрезерование торцовое

Плоская

Фрезерование торцовое

Плоская

Перекрещиваю­щееся дугообразное

Шлифование торцовое

Плоская

Шлифование чашеобразным кругом

Плоская

Электроэрозионная обработка

Плоская

Не имеющее определенного направления штриха

Дробеструйная, пескоструйная обработка

Плоская

Полирование

Плоская, цилиндрическая выпуклая

Путанный штрих

 


 


В стандарте установлены ряды номинальных значений параметров шероховатости Ra поверхности образца в зависимости от воспроизводимого способа обработки и базовой длины для их оценки. Так, для шлифования значения Ra варьируются от 0,050 до 3,2 мкм при базовой длине от 0,25 до 2,5 мм, а для точения и расточки — соответственно от 0,4 до 12,5 мкм при базовой длине 0,8...2,5 мм, для полирования — 0,006...0,2 мкм и 0,08...0,8 мм. Ширина образцов сравнения составляет не менее 20 мм, а длина 20...50 мм. Образцами могут быть и готовые детали.


Однако глазомерная оценка и оценка на ощупь субъективны и могут вызвать недоразумения. Особенно эти виды оценок затруднительны для точно обработаных деталей.


Для количественного определения параметров неровностей применимы бесконтактные и контактные методы измерений.


Наибольшее распространение из бесконтактных методов получили методы светового сечения, теневой проекции, метод с применением растров, микроинтерференционные, рефлектометрические методы (см. подразд. 2.2.4), методы электронной микроскопии, сканирующей туннельной микроскопии и др.


Рассмотрим один из них — метод светового сечения, реализуемый, например, двойным микроскопом МИС-11, ПСС-2, прибором теневого сечения ПК-1 и др.


Принципиальная схема этого метода приведена на рис. 2.62.



Метод светового сечения


Рис. 2.62. Метод светового сечения:


а — принципиальная схема; б — увеличенное изображение щели


Освещенная узкая щель проецируется микроскопом на ступенчатую поверхность Р,Р2. При падении света в направлении, указанном стрелками, изображение светящейся щели на ступенчатой поверхности займет положение S2 на нижней части поверхности Р2 и положение S1 на нижней части поверхности P1. В поле зрения микроскопа наблюдения, расположенного под углом 90° к оси проецирующего микроскопа, изображение щели будет иметь вид, показанный на рис. 2.62, б, т. е. в данном случае видна не высота ступени Н, измеряемая по нормали к поверхностям Р, и Р2, а ее проекция h, которая и определяется с помощью винтового окулярного микрометра.


Оптическая схема двойного микроскопа МИС-11 представлена на рис. 2.63.



Оптическая схема микроскопа МИС-11


Рис. 2.63. Оптическая схема микроскопа МИС-11:


1 — окулярный микрометр; 3 — объектив; 3 — исследуемая поверхность; 4 и 5 — система линз; 6 — диафрагма; 7 — конденсор; 8 — осветительное устройство


Пучок света от осветительного устройства 8 через конденсор 7 и узкую щель диафрагмы 6 проходит в систему линз 5 и 4, проецирующую изображение щели на исследуемую поверхность 3. Полученное отраженное от этой поверхности изображение проецируется объективом 2 микроскопа наблюдения (визуального) на сетку окулярного микрометра 1, которым и выполняется измерение высоты неровностей.


Считается, что средства измерений, реализующие метод светового сечения, позволяют измерять неровности поверхности высотой от 0,5 до 40 мкм с допустимыми погрешностями показаний по норме порядка 24 и 7,5 % соответственно.


Основным вариантом профильного метода измерения параметров микронеровностей поверхности является контактный (щуповой) метод. Сущность этого метода заключается в том, что остро заточенная игла, имеющая контакт с исследуемой поверхностью, приводится в поступательное перемещение по определенной трассе относительно поверхности (рис. 2.64, а). Ось иглы 2 располагают по нормали к измеряемой поверхности 3. Опускаясь во впадины, поднимаясь на ее выступы во время движения ощупывающей головки 1, игла начинает колебаться относительно головки, повторяя по величине и форме огибаемый профиль поверхности.



Контактный (щуповый) метод измерения шероховатости поверхности


Рис. 2.64. Контактный (щуповый) метод измерения шероховатости поверхности:


а — принципиальная схема; б — схема профилометра; 1 — ощупывающая головка; 2 — игла; 3 — измеряемая поверхность; 4 — катушки; 5 — генератор звуковой частоты; 6 — якорь


Механические колебания иглы преобразуются, как правило, в подобные им электрические колебания при помощи электромеханического преобразователя того или иного типа. Снятый с преобразователя сигнал после преобразования поступает либо на шкалу прибора (при профилометрировании), либо на записывающий прибор с соответствующим горизонтальным и вертикальным масштабами (при профилографировании). Соответственно щуповые электромеханические приборы, предназначенные для измерения параметров шероховатости поверхности, называются профилометрами, а такие же приборы для записи микронеровностей — профилографами. Комбинированные приборы, которые позволяют количественно определять и графически изображать микронеровности, называются профилометрами- профилографами.


