ГОСТ 2789-73

Технические характеристики

Шероховатость рассматривают как совокупность неровностей с относительно малым шагом, измеренных на базовой длине l. Более длинные отклонения формы и волнистость должны быть отделены фильтрацией профиля: смешать их с шероховатостью несложно, а получить после этого спорный протокол контроля — ещё проще.

• $R_a$ — среднее арифметическое абсолютных отклонений профиля от средней линии. Это основной нормируемый параметр для большинства посадочных, скользящих и уплотняемых поверхностей:

$$R_a = \frac{1}{l}\int_0^l |y(x)|\,dx$$

Значение выражают в микрометрах. Чем меньше $R_a$, тем меньше средняя высота микронеровностей, но один этот параметр не показывает наличие отдельных задиров, рисок или острых пиков.

• $R_z$ — высота неровностей профиля по десяти точкам: сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов и глубин пяти наибольших впадин в пределах базовой длины:

$$R_z = \frac{\sum_{i=1}^{5}|y_{pi}|+\sum_{i=1}^{5}|y_{vi}|}{5}$$

Параметр чувствительнее $R_a$ к единичным выраженным вершинам и впадинам. Его рационально задавать для поверхностей, где критичны задиры, концентрация контактных напряжений или удержание смазки.

• $R_{max}$ — наибольшая высота профиля на базовой длине, то есть расстояние между высшей точкой выступа и низшей точкой впадины. Параметр применяют, когда недопустим даже один глубокий дефект, например на кромках уплотнений, зеркалах гидроцилиндров и контактных дорожках.

• $S_m$ — средний шаг неровностей профиля, а $S$ — средний шаг местных выступов. Эти параметры описывают не высоту, а частоту расположения микронеровностей. Две поверхности с одинаковым $R_a$ и разным шагом ведут себя в трении по-разному: одна быстрее прирабатывается, другая интенсивнее изнашивает сопряжённую деталь.

• $t_p$ — относительная опорная длина профиля на заданном уровне сечения p:

$$t_p = \frac{\eta_p}{l}\cdot100\%$$

Здесь $\eta_p$ — суммарная длина участков материала профиля на выбранном уровне. Параметр полезен при оценке несущей способности поверхности, её приработки и способности удерживать смазку.

• Стандарт предусматривает предпочтительные ряды значений. Для $R_a$ применяют значения от 0,008 до 100 мкм, для $R_z$ — от 0,025 до 1600 мкм. Базовую длину выбирают по ожидаемой шероховатости: для поверхностей с малой шероховатостью (после чистовой обработки) используют 0,08–0,8 мм, для более грубых — 2,5–8 мм, а при больших значениях $R_z$ — до 25 мм.

Обозначение шероховатости на рабочих чертежах регламентируется ЕСКД, в частности ГОСТ 2.309. ГОСТ 2789-73 определяет, что именно означает назначенное значение $R_a$, $R_z$ или другого параметра. Подмена одного параметра другим без согласования недопустима: требование $R_a$ 0,8 мкм и $R_z$ 6,3 мкм не являются автоматически взаимозаменяемыми.

Промышленное применение

В точной механообработке $R_a$ обычно назначают для посадочных поверхностей валов, отверстий, направляющих, втулок и фланцев. Для деталей из стали, бронзы, алюминия и конструкционных пластиков параметр подбирают не «для красоты», а под функцию пары трения, герметичность либо точность базирования. Полированная поверхность не всегда полезна: в подшипниковом узле она может хуже удерживать смазку, а при сухом контакте полимерной детали со стальным валом повышается риск схватывания и локального нагрева.

В узлах скольжения из капролона, СВМПЭ, фторопласта и полиформальдегида шероховатость металлического контртела влияет на ресурс не меньше марки самого полимера. Слишком грубый вал работает как абразив и быстро снимает материал втулки. Слишком гладкий вал при неблагоприятной нагрузке и отсутствии смазки способен вызвать нестабильное скольжение, перегрев и перенос полимера на металл.

Для гидравлических штоков, уплотнительных посадок и зеркал цилиндров недостаточно ориентироваться только на среднее значение $R_a$. Здесь проверяют также $R_z$, $R_{\max}$ и направление рисок после шлифования. Одиночная глубокая риска, которую усреднённый параметр почти не заметил, сокращает ресурс манжеты значительно эффективнее любой рекламной формулировки о «чистой поверхности».

В пищевом и химическом машиностроении шероховатость определяет очищаемость, удержание загрязнений и устойчивость поверхности к коррозионному воздействию среды. На деталях из нержавеющей стали низкий $R_a$ снижает вероятность накопления продукта в микровпадинах, но не отменяет требований к сварным швам, пассивации и отсутствию пор. Шероховатость — лишь один элемент санитарной пригодности, не универсальная индульгенция.

Плюсы и минусы

• Плюс: $R_a$ даёт понятный и массово применяемый критерий контроля.
  Минус: одинаковый $R_a$ возможен у поверхностей с разной формой неровностей, шагом и наличием отдельных дефектов.

• Плюс: $R_z$ и $R_{\max}$ лучше выявляют высокие пики, глубокие риски и опасные впадины.
  Минус: эти параметры сильнее зависят от выбранного участка измерения и состояния измерительного наконечника.

• Плюс: $S_m$, $S$ и $t_p$ позволяют оценивать функциональность поверхности в контакте, а не только её «гладкость».
  Минус: для корректного назначения требуется понимать режим трения, смазку, нагрузку и материал контртела. Назначать их наугад — значит усложнить контроль без гарантии результата.

• Плюс: нормированные ряды значений упрощают согласование требований между конструктором, механообработкой и контролем.
  Минус: чрезмерно малое значение шероховатости увеличивает трудоёмкость обработки, а иногда ухудшает работу пары трения или уплотнения.

Совет технолога «ООО АВТЭКС»

Для втулки из конструкционного пластика недостаточно указать на чертеже «вал $R_a$ 0,8». Подбирают пару параметров вместе: материал вала, твёрдость, окружную скорость, давление, наличие абразива, температуру и смазку. Для большинства полимерных подшипников скольжения нужна поверхность без острых пиков и продольных рисок, а не предельно отполированный металл.

При расчёте посадки учитывают не только шероховатость, но и тепловое расширение, влагопоглощение и ползучесть полимера под постоянной нагрузкой. У капролона изменение влажности способно заметно изменить размер втулки, поэтому допуск, выбранный по сухой детали, в реальном узле иногда превращается в натяг. Шероховатость контртела в такой ситуации не исправит ошибку расчёта, но может ускорить её последствия.

Рационально указывать на чертеже параметр, базовую длину при необходимости и направление неровностей, если оно влияет на работу узла. Контроль проводят профилометром на очищенной поверхности, вдали от фасок, переходных радиусов и случайных повреждений. Замер по одному удобному месту не подтверждает качество всей партии — он подтверждает только качество одного удобного места.