CHROP.DOC

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

              Politechnika Poznańska

              Pl. Skłodowskiej-Curie 5

              61-542 POZNAŃ

              tel./fax (0-61) 83-13-268

Temat:

POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

Materiały pomocnicze do zajęć laboratoryjnych z metrologii

Zeszyt 9

Temat ćwiczenia:

POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

Cel ćwiczenia:

1. Nabycie umiejętności praktycznych pomiaru elementów struktury geometrycznej

powierzchni.

2.                 Zapoznanie się z podstawowymi pojęciami opisującymi chropowatość powierzchni.

3. poznanie oznaczeń stanu powierzchni stosowanych w dokumentacji technicznej.

4. Poznanie przyrządów służących do pomiaru chropowatości i falistości oraz sposobów i techniki pomiarów tych wielkości.

5. Metodyki opracowania danych pomiarowych.

Zadania pomiarowe

Zadanie 1:    Pomiar dziesięciopunktowej wysokości chropowatości Rz za 

                     pomocą mikroskopu Schmaltza.

Zadanie 2:     Na podstawie otrzymanego profilogramu z przyrządu ME 10 obliczyć parametry: Rz, Rmax oraz narysować krzywą nośności.

POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

1. Wstęp

Znajomość stanu geometrii powierzchni jest konieczna dla konstruktora i technologa, którzy ustalają i potem realizują określone kształty geometryczne części wchodzących w skład zespołu czy gotowego wyrobu (maszyna, urządzenie). Prawidłowy dobór wymagań, związanych z wykończeniem powierzchni części maszyn z uwzględnieniem strony techniczno-ekonomicznej, jest oczywisty. Powierzchnia części maszyn, otrzymana w procesie wytwarzania, charakteryzuje się występującymi nierównościami, różnymi co do wartości i kierunku, zależnie od zastosowanego sposobu obróbki. Chropowatość powierzchni może wpływać ujemnie na własności użytkowe części, np. zmniejszając odporność na zużycie, korozję czy wytrzymałość zmęczeniową materiału części. Stąd ogólną dążność do uzyskiwania kontrolowanej chropowatości, optymalnej dla danych warunków pracy części maszyn.

2. Charakterystyka ogólna powierzchni

Pod względem geometrycznym powierzchnię charakteryzują następujące wybrane główne cechy i parametry:

Rys. 2.1. Struktura geometryczna powierzchni. Dane orientacyjne do kwalifikacji: S/R>1000 – błąd kształtu, S/R³40 – falistość powierzchni (oraz gdy występują co najmniej trzy fale), S/R<40 – chropowatość powierzchni

a) błąd kształtu jako odmiany np. powierzchnia płaska lub o zarysie prostoliniowym, wypukłym, wklęsłym;

b) falistość powierzchni (parametr Wz, Wmax , Sw);

c) chropowatość powierzchni (parametr Rz, Ra, Rmax, Sc);

d) kierunkowość struktury geometrycznej, w tym jednorodność i równomierność struktury geometrycznej powierzchni;

e) wady struktury geometrycznej powierzchni;

f) nośność powierzchni (udział nośny NL – literatura poz. [7]) ;

g) refleksyjność powierzchni.

Zależnie od wymiarów i kształtu nierówności występujących na powierzchni, częściowe rozróżnienie poszczególnych cech można przeprowadzić na podstawie danych wg rys. 2.1.

Ocenę kierunkowości struktury geometrycznej przeprowadza się w oparciu o przyjęte wg PN nazwy i oznaczenia (patrz tab. 1).

W dalszej części ćwiczenia omawiane będą w zasadzie zagadnienia związane tylko z chropowatością, falistością powierzchni oraz podane zostaną główne wady struktury geometrycznej powierzchni, w nawiązaniu do obowiązujących ustaleń zawartych w PN.

3. Wiadomości podstawowe

3.1. Chropowatość powierzchni

Chropowatość powierzchni – jest to zbiór nierówności powierzchni rzeczywistej, określanych jako odchyłki profilu, mierzonego od linii odniesienia – w granicach odcinka, na którym nie uwzględnia się odchyłek kształtu i falistości (rys. 2.1).

