Прибор для определения шероховатости поверхности металла - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Прибор для определения шероховатости поверхности металла

Приборы для измерения шероховатости. Профилометры, профилографы и их модификации

Параметры шероховатости поверхности – один из самых важных показателей качества продукции, работающей с большим износом. Шероховатость – это одна из самых важных эксплуатационных характеристик движущихся механизмов, изделий, двигателей внутреннего сгорания. Именно от шероховатости зависит коэффициент трения, коррозионная стойкость, износостойкость, и другие механические характеристики деталей.

Таким образом, на поверхностях рабочих деталей постоянно происходят процессы, которые могут оказывать на них негативное влияние. К таким процессам относят: появление трещин, механический износ, обуславливаемый трением, эрозия, коррозия металла, смятие, появление заусенцев. Такие дефекты могут оказывать даже большее негативное влияние на работу всего механизма, чем деформация тел, в результате перегрева или гидроудара. Кстати, перегрев может возникать и от усиленного трения, в том числе, вызванного повышенной шероховатостью.

Если придать поверхности некоторые микрогеометрические свойства, то можно повысить сопротивляемость детали различным внешним воздействиям, и тем самым, улучшить параметры прочности и надежности.

Значения параметров поверхности детали, которые смогли бы обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики, можно повысить путём технологической обработки поверхности – т.е. шлифования. Измерить качество уже обработанной поверхности можно при помощи приборов, измеряющих шероховатость: профилометра и профилографа.

Отметим, что разница в техническом устройстве и принципе действия у данных приборов невелика. Отличаются они, по-сути, только способом предоставления результатов. Профилометр отображает значения измеряемого параметра шероховатости на специальном индикаторе (встроенном дисплее или шкале). Профилограф, в свою очередь, представляет результаты измерений в конце всей процедуры в виде графика – так называемой профилограммы, которая представляет собой кривую линию. Профилограмма, обычно, нуждается в анализе и расшифровке.

Но рассмотрим эти приборы более подробно:

1) Профилометр – прибор, который предназначается для измерения шероховатости контактным методом. Контактный метод означает, что по исследуемой поверхности перемещается специальная алмазная игла, колеблющаяся от неровностей поверхности. Такие колебания иглы передаются на датчик, где преобразуются в малые электрические токи, которые, в свою очередь, усиливаются гальванометром и регистрируются. Показания выводятся на дисплей прибора и дают представление о характере неровностей исследуемой поверхности – их высоте и глубине. Часто, для оценки шероховатости выбираются другие параметры – средневзвешенные, амплитудные, суммарные и деленые на длину поверхности.

Попробуем вкратце описать, как же работает профилометр, из чего состоит, на чем базируется принцип его действия.

Итак, как и в любом измерительном устройстве, у профилометра должен быть объект измерения, измерительный источник сигналов (генератор сигналов), блок обработки сигналов и блок вывода результатов измерений. Объектом, в данном случае, является поверхность, шероховатость которой необходимо измерить. В качестве генератора сигналов, используется тонко заточенная игла, чаще всего – алмазная, но встречаются профилометры с иглами из твердых сплавов. Игла перемещается вдоль поверхности, перпендикулярно её плоскости, при этом, на шероховатой поверхности, неизбежно, возникают колебания иглы. Такие механические колебания являются первичным сигналом, который при помощи преобразователя – индуктивного, ёмкостного или пьезоэлектрического – преобразуется в токовый. После этого, электрический сигнал поступает на электронный усилитель, после чего интегрируется и визуализируется. Таким образом, на дисплее можно увидеть уже усредненный параметр, характеризующий не только количественные, но и качественные показатели неровности и шероховатости поверхности.

Профилометры принято различать в зависимости от вида трассы интегрирования.

По этому признаку выделяют приборы:

Профилометр с постоянной трассой интегрирования, трасса ощупывания в которых, равна, по длине, трассе интегрирования. Таким образом, результаты измерений можно увидеть только в конце, при завершении процедуры.

Профилометр обладающий скользящей трассой интегрирования, в котором трасса ощупывания в несколько раз длиннее трассы интегрирования. Таким образом, отсчет показаний и результатов измерения производится одновременно с перемещением иглы по поверхности.

К тому же, существуют профилометры с механотронными преобразователями, которые измеряют параметры неровностей, указывая среднее арифметическое значение отклонения профиля – Ra.

