Kryteria oceny gładkości powierzchni
Podstawą oceny gładkości jest zawsze profil powierzchni, czyli zarys odwzorowany w płaszczyźnie pomiarowej, prostopadłej do badanej powierzchni. Profil powierzchni przyjęto charakteryzować za pomocą jednego z niżej podanych kryteriów. Zaznaczyć należy, że różni badacze za-
proponowali około 20 różnych kryteriów oceny gładkości powierzchni, z których rozpatrzymy jedynie te kryteria, które znalazły zastosowanie w praktyce.
1. Wysokość chropowatości H (rys. 15). Po wyznaczeniu odcinka pomiarowego L, który musi zawsze obejmować co najmniej 5 powtarzających się elementów profilu (wartość L określa omówiona dalej norma dotycząca gładkości), ustala się położenie prostej wierzchołkowej jako linii interpolowanej między wierzchołkami nierówności. Odległość tej linii od równoległej do niej prostej przeprowadzonej w analogiczny sposób między najniżej położonymi punktami profilu nazywana jest wysokością chropowatości H. Sposób ten obecnie został już zarzucony ze względu na znaczną subiektywność oceny położenia prostej wierzchołkowej i prostej podstawowej.
2. Średnia wysokość chropowatości H«> (rys. 15), która posiada wartość równą lub zbliżoną do wartości wysokości chropowatości H, a różni się jedynie sposobem wyznaczania. Hs> otrzymuje się jako średnią arytmetyczną H±, H2 .. . Hn wysokości mierzonych od wierzchołka nierówności do sąsiadujących z nimi wgłębień
Hśr = — (Hi + Ha + ... + Hn)
przy czym wysokości wyraźnie odbiegające od szeregu pozostałych nie powinny być uwzględniane.
3. Średnia kwadratowa wysokość chropowatości Hsk (rys. 16) jest to pierwiastek kwadratowy ze średniej wartości sumy kwadratów odległości punktów profilu od jego linii środkowej:
H«» = 1/ H' + H' + - + H"
Linia środkowa dzieli profil po- wysokości chropowatości Hsk
wierzchni w ten sposób, że sumy pól leżących po obu stronach tej linii, a zawartych między zarysem profilu i linią środkową, są sobie równe, co możemy wyrazić równaniem
Fi + F2 + ... + F„ = a>1 + #2 +-...+.*.
Ocena gładkości powierzchni za pomocą średniej kwadratowej wysokości chropowatości Hs* ma w stosunku do innych kryteriów szereg zalet:
— umożliwia obiektywną ocenę,
— umożliwia szybkie i wygodne określenie wartości Hsk, bezpośrednio na podziałce odpowiedniego przyrządu — profilometru,
— odznacza się małym rozrzutem wyników pomiarów Hsk różnych profilów tej samej powierzchni, d. Normalizacja gładkości powierzchni
Prawie równocześnie z wprowadzeniem układu pasowań zaczęto stosować na rysunkach znaki określające rodzaj obróbki (tzw. znaki obróbki), a przez to, pośrednio, gładkość powierzchni.
Wprowadzenie norm klasyfikacji gładkości na podstawie kryteriów wymiarowych ułatwia konstruktorowi precyzowanie wymagań, a technologowi — odpowiedni dla spełnienia tych wymagań dobór warunków obróbki. Stwarza to również podstawy właściwej kontroli wykonania poszczególnych elementów, umożliwiając ponadto uzyskanie istotnych danych liczbowych o wpływie gładkości powierzchni na własności użytkowe części silników i innych maszyn.
W roku 1954 zostały przyjęte w Polsce jako zalecane: norma PKN/M-04251 dotycząca klasyfikacji gładkości i kierunkowości strukturygeometrycznej powierzchni, norma PKN/M-04252 na oznaczenia klas gładkości i norma PKN-53/M-04253 zawierająca określenia dotyczące struktury geometrycznej powierzchni. Obie pierwsze normy są w zasadzie zgodne z normą radziecką GOST-2789-51; przy oznaczaniu klas gładkości stosuje się zawsze jeden trójkąt z kolejnym numerem klasy zamiast różnej liczby
— jedynych ustalających wartości Hsk
praktycznie do klas od 5 12.
Norma PKN/M-04251 ustala również klasyfikację kierunkowości struktury, która wraz ze znakowaniem (określonym normą PKN/M-04252) podana została w tabl. 11. Kierunkowość struktury geometrycznej powierzchni należy określać w przypadkach, gdy jest ona istotna dla prawidłowej współpracy powierzchni.
