Профиль поверхности и Реальный профиль

Шероховатость поверхности в техническом смысле обычно ограничивают реальными поверхностями, полученными в результате механической обработки твердых тел, причем рассматриваемые площади составляют обычно от нескольких квадратных миллиметров до нескольких квадратных сантиметров.

При рассмотрении наиболее характерных особенностей микрогеометрии удобно обратиться к профилю поверхности. Представим себе, что участок поверхности твердого тела рассечен вертикальной плоскостью так, что граница этого сечения может быть изучена в направлении, перпендикулярном плоскости М. Тогда линия границы пересечения поверхности с секущей плоскостью в общем случае будет представлять собой кривую линию, которая называется профилем данного участка поверхности.

Отсутствие в свое время приборов, позволявших во всех подробностях и с должным увеличением получать профиль поверхности, заставляло исследователей прибегать к реальному сечению исследуемой поверхности. Например, так поступали при исследовании структуры поверхности шлифованного стекла. Поверхность стекла, полученная путем совместной шлифовки двух кусков стекла, которые находились на оптическом контакте. Расчленив оба куска после обработки и рассматривая границу (ребро) в микроскоп, можно видеть неровности в сечении, перпендикулярном исследуемой поверхности.

Сопоставление получаемого профиля с условиями технологии обработки поверхности позволяет вскрыть особенности и механизм самой обработки. В связи с приведенными выше соображениями в ГОСТ 2789-59 на шероховатость введено не одно понятие профиля, в частности, измеренный профиль и реальный. Измеренный профиль – это такой, который можно получить с помощью современной аппаратуры с наивысшей достижимой точностью, т. е. это профиль, изображаемый данной аппаратурой с данной разрешающей способностью.

Реальный профиль

Профиль поверхности, представляемый в виде кривой линии, и его отдельные элементы могут быть отождествлены с определенным строением поверхности или, как иначе говорят, с микрогеометрией ее. Однако сопоставления как по высоте неровностей, так и по значению шагов ограничены и определяются возможностями аппаратуры различать местонахождение отдельных точек профиля, причем часто эта возможность в двух взаимно перпендикулярных направлениях оказывается различной.

Реальный профиль – это профиль, присущий поверхности вне зависимости от метода исследования, иначе говоря, профиль, определяемый технологией его образования или предусмотренный чертежом. Пользуясь более или менее совершенной аппаратурой, можно с различной степенью точности приблизиться к изображению реального профиля. Два профиля некоторого участка поверхности, полученные с помощью приборов, у которых разрешающая способность различна. Как уже было сказано, изображение профиля поверхности является одним из способов познания характерных особенностей микрогеометрии поверхности.

Так как степень шероховатости, волнистости или отклонения от правильной геометрической формы определяется высотой неровностей, то для практического единообразного определения этих высот следует принять за основу какую-то базу, от которой и отсчитывать их. Очевидно, за такую базу удобно принять поверхность, определяющую геометрическую форму исследуемого тела. Однако необходимость отделения шероховатости от волнистости и волнистости от макрогеометрии заставляет выбирать в пределах рассматриваемого участка форму поверхности или форму линии профиля определенной конфигурации.

Для простейшего случая профиля такой линией будет отрезок прямой, параллельный линии, определяющей геометрическую форму данного тела в рассматриваемом сечении.

Мелкие неровности

В общем же случае удобнее пользоваться так называемой огибающей линией. Если изучать поверхность инструмента с малой поперечной разрешающей способностью, например ощупывать ее иглой с большим радиусом закругления, то неровности, определяемые шероховатостью, вовсе не будут зарегистрированы.

Мелкие неровности видны подробнее, что говорит о лучшем приближении в первом случае к реальному профилю, об истинной конфигурации которого имеет смысл говорить только в пределах установленных выше областей неровностей. Так, если говорить о профиле поверхности в пределах области шероховатости при приближении измеренного профиля к реальному с точностью менее 1%, то их можно практически отождествлять. По характеру профиля различных участков поверхности, полученного, кроме того, в различных направлениях, судят о состоянии и микрогеометрии всей поверхности в целом.

Тогда инструмент опишет некоторую огибающую линию, своей формой характеризующую волнистость и отступление от правильной геометрической формы поверхности. При отсутствии волнистости и других видов неровности, кроме шероховатости, огибающая линия при таком радиусе иглы превращается в прямую. Степень шероховатости в этом случае определяется глубиной неровностей, причем она может быть охарактеризована как максимальным, так и средним значением для выбранного участка профиля.

От выбора такой базы зависит система отсчета высот неровностей, способ вычисления критериев шероховатости и методика измерения, а следовательно, и конструкция аппаратуры. Следует указать на несколько способов или принципов выбора системы отсчета и баз, относительно которых необходимо рассматривать элементы профиля или элементы изучаемой поверхности.

Огибающая линия, полученная в результате обкатывания круга радиусом по поверхности.

Из сказанного следует, что если мы будем измерять высоты неровностей от линии, представляющей собой огибающую, то степень шероховатости, вычисляемая на основании этих измерений, не будет зависеть от волнистости и отклонений от правильной геометрической формы. Действительно, всякое количественное определение шероховатости должно основываться на выборе определенной системы измерений и, значит, на выборе необходимой базы, от которой могут быть отсчитаны величины (главным образом высоты неровностей), определяющие шероховатость.

Когда вопрос о микрогеометрии поверхности еще только начинали рассматривать, Шмальц в работе исходил из предпосылки, что шероховатость следует представлять себе как совокупность микронеровностей на участке поверхности площадью не более 1 мм2. В то же время средние размеры большинства деталей машин значительно превышают эту величину. Причем, рассматривая такой участок, пренебрегают кривизной поверхности, считая ее плоской. Тогда и сечение этого участка плоскостью согласно определению профиля поверхности даст при отсутствии неровностей прямую линию.

Для того чтобы оградить наблюдателя от возможных систематических погрешностей при определении числовых значений, характеризующих шероховатость, прямолинейную базу делают переменной и зависимой от самой шероховатости. Задача определения величин, характеризующих шероховатость, становится при этом неопределенной. Действительно, критерий шероховатости является функцией базовой длины, т. е. в свою очередь. Такие уравнения могут быть решены только методом последовательных приближений.

Это положение удовлетворяло технологию машиностроения, особенно для шероховатостей средних классов, т. е. для шероховатостей с высотой неровностей порядка нескольких микрометров.