Большинство приборов оснащены анализатором, который позволяет судить о неровностях поверхности по гармоническим колебаниям сигнала от иглы.

Погрешность профилометра обычно колеблется впределах от ±25%, до ±10%.

В качестве примера профилометра можно привести профилометр модели 130. Данный прибор внесен в Госреестр средств измерений. Работает путем подключения к компьютеру и настройкой специальной программой. Профилометр модели 130 является лабораторным стационарным прибором высокой точности.

Также стоит выделить профилометр «СЕЙТРОНИК-ПШ8-1» из линейки профилометров СЕЙТРОНИК. Эти приборы являются переносными, имеют подключение к компьютеру через порт RS232, и позволяют производить основные измерения параметров шероховатости с достаточной точностью.

2) Профилограф – это прибор, который, идентично профилометру, предназначается для контроля параметров шероховатости поверхности, однако, имеет от него отличия в плане вывода результатов измерений. В профилографе результаты измерений представляются в виде кривой – профилограммы, определяющей волнистость и шероховатость. Обработка результатов производится графоаналитическим методом.

Конструктивно, профилограф состоит из нескольких блоков, а именно: измерительного, преобразовательного и записывающего.

Первый блок – называется измерительным, поскольку именно в нем получается сигнал, который является основой всего измерения. На основании этого сигнала и строится, в последствии, кривая, характеризующая микронеровности. Данный блок состоит, как правило, из иглы, привода иглы и измерительного столика.

Второй блок – электронный преобразовательный, в котором сигнал из первого блока усиливается и преобразуется при помощи специальных электронных преобразователей.

Третий блок – записывающий, на который поступает обработанный сигнал со второго блока. Обработанный сигнал, при помощи записывающего устройства, аналогового или электронного, преобразуется в профилограмму в увеличенном масштабе. При этом, в качестве материала для вычерчивания профилограммы может выступать металлизированная бумага, светочувствительная бумага или специальная пленка.

Таким образом, принцип действия профилографа, мало чем отличается от принципа действия профилометра, единственным отличием, здесь, является отображение результатов не на экране в виде числовых значений, а графически.

Профилограмма записывается устройством в увеличенном масштабе, при этом, по горизонтали увеличение достигает 100 000 раз, а по вертикали от 400 до 200 000 раз. Благодаря увеличению, расшифровку делать становится гораздо удобнее.

Погрешность профилографа не выходит за рамки ±5-10 %.

Помимо перечисленных устройств: профилометров и профилографов, существуют комбинированные приборы, называемые профилографы-профилометры.

3) Профилограф-профилометр – приборы данного типа предназначаются для записи измеренных параметров микронеровностей поверхности на бумажный носитель (например, электротермическую бумагу), и одновременного наблюдения, в режиме реального времени, за результатами проводимых измерений при помощи показывающего устройства – цифрового или аналогового.

Самыми распространёнными профилографами-профилометрами являются приборы «Сейтроник-ПШ8» различных модификаций. Так, например, выпускаются модели СЕЙТРОНИК-ПШ8-4, СЕЙТРОНИК-ПШ8-3 и СЕЙТРОНИК-ПШ8-2 , которые отличаются шагом длины трассы ощупывания, наличием/отсутствием встроенного принтера, параметрами увеличения.

Принцип действия профилографа-профилометра идентичен принципам действия приборов, входящих в его название. Также, как и вышеописанные приборы, он работает путем ощупывания контролируемой поверхности заточенной иглой с малым радиусом закругления и преобразовании колебаний от иглы в электрический сигнал, а также последующего мониторинга и записи результатов.

Профилометры для измерения шероховатости

Что такое профилометр?

Профилометр — это прибор, позволяющий определить параметры шероховатости детали. Он предназначен для проверки соответствия реального качества обработки поверхности и конструкторской документации. На заводах часто используется прибор для определения шероховатости поверхности металла методом непосредственного контакта — контактный профилометр.

Область применения

Принцип работы

Рабочим органом прибора, определяющего неровности поверхности детали путем непосредственного контакта, является алмазная или твердосплавная игла. Она передвигается по обследуемой поверхности, а ее вертикальные колебания, вызванные неровностями, воспринимаются пьезоэлектрическим или индукционным датчиком, преобразуясь в токовый импульс. Этот импульс приходит на усилитель, где он обрабатывается, выводя на жидкокристаллический дисплей информацию о характеристиках фактического рельефа обследуемой детали. Для определения шероховатости поверхности прибор выдает характеристики:

  • Ra – среднеарифметическое отклонение рельефа от средней линии;
  • Rz – высота неровностей рельефа по 10 точкам.