В зависимости от назначения установлены следующие типы профилометров-профилографов: I — для лабораторных работ (стационарные) , II — цеховые (стационарно-переносные для контроля окончательно обработанных поверхностей), III — цеховые (портативные, предназначенные для межоперационного контроля).


Преимущественное распространение получили профилометры и профилографы, у которых в качестве преобразователя установлен индуктивный преобразователь. Это приборы моделей 201, 202, 240, 252 заводов «Калибр», «Телисарф-4» (Великобритания), «Профикордер» (США) и др.


В соответствии с этой схемой (рис. 2.64, б) движение алмазной иглы 2 по микронеровностям в вертикальной плоскости вызывает соответствующее перемещение якоря 6 в индуктивной ощупывающей головке 1, а вместе с тем изменение воздушных зазоров между якорем 6 и двумя расположенными по обеим сторонам оси его качения катушками 4. К одной из катушек якорь 6 приближается, что увеличивает ее индуктивность, а от другой он в то же время удаляется, что уменьшает ее индуктивность. Катушки и две половины первичной обмотки дифференциального входного трансформатора образуют мост, питание которого осуществляется от генератора звуковой частоты 5 (-5 кГц). Одновременное, но противоположное изменение индуктивности катушек соответственно изменяет напряжение в измерительной диагонали моста, которое связано с величиной перемещения Л ощупывающей иглы при ее механических колебаниях.


Профилометр-профилограф мод. 170311 завода «Калибр»


Рис. 2.65. Профилометр-профилограф мод. 170311 завода «Калибр»:


1 — записывающий прибор; 2 — предметный столик; 3 — датчик; 4 — мотопривод; 5 — стойка; 6 — электронный блок; 7 — блок-приставка


 


На рис. 2.65 изображен профилометр-профилограф модели 170311 завода «Калибр» блочной конструкции лабораторного типа. Он предназначен для измерения параметров шероховатости и волнистости плоских и цилиндрических поверхностей изделий, поверхностей шариков и роликов диаметром 1...25 мм, поверхностей отверстий малых диаметров (до 3 мм). Прибор имеет аналоговый выход на ЭВМ. Измерение шероховатости производится путем ощупывания поверхности алмазной иглой с радиусом при вершине 10 мкм и фиксацией цифровых показаний на табло по параметрам Ra, Rz, Rmax, Rp, Sm, tp или воспроизведения профиля на электротермической бумаге в прямоугольных координатах. Вертикальное увеличение микропрофиля варьируется по 11 ступеням от 100 до 200 000 крат, а горизонтальное — от 0,5 до 2 000 крат. Скорость трассирования датчика выбирается в зависимости от величины шероховатости в пределах 0,6...60 мм/мин. Статическое измерительное усилие алмазной иглы на измеряемую поверхность не превышает 0,003 Н. Погрешность показаний прибора по записывающему блоку составляет ±4,5 %, а по показывающему блоку составляет ±10%.


Профилометр-профилограф состоит из следующих основных блоков: датчик 3, мотопривод 4, электронный блок 6, записывающий прибор 1, стойка 5, предметный столик 2, блок-приставка 7.


Волнистость поверхности с шагами, большими 2,5 мм, а также неровности поверхности в отверстиях диаметром от 4 мм при глубине до 10 мм записывают и измеряют с помощью приспособления для проверки волнистости (рис. 2.66). Оно применяется в комплекте с обычным датчиком.



Приспособление для проверки волнистости


Рис. 2.66. Приспособление для проверки волнистости:


1 — коромысло; 2 — пятка; 3 — микровинт; 4 — корпус; 5 — плоская пружина; 6 — хомут; 7 — подвес; 8 — щуп; 9 — переходник; 10 и 12 — винты; 11— опора


 


Корпус 4 приспособления устанавливается на направляющую мотопривода.


К подвесу 7 на плоской пружине 5 крепится коромысло 1, имеющее доведенную опорную плоскость, на которой перемещается сферический винт 12 опоры 11. Пятка 2 коромысла 1 опирается на микровинт 3, предназначенный для регулировки положения опорной плоскости, выставляемой параллельно исследуемой поверхности.


Подвес 7 с помощью хомута 6 устанавливается на корпусе датчика. На переднем конце подвеса закреплен переходник 9 с доведенной верхней плоскостью, размещаемой непосредственно под иглой датчика. В отверстие переходника вставляется щуп 8 с закрепленным концом, который фиксируется в наконечнике винтом 10.


Контакт сферической поверхности винта 12 с опорной плоскостью опоры 11 обеспечивается двумя спиральными пружинами, надеваемыми на штифты подвеса и корпуса.


С помощью такого устройства определяют параметры волнистости — высоту волнистости Wz, наибольшую высоту волнистости Wmax и средний шаг волнистости.




Другие статьи:

Поверочные линейки и плиты
Углы и конусы. Методы и средства измерений и контроля углов и конусов.
Калибры. Контроль калибрами. Виды, устройство, обозначение калибров.