Содержание10
Ra — это среднее арифметическое отклонение профиля поверхности от средней линии, измеряется в микрометрах. Проще: насколько в среднем «горки» и «ямки» микрорельефа отходят от условной ровной линии. Чем меньше Ra, тем глаже поверхность. На чертеже число Ra стоит рядом со знаком шероховатости, и от него зависит, хватит ли токарного станка или деталь пойдёт на шлифовку.
Коротко: Ra 12,5 — грубая поверхность после черновой обработки, Ra 3,2–1,6 — чистовое точение и фрезерование, Ra 0,8–0,4 — шлифование, Ra 0,2 и ниже — тонкое шлифование и полировка. Каждый шаг к меньшему Ra добавляет операцию и цену. Значок и кружок в нём разобраны в статье об обозначении шероховатости, таблица классов — в статье «Шероховатость по ГОСТ 2789».
Ra шероховатость: определение и что оно описывает
Любая обработанная поверхность под микроскопом — это микронеровности: следы зубьев фрезы, гребешки от резца. Ra (от англ. roughness average) измеряет среднюю высоту этих неровностей по ГОСТ 2789-73. Параметр определяют на базовой длине и выражают в микрометрах: 1 мкм = 0,001 мм.
Ra описывает шероховатость — это не то же самое, что допуск размера. Деталь может быть выдержана по диаметру с точностью ±0,01 мм, но при этом иметь грубую поверхность Ra 6,3. Размер отвечает за «попадание в чертёж», шероховатость — за «как поверхность работает»: трение, уплотнение, усталостную прочность, внешний вид. Как назначают допуски размеров — в отдельной статье про допуски на чертеже.
Как считают Ra: формула и пример на восьми точках
Профилометр снимает профиль поверхности вдоль линии и вычисляет Ra как среднее значение модуля отклонений от средней линии: Ra = (1/l) × ∫|y(x)| dx, где l — базовая длина, y — отклонение профиля в точке. В переводе на бытовой язык: берём все отклонения вверх и вниз, отбрасываем знак и усредняем.
Для наглядности возьмём восемь точек профиля. Отклонения от средней линии в микрометрах: +2, −1, +3, −2, +1, −3, +2, −1. Складываем модули: 2 + 1 + 3 + 2 + 1 + 3 + 2 + 1 = 15, делим на восемь — получаем Ra ≈ 1,9 мкм. Одиночный пик в +3 мкм на результат почти не повлиял, потому что усреднение его сгладило. Поэтому Ra хорошо описывает поверхность в целом, но плохо замечает единичную глубокую риску.
Базовая длина зависит от диапазона Ra: чем грубее поверхность, тем длиннее участок, на котором её оценивают. Для Ra от 0,1 до 2 мкм это 0,8 мм, для Ra от 2 до 10 мкм (сюда попадают 3,2 и 6,3) — 2,5 мм, для ещё более грубых — 8 мм.
Шкала Ra: от черновой до зеркала
| Ra, мкм | Чем достигается | Где применяют |
|---|---|---|
| 12,5–6,3 | черновое точение, фрезерование | необработанные базы, неответственные поверхности |
| 3,2 | получистовая обработка | неответственные сопрягаемые поверхности |
| 1,6 | чистовое точение и фрезерование | большинство рабочих поверхностей, неподвижные посадки |
| 0,8 | тонкое чистовое, чистовое шлифование | подвижные посадки, уплотнительные пояски |
| 0,4 | шлифование, хонингование | посадочные под подшипники, направляющие |
| 0,2–0,1 | тонкое шлифование, полировка, притирка | плунжерные пары, зеркала, оптика, уплотнения |
Ra против Rz: чем отличаются и когда какой указывать
Кроме Ra на чертежах встречается Rz — высота неровностей по десяти точкам (сумма средних значений пяти наибольших выступов и пяти наибольших впадин). Это другой параметр, и их нельзя пересчитывать линейно: ориентировочно Rz ≈ 4–5 × Ra для типовой обработки, но точного коэффициента нет. Если в чертеже стоит Rz — измеряют и нормируют именно Rz, не подменяя его на Ra.