Кроме этого приборы для замера шероховатости поверхности могут показывать средневзвешенные, амплитудные или суммарные характеристики.

Виды измерителей шероховатости

По способам выдачи итоговой информации измерители шероховатости поверхности могут относиться к:

  • профилометрам – приборам, отображающим показатели неровностей рельефа на дисплее в режиме реального времени;
  • профилографам, выдающим результаты замеров после завершения обследования в виде графика, который подлежит расшифровке и анализу.
Читайте также:  Прибор для проверки влажности древесины

Однако многие компании предпочитают купить измеритель шероховатости, совмещающий функции обоих приборов, состоящий из трех основных блоков:

  • измерительного, позволяющего получить необходимую информацию;
  • электронно-преобразовательного, где информация, поступающая от первого блока, усиливается и превращается в электрический импульс;
  • записывающего, где сигнал от электронно-преобразовательного блока приходит на электронное или аналоговое записывающее устройство, с которого выходит графическое изображение профиля – профилограмма. Наличие этого блока характерно для профилографа.

Профилометр для измерения шероховатости может быть контактным или бесконтактным, реализующим оптические и лазерные методы измерения неровностей изделия. Кроме этого, действующий ГОСТ 19300-86 разделяет профилометры – профилографы на различные типы:

I – стационарные измерители шероховатости – профилометры для работы в условиях лабораторий;

II – стационарно-переносные, применяемые для контроля степени обработки поверхностей уже готовых деталей;

III – портативные профилометры, которые используются в ходе операционного контроля качества отдельных элементов в процессе производства.

Портативные измерители шероховатости применяются службами контроля качества многих промышленных предприятий. Эти приборы можно использовать в условиях как II, так и III типов, а невысокая цена профилометров для измерения шероховатости увеличивает их популярность.

Что мы предлагаем

Компания «Инновационные технологии» предлагает купить профилометры для контроля шероховатости от «Time Group», сертифицированные Госстандартом РФ. Они используют контактный способ замеров с помощью алмазной иглы и способны работать при температурах окружающей среды от 0°С до +40°С и влажности до 80%. Это приборы:

  • Профилометр для контроля шероховатости TR100 и его модификация TR110. Приборы замеряют Ra и Rz, обладают большим жидкокристаллическим дисплеем со светодиодной подсветкой; их вес 200 г. Цена профилометров TR 100 и TR 110 весьма демократична;
  • Профилометр – профилограф TR 200 или одну из его модификаций – TR 210, TR 220. Они с высокой точностью производят многопараметровые замеры и выводят их на жидкокристаллический дисплей размерами 50×30 мм, специализированный принтер или ПК. Вес приборов от 440 до 480 г.

Вы можете купить профилометр по выгодной цене с доставкой по Санкт-Петербургу и другим городам России.

Шероховатость поверхности

Шероховатостью поверхности называется совокупность микронеровностей, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого равна базовой длине.

Параметры шероховатости

В большинстве случаев шероховатость поверхности определяется одним из параметров Ra или Rz.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz – является суммой средних абсолютных значений высот точек пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин в пределах базовой длины, измеренных от произвольной линии АВ

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – это среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля yi от средней линии m в пределах базовой длины

Рисунок 1.

Механизм возникновения шероховатости

Все причины возникновения шероховатости можно разбить на 3 группы:

  1. Расположение режущих кромок инструмента, относительно обрабатываемой поверхности;
  2. Упругая и пластическая деформация обрабатываемого металла;
  3. Вибрации в технологической станочной системе.

Образование неровностей на обработанной поверхности можно представить как след от движения режущих кромок инструмента. Назовём такой профиль регулярным (рис.2).

На образование регулярного профиля влияет геометрия резца, в частности – углы в плане, а так же величина подачи S. Их влияние описывается формулой

В реальном процессе резания впереди резца и под обработанной поверхностью образуется зона пластической деформации, которая вносит некоторую погрешность в регулярный профиль. Пластически деформированный металл в отдельных местах как бы наволакивается на микронеровности, а в где-то вырываются отдельные куски металла. Потому реальное значение Rz может быть записано как:

где – приращение высоты микронеровностей, вызванное пластической деформацией металла. Следовательно, чем меньше пластическая деформация, тем меньше высота микронеровностей. Величина пластической деформации зависит, в большей степени, от твёрдости обрабатываемого материала и, в меньшей — от глубины резания — t.

