Содержание8
Пришла партия деталей, на чертеже стоит Ra 1,6, а у контролёра ОТК на столе либо набор образцов, либо портативный прибор, о котором никто не помнит, какой параметр он выводит. Одну и ту же поверхность в таких условиях можно признать годной и забраковать — всё зависит от того, чем и как её измерили. Разберём, какой прибор для измерения шероховатости поверхности подходит под какую задачу приёмки, где хватит образцов сравнения, а где без профилометра результат нельзя будет отстоять в споре с подрядчиком.
Коротко: прибор выбирают по задаче контроля, а не по типу. Контактный профилометр — основной инструмент приёмки, для спорных деталей и малых значений Ra он единственный вариант. Оптический прибор нужен там, где щуп оставит след или не пройдёт. Образцы сравнения годятся для отсева очевидного брака, если образец из того же материала и с тем же видом обработки. Измерять нужно именно тот параметр, что указан на чертеже, на базовой длине из стандарта.
Что именно нужно измерить: Ra, Rz и базовая длина на чертеже
Выбор прибора начинается не с каталога, а с чтения обозначения на чертеже. Ra — среднее арифметическое абсолютных отклонений профиля от средней линии на базовой длине; единичная глубокая риска почти не меняет это число. Rz по ГОСТ 2789-73 — сумма средней высоты пяти наибольших выступов и средней глубины пяти наибольших впадин профиля; он гораздо чувствительнее к отдельным царапинам и задирам. Стандарт вводит и другие параметры (Rmax, Sm, tp), но на рабочих чертежах в подавляющем большинстве стоит Ra или Rz.
Оформление по ГОСТ 2.309-73 такое: значение Ra пишут числом без символа параметра, например 1,6, а для остальных параметров символ обязателен — Rz 20. Знак с галочкой означает, что поверхность получают удалением слоя материала, знак с кружком — что её не обрабатывают вовсе, оставляя состояние после проката или литья. Если чертёж импортный, уточните определение Rz: в зарубежных стандартах он определён иначе, чем в ГОСТ 2789-73, и цифры одного и того же профиля не совпадут.
Третья величина, без которой измерение бессмысленно, — базовая длина l: участок, на котором оценивают профиль. Она выбирается из ряда стандарта в зависимости от значения параметра, а длина оценки, как правило, равна пяти базовым длинам.
| Ra, мкм | Базовая длина l, мм | Длина оценки 5l, мм |
|---|---|---|
| св. 0,02 до 0,1 | 0,25 | 1,25 |
| св. 0,1 до 2,0 | 0,8 | 4 |
| св. 2,0 до 10 | 2,5 | 12,5 |
| св. 10 до 80 | 8 | 40 |
Практический вывод: для Ra 3,2 длина оценки — 12,5 мм. Если у детали есть только узкий поясок шириной 6 мм, штатный замер на нём невозможен, и метод нужно согласовать заранее.
Контактные профилометры: как щуп читает профиль и где ошибается
Контактный профилометр ведёт по поверхности алмазный щуп с острием малого радиуса. Вертикальные перемещения острия преобразуются в электрический сигнал, электроника отфильтровывает волнистость и считает параметры на базовой длине. Приборы, которые выдают число (Ra, Rz), называют профилометрами; приборы, которые записывают сам профиль в виде профилограммы, — профилографами; оба типа описаны в ГОСТ 19300-86. Для приёмки чаще берут портативный профилометр: он ставится прямо на деталь, работает от аккумулятора и помещается в кейс с образцовой мерой.
Точность такого прибора определяется радиусом острия, измерительным усилием и состоянием датчика. У острия конечный радиус, поэтому в очень узкие впадины оно не проваливается и занижает глубину тонких рисок. Это не дефект, а физическое свойство метода, и его учитывают в допусках на измерение.
Типовые причины неверного замера контактным прибором:
- Трасса идёт вдоль следов обработки. Щуп скользит по гребню и показывает поверхность гладче, чем она есть. Измерять нужно в направлении, дающем наибольшее значение, — как правило, поперёк рисок.
- Участок короче длины оценки. Прибор либо не запустится, либо посчитает по укороченной трассе — результат уже не сопоставим с чертежом.
- Грязь, масло, остатки СОЖ. Плёнка на поверхности «закрывает» впадины, а частица стружки даёт ложный выступ.