3.2. Linia odniesienia

Linia odniesienia, w przyjętym i obowiązującym u nas układzie odniesienia – tzw. systemie M, jest linią średnią profilu, o ukierunkowaniu profilu nominalnego, dzielącą ten profil tak, że w granicach odcinka elementarnego suma kwadratów odległości punktów profilu do tej linii jest minimalna (rys. 3.1):

y12 + y22 + y32 + ... + yn-12 + yn2 = min.

Sposób wyznaczenia położenia linii średniej (przybliżony), polega na poprowadzeniu dowolnie wybranej linii x-x równolegle do ogólnego kierunku zarysu chropowatości. Następnie należy podzielić odcinek pomiarowy Lc na n równych części, mierząc w miejscach podziału odległości yn zarysu od linii x-x.

Rys. 3.1. Określenie położenia linii średniej 

Odległość linii średniej od linii x-x w przybliżeniu jest określona zależnością:

Stopień przybliżania zwiększa się, gdy zostaje zagęszczona ilość odczytów rzędnych yi (rys. 3.2).

Rys. 3.2. Uproszczony sposób znajdywania położenia linii średniej oraz interpretacja geometryczna parametru Ra

3.3. Odcinek pomiarowy Lc

Odcinek pomiarowy chropowatości Lc – jest to długość odcinka linii odniesienia, konieczna do określenia parametrów chropowatości powierzchni. Odcinek Lc może zawierać jeden lub więcej odcinków elementarnych le (rys. 3.3).

Rys. 3.3. Odcinek pomiarowy Lc na profilogramie złożony z odcinków elementarnych oraz położenie linii średniej

3.4. Odcinek elementarny le

Odcinek elementarny le – jest to znormalizowana długość linii odniesienia, wybierana do określania chropowatości powierzchni bez uwzględnienia falistości i odchyłek kształtu.

3.5. Odstęp chropowatości Sm

Odstęp chropowatości Sm – długość odcinka linii średniej, ograniczona przez punkty jej przecięcia z dwiema sąsiednimi częściami profilu, mającymi w tych punktach pierwszą pochodną tego samego znaku (rys. 3.1).

3.6. Podziałka chropowatości Sc

Podziałka chropowatości Sc – średni odstęp chropowatości w obrębie odcinka pomiarowego:

3.7. Parametry chropowatości Re; Rz; Rmax; Rt; Rp

Średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej Ra (µm) – średnia odległość punktów (y1, y2, ..., yn) profilu od linii średniej, na długości odcinka elementarnego le. Odchylenie sumuje się bez względu na znak algebraiczny według zależności:

- ogólnie:

- w przybliżeniu:

- roboczo z profilogramu (wg rys. 3):

[µm]

Zmierzoną wartość parametru Ra należy podawać z przyjętą długością odcinka elementarnego i pomiarowego. Parametr Ra przyjmuje się do stosowania jako podstawowy, w pierwszej kolejności uprzywilejowania.

Dziesięciopunktowa wysokość chropowatości Rz – jest to średnia różnica odległości pięciu najwyżej położonych wierzchołków od pięciu najniżej położonych wgłębień profilu, zaobserwowanych na długości odcinka co najmniej elementarnego le, mierzona od linii równoległej do linii średniej (rys. 3.4):

Rz = [(R1 + R3 + R5 + R7 + R9) - (R2 + R4 + R6 + R8 + R10)]   [µm]

Parametr Rz przyjmuje się do stosowania jako uzupełniający, w drugiej kolejności uprzywilejowania.

Rys. 3.4. Wyznaczanie parametru Rz oraz Rmax

Największa wysokość chropowatości Rmax – jest to odległość między dwoma liniami równoległymi do linii średniej m, z których jedna przechodzi przez najwyższy wierzchołek nierówności, a druga przez najniżej położony punkt przegięcia wgłębienia profilu, zaobserwowanego na długości odcinka elementarnego le (rys. 5). W technice pomiarów chropowatości powierzchni stosowane są zagraniczne przyrządy pomiarowe, umożliwiające pomiar według parametrów Rp oraz Rt.

Tabela 2

Parametr Rt – odpowiada naszemu Rmax.

Parametr Rp – jako średnia głębokość profilu poniżej linii wierzchołków, jest równy odległości między linią wierzchołków i linią średnią.

Znormalizowane wartości liczbowe parametrów chropowatości podają tabele 3 i 4.