Методы и средства оценки шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами:

качественным и количественным.

Качественный метод оценки основан на визуальном сопоставлении обработанной поверхности с эталоном невооруженным глазом или под микроскопом, а также по ощущениям при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем). Визуальным способом можно достаточно точно определять шероховатость поверхности, за исключением весьма тонко обработанных поверхностей. Эталоны, применяемые для оценки шероховатости поверхности визуальным способом, должны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь. Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценки заключается в измерении микронеровностей поверхности с помощью приборов: профилографов и профилометров.

Профилографы

Профилографы – это приборы, позволяющие получатть изображение микронеровностей профиля в увеличенном масшттабе на каком-либо носителе (фотоплёнке, фотобумаге).

Профилометры – минуя этап получения изображения, производят необходимые измерения профиля микронеровностей.

Рисунок 3.

Схема профилографа Б. М. Левина приведена на рис. 3. Луч света от лампы 1, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5, падает на зеркала 8 и 7. Зеркало 8 связано с ощупывающей иглой 9. Луч света, отраженный от зеркала 7 и затем от зеркала 8, проходит оптическую систему 6 и, попадая на зеркала 4 и далее на цилиндрическую линзу 14, проецирует изображение щели 3 на светочувствительную пленку 13,расположенную на барабане 12. Изображение щели проецируется в виде световой точки. Деталь 10, на поверхности которой измеряют шероховатость, располагается на верхнем диске предметного стола 11. При вращении синхронного двигателя стол вместе с деталью движется поступательно относительно иглы 9, а барабан 12 вращается. Таким образом, на светочувствительной фотоплёнке получается изображение пути светового луча, повторяющего профиль обработанной поверхности испытуемой детали.
Рисунок 4.

Принцип действия профилометра конструкции В. М. Киселева заключается в возбуждении колебаний напряжения в результате движений ощупывающей иглы. На рис. 4 приведена схема этого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным наконечником, радиус закругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижний конец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан с индукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полюсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемый этим перемещением ток подают на усилитель и затем на гальванометр. Перемещение иглы по поверхности осуществляют с помощью электропривода со скоростью 10. 20 мм/с. Давление иглы на поверхность проверяемой детали составляет 5. 25 кПа. При подключении к профилометру осциллографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.

Рисунок 5.

Для измерения шероховатости предназначен также двойной микроскоп В. П. Линника (рис. 5). Прибор состоит из двух частей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б для наблюдения и измерения профиля поверхности. Оси обеих частей микроскопа, наклоненные под углом 45° к исследуемой поверхности, пересекаются между собой в предметной точке объективов.

В плоскости изображения объектива 3 микроскопа А перпендикулярно плоскости оси микроскопа расположена щель 2, освещаемая источником света 1. Объектив 3 дает уменьшенное изображение а щели 2 на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутствии на участке поверхности Р микронеровностей объектив 4 микроскопа Б в плоскости сетки окуляра 5 даст изображение а 2 той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.

При том же расположении микроскопов А и Б при наличии микронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверхности P 1 при наблюдении будет казаться выходящей из точки a 1 или из точки а 1 поверхности Р 1, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки из на сетке окуляра 5 будет на расстоянии h от оси микроскопа Б, равном h = 2xh sin 45°, где х — увеличение объектива 4.

Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр. Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотографировать исследуемую поверхность с высотой неровностей 0,9. 60 мкм.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Оценка шероховатости поверхности осуществляется качественным и количественным методами. Первый основан на сравнении обработанной поверхности с образцами, а второй — на измерении неровностей специальными приборами.

Качественный метод оценки шероховатости поверхности широко применяется в промышленности.

Образцы шероховатости поверхности, изготовляемые по ГОСТ у 9378—75, представляют собой наборы стальных или чугунных пластин размерами оОХ20 мм. Плоская или цилиндрическая рабочая поверхность образцов обрабатывается различными способами при определенных режимах и по результатам измерения неровностей образцы относятся к соответст-ующим классам. Высота неровностей должна соответствовать 0,8Ra данного класса с допустимым отклонением ±20%. Образцы, обработанные точением, строганием, фрезерованием и развертыванием, изготовляются незакалениыми, а шлифованием, полированием или доводкой — закаленными.