| Параметр | Что считает | Чувствительность к пикам | Когда указывают |
|---|---|---|---|
| Ra | среднее арифметическое отклонение профиля | низкая, пики усредняются | большинство механически обработанных поверхностей |
| Rz | высота неровностей по десяти точкам | высокая, реагирует на отдельные пики и впадины | грубые поверхности, литьё, поверхности с требованием по глубине рисок |
Ra 3,2 и Ra 6,3: что это за поверхность
Ra 6,3 — получистовая обработка: следы резца или фрезы хорошо видны и ощутимы пальцем. Так обрабатывают торцы, фаски, несопрягаемые поверхности, где гладкость ничего не решает. Ra 3,2 — чистовое точение или фрезерование на умеренной подаче: риски мелкие, поверхность выглядит однородной. Эти значения не требуют шлифования, поэтому именно они чаще всего стоят на чертежах «по умолчанию» для необязательных поверхностей. Если сомневаетесь, какое значение ставить, начните с Ra 3,2 и ужесточайте только там, где поверхность реально сопрягается или уплотняется.
Чем измеряют Ra
- Профилометр с щупом. Алмазная игла скользит по поверхности, прибор считает Ra и Rz. Измеряют поперёк следов обработки, потому что вдоль них шероховатость заметно ниже. Это основной способ для приёмки по протоколу.
- Образцы шероховатости. Набор эталонных пластин для точения, фрезерования, шлифования; проверяемую поверхность сравнивают с ними на глаз и на ощупь. Быстро и без прибора, но число получить нельзя.
- Оптические приборы. Бесконтактно измеряют мягкие и тонкие поверхности, где игла оставит след.
Как назначить Ra и не переплатить
Главное правило: назначайте жёсткую шероховатость только там, где она работает. Каждый шаг от Ra 1,6 к Ra 0,4 — это переход с точения/фрезерования на шлифование, то есть отдельная операция, оснастка и контроль.
- Не уплотняющая и не подвижная поверхность — достаточно Ra 3,2–1,6, это «бесплатный» результат чистовой обработки.
- Посадка под подшипник, направляющая, шток — Ra 0,8–0,4, нужна шлифовка.
- Уплотнение, плунжер, зеркало — Ra 0,2 и ниже, полировка или притирка.
- Внешний вид — отдельно решается полировкой, пескоструем или анодированием, а не ужесточением Ra по всей детали.
Шероховатость — самый недооценённый пункт сметы. Указать Ra 0,4 на всех поверхностях «чтобы наверняка» означает оплатить шлифовку там, где хватило бы точения. Простановка Ra по месту работы экономит больше, чем торг по цене. Подробно про структуру цены — в статье от чего зависит цена детали.
Чем достигается шероховатость
- Точение и фрезерование — рабочий диапазон до Ra 1,6, чистовыми режимами и острым инструментом — до Ra 0,8.
- Шлифование — Ra 0,8–0,2: круглое для валов, плоское для плоскостей.
- Хонингование, притирка, полировка — Ra 0,1 и ниже, вплоть до зеркала.
Поэтому маршрут детали с жёсткой шероховатостью обычно двухэтапный: сначала точение или фрезерование в размер с припуском, затем шлифовка набело. Чистовое точение само по себе выходит на Ra 0,4 для тел вращения.
Как обозначают и контролируют
Шероховатость ставят значком по ГОСТ 2.309 (виды знака и кружок в нём) с числом Ra на той поверхности, к которой требование относится; общая шероховатость детали выносится в правый верхний угол чертежа. Контролируют Ra профилометром, а геометрию и размеры — на координатно-измерительной машине; как мы подтверждаем размеры по чертежу, описано в статье контроль на КИМ.
Как заказать деталь с нужной поверхностью
Проставьте Ra по месту работы поверхности — и пришлите чертёж на изготовление деталей по чертежам. Технолог подберёт маршрут: где хватит чистового точения или фрезерования, а где нужна шлифовка, и посчитает цену с учётом всех операций. Если сомневаетесь, какая шероховатость нужна, — укажите назначение поверхности, и мы подскажем оптимум.