Według normy PKN/M-04252 gładkość powierzchni oznacza się trójkątem równobocznym z numerem klasy lub z numerem klasy i litery stopnia gładkości. Trójkąt (o wielkości co najmniej 2,5 mm) powinien stykać się wierzchołkiem z linią ograniczającą powierzchnię, której gładkość się określa. Na przykład symbol V 5 oznacza powierzchnię o chropowatości nie przekraczającej górnej wartości Hs> i HSk w klasie 5; symbol V 8a oznacza powierzchnię o średniej kwadratowej wysokości chropowatości HSk ^ 0,8 mikrona. Gdy wymagana gładkość ma mieścić się w określonym przedziale, wówczas stosuje się oznaczenie dwugraniczne: po prawej stronie trójkąta umieszcza się dwie liczby klas lub dwie liczby klas i litery stopni. W granicach tych klas powinna się mieścić gładkość powierzchni; np. symbol V 5—5 oznacza powierzchnię, dla której średnia wysokość chropowatości H^r może być większa od 10 mikronów, lecz nie większa od 20 mikronów.
Znak kierunkowości umieszcza się po lewej stronie znaku gładkości, na zarysie tej powierzchni, do której się odnosi; np. symbol II V7 oznacza powierzchnie należącą do 7 klasy gładkości i o jednokierunkowej równoległej strukturze.
Jeżeli gładkość ma być wynikiem określonego sposobu obróbki, podaje się go pełną nazwą lub skrótem wg normy rysunku technicznego: np. symbol
oznacza powierzchnię docieraną należącą do 12 klasy gładkości, o strukturze bezkierunkowej, nieuporządkowanej.
Powiązanie klas gładkości z poszczególnymi rodzajami obróbki podano w tabl. 12. Z tablicy tej można określić orientacyjnie, jakie klasy gładkości powierzchni można osiągnąć w praktyce różnymi rodzajami obróbki skrawania. Rzeczywista gładkość otrzymana w wyniku obróbki zależy od wielu czynników i może niekiedy znacznie odbiegać od wartości podanych w tablicy. U dołu tablicy podane są przyrządy, jakich należy używać w poszczególnych przypadkach do określenia odpowiedniego parametru gładkości powierzchni (Hs* lub Hśr).
W tabl. 13 podane zostały przykłady stosowania poszczególnych klas gładkości powierzchni w budowie szybkobieżnych silników spalinowych, e. Wady struktury powierzchni
Jak już wspominaliśmy poprzednio, wady struktury powierzchni są to miejscowe odchylenia od normalnej struktury powierzchni. Do wad struktury zalicza się rysy, pęknięcia, naderwania i skazy.
Rysa jest to wada struktury powierzchni, spowodowana ruchem ostrza wgniecionego w powierzchnię ' materiału. Przekrój poprzeczny rysy (rys. 17a) charakteryzuje się znacznym rozwarciem jej boków. W przypadku materiałów ciągliwych występuje wzniesienie krawędzi ponad poziom sąsiedniej powierzchni.
Pęknięcie jest to wada struktury powierzchni, spowodowana przekroczeniem wytrzymałości materiału na skutek miej-
scowego skupienia naprężeń powierzchniowych. Przekrój poprzeczny pęknięcia (rys. 17b,) charakteryzuje się nieznacznym rozwarciem jego boków. Pęknięcia mogą występować sporadycznie (rys. 18a) lub jako siatka pęknięć (rys. 18b).
Naderwanie jest to wada struktury powierzchni, powstała podczas obróbki i występująca w skupiskach o swoistej strukturze, przy czym związane z nią nierówności powstają najczęściej prostopadle do kierunku obróbki. Naderwania są spowodowane np. zbyt małą szybkością skrawania przy wysokiej ciągliwości materiału, nieodpowiednią strukturą materiału.
nieodpowiednimi warunkami obróbki plastycznej itp. Naderwania powierzchni struganej zęba pokazano na rys. 19.
Skaza jest to wada struktury powierzchni powstała na skutek:
1)wydobycia ukrytych wad na powierzchnię materiału, jak np. pęcherze, jamy, wtrącenia ciał obcych (ziarno piasku lub żużla, rakowatości, tj. ciała obce występujące w postaci rozgałęzionej), fałdy, zawalcowania;
2)działania ośrodka, jak np. plamy i wżery korozyjne;
3)uszkodzenia powierzchni w pracy, jak np. zatarcia, zgnioty, odpryski.
Skazy mają swoistą strukturę, która wyraźnie Rys. 19. Naderwanie po-odróżnia się od dominującej struktury powierzchni. wierzchni struganej zęba
Rozpoznawanie większych wad, jak np. rysy, naderwania i szereg odmian skaz możliwe jest okiem nieuzbrojonym lub przy użyciu lupy, natomiast do wykrywania drobnych wad, jak np. małe pęknięcia, stosuje się specjalne sposoby lub urządzenia opisane w rozdziale „Zasady kontroli".