Читайте также:  Нивелир назначение прибора

В цеховых условиях кроме стандартных образцов шероховатости поверхности используют образцовые (эталонные) детали, шероховатость поверхности которых измеряется количественным методом.

При контроле деталей шероховатость их поверхностей сравнивают с шероховатостью поверхности образца определенного класса. Сравнение производят визуально невооруженным глазом или путем осязания, проводя ногтем поперек следов обработки. Сравнение обеспечивает надежную оценку шероховатости поверхности Ra = 40…20 — Я„ = 1,25… 0,63 мкм. Качество оценки шероховатости поверхностей Ra = 0,63…0,32 — Ra = 0,16…0,08 мкм зависит от опыта контролера.

Применение микроскопов сравнения значительно повышает точность оценки шероховатости поверхности. Они дают возможность одновременно рассматривать проверяемую деталь и образец, которые в иоле зрения микроскопа расположены рядом, одинаково увеличены и освещены.

Количественный метод. Для определения высоты микронеровностей имеется большое количество разнообразных приборов. По способу измерения их можно рлз-делить на две группы: контактные (щуповые) и бесконтактные.

Сущность действия контактных (щуповых) приборов заключается в том, что по контролируемой поверхности перемещается («ощупывает» ее) алмазная или стальная игла. Вертикальные перемещения ее, соответствующие высоте микронеровностей, увеличиваются электрическим, оптическим, пневматическим или механическим способами и регистрируются отсчетными устройствами. К приборам, измеряющим величину шероховатости контактным методом, относятся профилометры и профило-графы.

Профилометры автоматически обрабатывают данные измерения и показывают конечный результат на циферблате. Профилографы записывают профиль контролируемой поверхности в виде профилограммы, по которой можно определить различные параметры шероховатости поверхности. Существуют также комбинированные приборы, выполняющие одновременно функции профилометра и профилографа.

В настоящее время применяются профилометры-профилографы моделей 201 и 202, цеховой профилометр модели 240 и портативный модели 253.

Основными частями прибора являются датчик, электронный блок с показывающим прибором и стойка. Датчик состоит из измерительной головки, которая преобразует вертикальные перемещения иглы в электрическое напряжение, и привода с электродвигателем, редуктором, ходовым винтом и ползуном. Привод обеспечивает перемещение измерительной головки с постоянной скоростью, равной 1,06 мм/с.

Датчик крепится на стойке в кронштейне, который может перемещаться в вертикальном направлении и повертываться вокруг горизонтальной оси при установке датчика параллельно плоскости проверяемой детали. На передней панели электронного блока расположены показывающий и контрольный приборы, тумблер и сигнальная лампа включения сети, переключатель пределов измерения ручка двух потенциометров «Настройка» и кнопка включения привода датчика.

Прибор применяется в цеховых контрольных пунктах, а также непосредственно на рабочих местах.

Профилограф-профилометр модели 201 служит для определения шероховатости и волнистости поверхностей деталей из любых материалов. Он позволяет проверять наружные и внутренние поверхности деталей, сечение которых в плоскости измерения представляет прямую линию. Действие его аналогично действию прибора модели 240, однако он более совершенный. Прибор состоит из двух блоков: электронного измерительного и записывающего. На стойке размещены измерительный столик, привод и датчик.

Определение величин и профиля микронеровностей поверхности производится по профилограмме, записанной в прямоугольных координатах. Пределы измерений при записи профилограмм — 20… 10 — а = 0,040… 0,020 мкм. По показаниям прибора определяется величина шероховатости поверхности в указанных пределах.

Прибор позволяет производить измерения шероховатости поверхности с различными длинами трассы интегрирования, что значительно расширяет его эксплуатационные возможности. Длина трассы ощупывания до 40 мм дает возможность проверять волнистость поверхности с большим шагом. Прибор укомплектован набором твердосплавных опор к датчику (для различных видов работ), приспособлением для проверки волнистости и диаграммной бумагой для записи.

Оптико-механические приборы контролируют шероховатость поверхности бесконтактным методом. Действие их основано на различных принципах: светового сечения (приборы модели ПСС ), теневого сечения ( ПТС ) и интерференции света ( МИИ ).

Шероховатость поверхности. Виды, методы и параметры.

Поверхности деталей, которые обработаны самым тщательным образом, не может быть идеально ровной: от номинальной – заданной чертежом – она будет отличаться. Есть два вида возможных отклонений: макро- и микрогеометрические, и при том, что первые характеризуют волнистость детали и степень её несоответствия форме, то вторые определяют не что иное, как шероховатость поверхности.

