Сопоставление результатов измерений критериев шероховатости различными методами

Было найдено, что для различных технологических процессов и различной степени шероховатости необходимо принимать в расчет от 3-4 (для более или менее регулярных и однородных поверхностей средних и низких классов) и до 6-8 базовых длин (для высоких классов чистоты поверхности). Если кривая профиля не представляет собой правильной геометрической фигуры, то вычислить площади можно легко с помощью планиметра, обводя контур фигуры, ограниченной кривой профиля, вспомогательной линией и двумя ординатами. Тогда значение может быть вычислено, где площади фигур выше средней линии; площади фигур ниже средней линии; базовая длина; масштаб вертикального увеличения профилограммы.

Особое значение интерпретация получаемых результатов приобретает при сравнении показаний различных приборов и сопоставлении вычислений критериев шероховатости, выполненных различными методами. Исследования, проведенные во ВНИИК Б. С. Давыдовым по сопоставлению результатов определений критерия с помощью щуповых и оптических приборов, показали, что систематические расхождения достигают 60-80% Для высоких классов чистоты.

. Измерения проводились на профилометрах типа «Аб-бот», КВ-7, на двойном микроскопе МИС-11 и микроинтерферометре типа МИИ-4. Приведен график, на котором по оси абсцисс отложены значения критерия, а по оси ординат – отношение по данным Б. С. Давыдова. Из рассмотрения расположения точек на графике видно, что для различных образцов и видов обработки имеет место расхождение в определении, но это расположение обнаруживает систематический характер и всегда показания щуповых приборов оказываются меньшими, чем оптических.

Для исследований были взяты различные поверхности технологического профиля и образцы различных материалов

Основное объяснение этого явления заключается в том, что при ощупывании неровностей поверхностей иглой с радиусом закругления 10 мкм имеет место «недоощупывание», которое становится особенно заметным при малых величинах неровностей, т. е. при измерениях степени шероховатости поверхности высоких классов чистоты.

Кроме того, при ощупывании поверхностей из сравнительно мягких материалов регистрируемые неровности искажаются из-за частичного внедрения алмазной иглы в глубь поверхности. Разбросы точек, относящиеся к одним и тем же образцам, могут быть объяснены неоднородностью самих образцов и невозможностью точного определения с помощью оптических приборов критериев шероховатости образцов с технологическим профилем.

Более точные результаты, полностью подтверждающие замеченные расхождения, были получены автором при сравнении показаний профилометра типа ПЧ-2 с точно вычисленными критериями на основе измерений параметров шероховатости образцов с регулярным профилем. Для нескольких образцов различных классов чистоты значения были вычислены по измеренным высотам неровностей интерференционным методом и сравнены с показаниями профилометра. Полученные результаты (большие кружки) нанесены на тот же график.

Линия характеризует систематические расхождения между показаниями щуповых и оптических приборов. Видимо, для согласования показаний различных приборов необходимо ввести поправку в показания щуповых приборов на «недоощупывание».

Как уже упоминалось, для анализа совокупности неровностей представляет интерес система изображения профильных кривых и профиля поверхности как суммы гармонических колебаний, т. е. представления уравнения поверхности, уравнения кривой профиля в виде гармонического ряда Фурье.

Технологический процесс обработки поверхности

При этом, пользуясь коэффициентами ряда Фурье, можно всегда восстановить профиль и представить его в виде определенных соотношений гармониками этого ряда. Однако такое представление профильной кривой большим числом отдельных гармоник со значениями коэффициентов, частот и фаз достаточно сложно и, кроме того, затруднительно. Поэтому более простым и в то же время подобным методом интерпретации совокупности неровностей можно считать частотные характеристики, являющиеся аналитическим выражением совокупности неровностей через частоты появления на поверхности отдельных неровностей.

Так как всякий технологический процесс обработки поверхности связан с периодическим появлением неровностей, вызванным последовательным возникновением отдельных их элементов, то расстояния между появляющимися на поверхности неровностями подчиняются некоторому закону. Например, в случае обработки поверхности точением, расстояния между неровностями определяются скоростью резания, подачей на один оборот обрабатываемого изделия. То же можно отнести и к другим видам механической обработки (строганию, фрезерованию и т. д.).

Всегда можно найти основную часть расстояния между неровностями, характеризующую появление неровностей, типичных для данного технологического процесса. Наряду с этим могут появляться различного вида другие, менее характерные, на первый взгляд, неровности вследствие пластических деформаций металла, несовершенства инструмента и т. п.

Если представить себе графически распределение высот неровностей в зависимости от частоты их появления на единицу длины поверхности, то они расположатся совершенно определенным образом, отличным для каждой поверхности. Графически расположение неровностей может быть получено только с помощью гармонического анализа профиля поверхности.