- Затупленное острие или выработанный датчик. Прибор продолжает выводить цифры, но они смещены. Поэтому перед серией замеров проверяют его по образцовой мере.
- Слишком мягкий материал. Щуп способен оставить след; на таких поверхностях лучше брать оптику.
Оптические приборы: когда бесконтактный метод нужнее щупа
Оптический, он же бесконтактный, профилометр измеряет без касания: по отражённому свету, интерференции или фокусировке он строит рельеф участка поверхности. На выходе не линия трассы, а карта высот, из которой считают параметры. Важная деталь: площадные параметры (Sa и подобные) не тождественны профильному Ra из чертежа по ГОСТ 2789-73. Чтобы результат можно было сравнить с допуском, прибор должен выделять профиль вдоль заданной линии и считать Ra по той же схеме, что и щуповой.
Оптика выигрывает там, где щуп нельзя применять или он недостаточно информативен: на мягком металле и поверхностях с покрытием, где недопустим след от острия; на мелком рельефе и микроструктурах, где радиус щупа слишком велик; на уплотнительных и оптических поверхностях, где даже тонкая царапина считается браком.
Ограничения у метода реальные. Прибор заметно дороже щупового, требует аккуратной подготовки поверхности и чувствителен к зеркальному блеску, прозрачным покрытиям, наклону детали и загрязнению. Он плохо переносит вибрацию цеха, поэтому чаще стоит в измерительной лаборатории, а не на участке. Для рядовой приёмки шлифованных и точёных деталей его, как правило, не требуется: там хватает контактного прибора.
Образцы сравнения: что можно решить без прибора
Образцы шероховатости по ГОСТ 9378-93 — наборы пластин с нормированными поверхностями, выполненными разными видами обработки: точением, фрезерованием, шлифованием и другими. Каждая пластина соответствует ступени из ряда Ra. Проверка идёт сличением: деталь и образец рассматривают при одинаковом освещении (при необходимости через лупу) и проводят по ним пальцем или ногтем поперёк следов обработки. Результат качественный: «не грубее такой-то ступени», а не число.
Главное условие, которое чаще всего нарушают: образец должен быть из того же материала и с тем же видом обработки, что и деталь. Шлифованная сталь и фрезерованный алюминий с одинаковым Ra выглядят по-разному, и глаз обманывается. Форма и направление следов тоже должны совпадать: торцевое фрезерование и цилиндрическое оставляют разный рисунок.
Вывод для входного контроля ОТК простой. Образец годится для быстрого отсева очевидного брака, для сортировки партии на месте, для контроля грубых поверхностей и для проверки, что оператор вообще применил заданный вид обработки, а не «прошёл наждаком». Он не годится для арбитража, для малых значений Ra, где соседние ступени глаз и палец различают плохо, и для случаев, когда требуется письменный числовой результат. Набор со следами коррозии, забоинами и загрязнениями использовать нельзя.
Таблица: задача контроля — тип прибора — хватит ли образца сравнения
Практичнее выбирать прибор не по каталогу, а по задаче, которую нужно закрыть. Ниже разбор типовых ситуаций на приёмке.
| Задача контроля | Рекомендуемый тип прибора | Хватит ли образца сравнения |
|---|---|---|
| Входной контроль партии по чертежу | Портативный контактный профилометр, выборочно | Да — как отсев очевидного брака |
| Спорная деталь, арбитраж | Контактный профилометр с поверенным датчиком по методике, согласованной сторонами | Нет — только прибор |
| Посадочные и уплотнительные поверхности | Контактный; оптический, если след щупа недопустим | Нет — только прибор |
| Мягкий металл и поверхности с покрытием | Оптический прибор или контактный с малым усилием после пробы на след | Нет — покрытие меняет вид поверхности |
| Внутренняя поверхность отверстия | Контактный прибор с малогабаритным датчиком или удлинителем; при непроходе датчика — слепок (реплика) | Частично — только для грубых доступных поверхностей |
| Крупная деталь, которую не снять со станка | Портативный контактный профилометр, ставится на деталь | Да — как отсев на месте, число даёт прибор |
| Контроль стабильности техпроцесса | Портативный контактный по графику замеров | Да — для отсева между замерами |
Общий принцип таблицы: образец сравнения отвечает на вопрос «похоже ли на то, что должно быть», прибор — на вопрос «сколько микрометров». Если решение влияет на деньги или сроки поставки, нужен второй ответ.