Понятию «шероховатость» можно дать следующее определение: она представляет собой совокупность микронеровностей на поверхности детали или изделия. Ещё одно немаловажное уточнение – шаг неровности относительно базовой длины очень и очень мал.

Виды и параметры шероховатости:

Выделяют несколько видов шероховатости.

  • Исходная шероховатость – следствие технологической обработки изделия абразивными материалами.
  • Эксплуатационная шероховатость – шероховатость, которую приобрела поверхность вследствие изнашивания и трения.
  • Равновесная шероховатость – эксплуатационная шероховатость, которая воспроизводится при стационарных условиях трения.

Согласно ГОСТ 2789-73 номенклатура параметров шероховатости выглядит следующим образом.

  • Ra – среднее арифметическое значение отклонения профиля;
  • Rz – высота неровностей профиля, снятая в 10 точках;
  • S – средний шаг местных выступов профиля;
  • Sm – среднее арифметическое значение шага неровности;
  • Rmax – максимальная высота профиля;
  • tp – относительная длина профиля (опорная), р – уровень сечения профиля.

Предпочтительным при задании шероховатости является параметр Ra.

Шероховатость во многом определяет эксплуатационные характеристики деталей и узлов, поэтому её точное измерение является одной из важных задач метрологии. Оценка может проводиться поэлементно (сравнение отдельных параметров) либо комплексно – путём сравнения исследуемой поверхности с эталоном.

В современных технологических исследованиях предпочтительным является первый способ.

Щуповой метод измерения шероховатости поверхности относится к контактным методам и реализуется с помощью профилометра. Прибор представляет собой датчик, оснащённый тонкой остро заточенной алмазной иглой с ощупывающей головкой.

Игла перемещается по нормали к исследуемой поверхности. Естественно, в местах микронеровностей (впадин и выступов) возникают механические колебания относительно головки. Эти колебания передаются на датчик, который преобразует механическую энергию в электрическую. Сигнал, генерируемый преобразователем, усиливается и измеряется: его параметры точно характеризуют неровности поверхности детали или изделия.

В зависимости от типа преобразователя полезных сигналов профилометры подразделяются на индуктивные, электронные, индукционные и пьезоэлектрические, причём наибольшее распространение получили устройства первого вида. Кроме этого, существует ещё одна разновидность приборов – профилографы, позволяющие не только измерить, но и записать параметры профиля в заранее подобранном горизонтальном и вертикальном масштабах.

Исследование неровности проводится в несколько этапов: профиль «ощупывается» определённое количество раз, и лишь на основе серии измерений вычисляется окончательное – усредненное – значение параметра: количественная характеристика неровности относительно длины участка.

Группа оптических – бесконтактных – способов измерения шероховатости поверхности достаточно обширна. Самыми распространёнными входящими в неё методами являются следующие:

  • светового и теневого свечения;
  • микроинтерференционный;
  • растровый.

Суть данного метода достаточно проста: на исследуемую поверхность накладывается изготовленная из стекла пластинка, на которую нанесена растровая сетка (система равноудалённых параллельных линий) с достаточно малым шагом.

При наклонном падении световых лучей в местах микронеровностей штрихи отраженной сетки накладываются на штрихи реальной – возникают муаровые полосы, свидетельствующие о наличии впадин и выступов на изучаемой поверхности. Точное измерение параметров неровности осуществляется по изложенной в ГОСТ методике с помощью растрового микроскопа.

Стоит отметить, что данный метод используется при исследовании лишь тех поверхностей, следы обработки на которых имеют преимущественное направление.

Методы светового и теневого свечения

Метод светового свечения при измерении параметров неровности применяется наиболее часто и заключается в следующем. Исходящий от источника света световой поток преобразуется в тонкий пучок, проходя через узкую щель. Далее он с помощью объектива под определённым углом направляется на исследуемую поверхность. Отраженный луч снова проходит через объектив и формирует изображение щели в окуляре. Абсолютно ровная поверхность соответствует идеально прямой светящейся линии, шероховатая поверхность – искривлённой.

Теневой метод является «продолжением» светового: на небольшом расстоянии от изучаемой поверхности устанавливается линейка, ребро которой скошено. Пучок света проходит тот же путь, однако, словно ножом срезается ребром. На контролируемой поверхности появляется тень, верхняя часть которой точно повторяет изучаемый профиль. Рассматривая это изображение в микроскоп, делают выводы о характере и параметрах шероховатости.

Читайте также:  Геодезические приборы и оборудование описание

Для реализации микроинтерференционного метода используют измерительный прибор, в состав которого входит интерферометр и измерительный микроскоп. С помощью первого устройства формируется интерференционная картина исследуемой поверхности с искривлениями полос в местах неровностей. Увеличивающий в разы полученную картину микроскоп позволяет измерить параметры шероховатости.

Описанный ниже метод используют для оценки шероховатостей труднодоступных поверхностей и поверхностей, имеющих сложную конфигурацию.

Метод слепков заключается в снятии негативных копий (материалом для их изготовления, как правило, служит парафин, гипс или воск) поверхности при их дальнейшем исследовании оптическими или щуповым методами. Иными словами, метод слепков не является самостоятельным методом и используется лишь в сочетании с вышеописанными способами измерения шероховатости поверхности.

22. Измерение шероховатости труднодоступных поверхностей. Профилографы, профилометры, оптические приборы для измерения шероховатости.

Измерение шероховатости труднодоступных поверхностей. Часто встречаются изделия, шероховатость поверхностей которых невозможно определить с помощью приборов. В таких случаях применяют метод слепков. Сущность его состоит в том, что по определенному рецепту изготовляют специальную массу, которую с усилием прижимают к поверхности измеряемой детали. После того как масса застынет, она отделяется от поверхности. Граница соприкосновения массы с поверхностью повторяет неровности, имеющиеся на испытуемой поверхности. Измерив шероховатость поверхности слепка, можно определить параметры шероховатости проверяемой поверхности.

Материалами для изготовления слепков могут быть: целлулоид, легкоплавкие сплавы, гипс-хромпик, лак-цапон, парафин, сера, масляная гуттаперча и др. Наилучшие результаты дают масляная гуттаперча и воск.

Профилографы, профилометры, оптические приборы. На использовании профильного метода основаны широко распространенные приборы для измерения шероховатости: профилометры и профилографы системы М, т. е. системы средней линии профиля. Профилографом называется прибор, регистрирующий координаты профиля поверхности.. Профилометром называется контактный (щуповой) прибор, служащий для измерения шероховатости поверхности по системе .

Профилографы и профилометры выпускаются двух типов: типа А для измерения номинально прямолинейных поверхностей и типа Б — для определения шероховатости одной или нескольких номинально непрямолинейных поверхностей. Работа этих приборов основана на контактных методах, в отличие от оптических приборов, работающих бесконтактным методом. Среди них наибольшее распространение получили методы светового сечения, теневой проекции, метод с применением растров, микроинтерференционные методы.

Принципиальная схема м е т о д а с в е т о в о г о с е ч е – н и я приведена на рисунке 3.6. Освещенная узкая щель S проецируется микроскопом А1 на поверхности Р1 и Р2, образующие ступеньку высотой Н. Изображение щели на поверхности Р1 займет положение S΄1, а на поверхности Р2 — положение S΄2. В поле зрения микроскопа А2, ось которого расположена под углом 90° к оси проецирующего микроскопа, изображение щели будет иметь вид световой ступеньки (О1 и О2 — объективы микроскопов А1 и А2). Размер ступеньки b, соответствующий смещению изображения S˝2 относительно S˝1, служит мерой высоты ступеньки Н (высоты неровности) и отсчитывается он окулярным микрометром. Такими приборами измеряются шероховатости средней высоты (от 0,8 до 80 мкм).

П р и н ц и п т е н е в о й п р о е к ц и и (рис. 3.7) представляет собой видоизмененный принцип светового сечения, в котором граница между светом и тенью создается острием ножа. С помощью приборов, использующих этот принцип измеряется большая шероховатость (от 40 до 1 600 мкм).

Сущность р а с т р о в о г о м е т о д а измерения шероховатости поверхности состоит в том, что измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп и одновременно на изображение поверхности накладывается муаровая картина, получаемая в результате переналожения штрихов исходного и рабочего растров.