Какая шероховатость получается после какой обработки
Чтобы разумно выбирать и приборы, и требования к подрядчику, полезно понимать, что вообще можно получить тем или иным способом. Если на чертеже стоит Ra 0,4, а деталь пришла после чистового точения, дело не в «плохом контроле», а в неверном техпроцессе.
| Вид обработки | Ориентир Ra, мкм | Проверка образцом сравнения |
|---|---|---|
| Черновое точение и фрезерование | 12,5–25 | Да — грубые поверхности хорошо различимы |
| Чистовое точение | 1,6–3,2 | Да — образец «точение» из того же материала |
| Чистовое фрезерование | 1,6–3,2 | Да — образец «фрезерование» с тем же типом фрезы |
| Шлифование | 0,2–1,6 | Ограниченно — на малых Ra ступени трудно различить |
| Лазерная и плазменная резка | Нормируют по Rz и классам качества реза, значение зависит от толщины, газа и режима | Нет — обычные наборы образцов реза не содержат |
Разрыв между чистовым точением и шлифованием как раз объясняет, зачем существует отдельный переход. Если посадочная поверхность требует значений ниже 1,6, резец и фреза, как правило, уже не гарантируют результат от партии к партии, и деталь отправляют на шлифовку деталей. Если требования мягче, достаточно чистовой токарной обработки, и лишний переход только удорожит заказ. Для контроля это тоже важно: шлифованная поверхность с малым Ra почти всегда требует именно прибора, тогда как для чернового точения хватит образца.
Как принять деталь у подрядчика: порядок измерения на ОТК
Чтобы результат замера у заказчика и исполнителя совпал, действуйте по одной последовательности.
- Прочитайте параметр, значение и базовую длину на чертеже. Ra или Rz, число, указана ли базовая длина, есть ли указание на вид обработки.
- Выберите участок и направление трассы. Участок должен вмещать длину оценки и быть типичным для поверхности; трасса идёт поперёк следов обработки.
- Очистите поверхность. Удалите масло, СОЖ и стружку, не царапая деталь; после промывки дайте высохнуть.
- Проверьте прибор по образцовой мере. Показание должно укладываться в допуск меры; если нет — замер не начинают.
- Сделайте несколько измерений в разных местах. Одна трасса не характеризует поверхность: следы обработки по детали не одинаковы.
- Сравните результат с допуском на чертеже. Сравнивайте именно тот параметр, что указан: показание Rz нельзя пересчитать в Ra.
Если поверхность на границе допуска, повторите замер в других местах. Одно выпавшее значение при остальных в норме указывает на локальный дефект, а не на брак всей партии.
Что фиксировать в протоколе и что запросить у изготовителя
Большинство споров о шероховатости возникает не из-за самой поверхности, а из-за того, что никто не записал условия замера. Протокол приёмки должен содержать:
- параметр и значение, взятые с чертежа, вместе с номером чертежа и позицией;
- тип прибора, его заводской номер и дату поверки или калибровки;
- базовую длину и длину оценки, использованные при замере;
- места и число замеров — в идеале с эскизом или отметкой на детали;
- результаты каждого замера, а не только среднее;
- кто и когда измерял;
- как разрешается спор: чьим прибором и по какой методике перемеряют деталь.
Со стороны заказа помогает несколько правил. Указывайте на чертеже знак, параметр и значение по ГОСТ 2.309-73 и, если это критично, базовую длину и вид обработки. Для ответственных поверхностей согласовывайте метод контроля заранее, до запуска, а не в момент приёмки. Если помимо шероховатости важны размеры и форма, эти вопросы решает уже другой контроль — например, КИМ-контроль отвечает за геометрию, а не за микрорельеф.
Дальше всё просто: пришлите чертёж или 3D-модель на изготовление деталей по чертежам и укажите в нём требования по шероховатости — технолог подберёт вид обработки под заданное Ra и уточнит, как удобнее проверять поверхность на приёмке. Если сомневаетесь, достижимо ли значение на вашем материале, отправьте чертёж на расчёт с пометкой о требованиях к контролю: обсудить это до запуска дешевле, чем после первой партии.