При м и к р о и н т е р ф е р е н ц и о н н о м м е т о д е измерения шероховатости измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп (рис. 3.9) одновременно на изображение поверхности накладываются интерференционные полосы, которые искривляются в зависимости от шероховатости поверхности. Свет от источника L проходит через конденсор К и диафрагму D и разделяется полупрозрачной пластинкой М на два когерентных пучка. Один из пучков падает через микрообъективы О1 на исследуемую поверхность S1, отразившись от которой снова попадает в объектив О1 и фокусируется в плоскости В, являющейся фокальной плоскостью окуляра Ок. Второй пучок проходит разделительную пластинку М и микрообъектив О2, падает на зеркало сравнения S2, наклоненное относительно оптической оси на небольшой угол. Объектив О2 проецирует изображение зеркала сравнения S2 также в плоскости изображения В. В результате сложения этих двух когерентных пучков света в плоскости В возникают интерференционные полосы. По искривлению интерференционных полос определяют высоту неровностей. Интерферометры позволяют измерять только небольшие высоты неровностей (от 0,005 до 1 мкм, а в некоторых случаях до 10 мкм), так как при больших значениях интерференционная картина пропадает.

По методу светового сечения работают двойные микроскопы МИС-11, ПСС-2. Принцип теневой проекции используется в приборах ПТС-1 и ТСП-4М, растрового метода — в микроскопе ОРИМ-1, на микроинтерференционном методе построены двойные микроскопы МИИ-4, МИИ-9, МИИ-10, МИИ-11 и МИИ-12.

Влияние шероховатости поверхности на работоспособность с надежностью детали. Оптимальная шероховатость.

Влияние шероховатости на работоспособность и надежность детали. Шероховатость, волнистость, отклонения формы и расположения поверхностей деталей, возникающие при изготовлении, а также в процессе работы машины под влиянием силовых и температурных деформаций, уменьшают контактную жесткость стыковых поверхностей деталей и изменяют установленный при сборке начальный характер подвижных посадок.

В подвижных посадках, когда трущиеся поверхности деталей разделены слоем смазки (жидкостное трение) и непосредственно не контактируют, указанные погрешности приводят к неравномерности величины зазора в продольных и поперечных сечениях, что нарушает ламинарное течение смазки, повышает температуру и снижает несущую способность масляного слоя.

Неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей, особенно при наличии резких переходов, выточек и т. п. Так, при уменьшении шероховатости впадины нарезанной или шлифованной резьбы болтов с Ra = 1,25 до Ra = 0,125 допустимая предельная амплитуда цикла напряжений увеличивается на 20—50%, причем в большей степени у болтов из высокопрочных легированных термически обработанных сталей и в меньшей — у болтов из низколегированных и углеродистых сталей. Это объясняется большей чувствительностью легированных сталей к концентрации напряжений.

Выглаживание поверхностей (после точения или шлифования) алмазными наконечниками с радиусом сферы или цилиндра 2—3 мм на 25—40% повышает усталостную прочность и на 15—30% износостойкость деталей из легированных сталей (за счет создания остаточных напряжений сжатия и лучших параметров шероховатости).

Коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубообработанных поверхностях, особенно в местах концентрации напряжений; корродированные детали имеют в несколько раз меньшую прочность. Шероховатость поверхности и твердость — управляемые факторы. Шероховатость поверхности можно получить с заданной характеристикой у всех деталей партии, ее можно проверить, не повреждая детали.

Оптимальная шероховатость, методы ее определения. В процессе работы машины различают три периода: обкатку или приработку, когда у деталей повышенный износ; период нормальной работы (самый длительный) и период катастрофического износа, сопровождающийся постоянными, крупными и все более частыми поломками.

Получающаяся после приработки (при трении скольжения, трении качения и трении с проскальзыванием) шероховатость, обеспечивающая минимальный износ и сохраняющаяся в процессе длительной эксплуатации машин (участки А1Б1 и А2Б2 кривых на рисунке 3.4), называется о п т и м а л ь н о й. Оптимальная шероховатость характеризуется высотой, шагом и формой неровностей (радиусом впадин, углом наклона неровностей в направлении движения и др.). Параметры оптимальной шероховатости зависят от качества смазки и других условий работы трущихся деталей, их конструкций и материала. Оптимальная шероховатость не обязательно низкая. Так перед испытаниями компрессора шероховатость наружной поверхности поршня соответствовала Ra = 0,7—1,0 мкм, а зеркала цилиндра — Ra = 0,2—0,3 мкм. После испытаний в идеальных условиях в течение 1 000 часов шероховатость поршня не изменилась, а шероховатость зеркала цилиндра стала Ra = 0,7—1,2 мкм.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector