Классы чистоты обработки металла

После обработки изделий и конструкций из металла качество выполненных работ оценивают, присваивая им определенный класс чистоты. Этот параметр определяет рабочие и внешние свойства деталей, а также их износостойкость.

Классы чистоты обработки металла позволяют определить, соответствуют ли готовые изделия из материалов установленным стандартам. Основным критерием определения качества является степень шероховатости, которая отражает неровности на поверхности, высоту их выступа и распространенность на исследуемой площади.

Критерии оценки качества поверхности металла

Изделия из металлов обрабатывают на специальном оборудовании механическими способами. В результате такого воздействия на поверхности остаются неровности, из-за которых она приобретает неоднородность.

В верхних слоях металла образуется остаточное напряжение, и на определенных глубинах твердость имеет разные значения. Это становится причиной упрочнения или наклепа. Перечисленные явления отрицательно сказываются не только на внешнем виде, но и на эксплуатационных характеристиках деталей.

Оценка качества поверхности элементов, изготовленных из металлов, имеет важное значение для ряда отраслей промышленности: медицинской, автомобильной, авиационной, электронной, строительной.

Чтобы определить итоговое качество деталей из металла, ориентируются на их физические и геометрические параметры.

Физические параметры

В данном случае оценивают соотношение физических и механических свойств на наружной и центральной частях металлических изделий.

При механической обработке заготовок из металла их поверхность подвергается особым изменениям, в результате которых внешняя часть становится более прочной, и в ней образуются внутренние напряжения. Перечисленные изменения снижают класс обработки металла, так как происходит уменьшение усталостной прочности деталей. Результат – уменьшение срока службы изделий из металла и потребность в их скорой замене.

Микрогеометрические показатели

Микрогеометрия – это один из важных параметров, определяющих класс чистоты обработки металла. Данное значение зависит от того, есть ли на поверхности изделий выпуклости или впадины, и насколько они выражены.

При первичной обработке заготовок зубчатой фрезой, когда применяются большие обороты, на поверхности остаются дефекты в виде участков неровностей. Они видны даже невооруженным глазом и ощущаются при прикосновении. На следующих этапах обработки, когда применяются малые обороты и небольшая глубина реза, на поверхности образуются незначительные изъяны. Они практически незаметны и почти не чувствуются на ощупь.

Микрогеометрия поверхности изделий из металла зависит от таких критериев, как:

• геометрия фрезы, используемой для механической обработки, ее качество и степень износа;
• вибрации, возникающие при недостаточной жесткости обрабатывающего оборудования;
• установленные рабочие параметры фрезерной машины;
• несочетаемость определенного вида материала с выбранным типом обработки.

Шероховатость и ее влияние на эксплуатационные свойства металлических деталей

Шероховатость поверхности металлических заготовок – результат механической обработки, связанный с типом и состоянием режущего инструмента, физическими изменениями, происходящими в глубоких слоях материала, а также с другими факторами.

Если не выполнить обработку деталей с чрезмерной шероховатостью и установить их в оборудование, то это может вызывать такие последствия:

• неправильное сочленение отдельных элементов;
• повышенный износ выступающих частей детали;
• снижение прочности соединений;
• проблемы при нанесении лака или гальванических покрытий на поверхности;
• допущение ошибок при проведении геометрических измерений деталей;
• снижение степени жесткости на участках стыков;
• разрушение уплотнений, которые сопрягаются с поверхностями валов;
• окисление металла.

Категории чистоты обработки металлов

Состояние поверхности напрямую определяет качественные показатели металлической заготовки и категорию чистоты ее обработки. Различают 4 основные категории чистоты обработки:

1. Грубая. Дефекты на поверхности деталей заметны невооруженным глазом. Такой результат связан с обработкой изделий крупным напильником, а также ножами, фрезой или сверлами на первом этапе обработки.
2. Получистая. Поверхность имеет средний уровень шероховатости. Она отличается приемлемой гладкостью, дефекты практически незаметны или незаметны вообще при визуальном осмотре. Получистые поверхности получают, используя более тонкие методы обработки и более точные инструменты. Для этого применяют точечное шлифование с использованием особых абразивных материалов.
3. Чистая. При визуальной и тактильной оценке поверхностей невозможно обнаружить дефекты. Результата достигают благодаря тщательной обработке: детали дополнительно шлифуют, используя абразивы с мелким зерном, а также специальные пасты.
4. Очень чистая. Такая поверхность является эталонной, имеет чистоту высшего уровня. Обработка выполняется максимально точно. Поверхности обрабатывают напильниками малых размеров, выполняют притирку, используют ультрафинишные абразивные составы.

Производителям необходимо правильно подбирать технологию обработки, чтобы получить поверхность нужного класса чистоты.

Классы обработки поверхности металлических изделий

Система классов чистоты поверхности подразделяется на 14 классов обработки. Первый класс отвечает наиболее грубо обработанной поверхности, четырнадцатый, соответственно, максимально чистой, эталонной. Все классы обладают своими характеристиками.

Разработана специальная таблица с указанием таких классов, а также параметров, которые определяют тот или иной номер.

В разработанной таблице указаны такие параметры, как:

• L – длина поверхности детали (измеряется в мм);
• Rz – высота дефекта, неровности (мкм);
• Ra – среднеарифметический показатель отклонения профиля (мкм).

Значение Ra указывает на уровень шероховатости поверхности.

Ниже представлена таблица, в которой содержатся все необходимые значения. При ее использовании нужно учесть, что в качестве контрольного параметра стоит использовать Ra, а не Rz.

В металлообрабатывающей отрасли самыми востребованными классами чистоты являются номера от 6 до 10. Они сочетают приемлемые значения шероховатости и адекватную стоимость. Самых высоких показателей требуют такие ответственные отрасли промышленности, как медицинская, электронная и авиационная.

На производствах, при определении нужного класса чистоты, дополнительно нужно принимать во внимание условия эксплуатации металлических деталей, действие факторов окружающей среды, требования к коррозионной стойкости.

Методы оценки степени шероховатости

Для определения неровности поверхности применяют различные методики. Эта процедура может выполняться поэтапно, путем сравнения отдельных параметров либо комплексно, с применением сравнительного анализа исследуемого образца с установленным эталоном.

Также определение уровня шероховатости изделий может осуществляться как визуально, так и с применением специальных приборов и оборудования.

Поэлементный метод на сегодня является наиболее точным. Он реализуется такими способами, как:

1. Щуповой. Метод относится к контактным. Он предусматривает использование профилометра – прибора, состоящего из чувствительного датчика и тонкой алмазной иглы. Игла перемещается по исследуемой поверхности и выявляет неровности, даже если они имеют микроскопические размеры.
2. Оптический. В отличие от щупового метода, оптический не предусматривает непосредственного контакта элементов оборудования с поверхностью, подлежащей контролю.

Оптический метод реализуется разными способами. Это:

1. Световое свечение. В этом случае тонкий, направленный пучок света направляют на поверхность металлического изделия под определенным углом. Когда свет отражается от поверхности, образуется полоса. Если она ровная, то шероховатости отсутствуют, если искривленная – дефекты присутствуют.
2. Теневой метод. Этот способ практически повторяет предыдущий, но имеет одно отличие: возле исследуемой детали устанавливают линейку со скошенным краем. Таким образом, направленный луч света будто срезается ребром линейки. Таким образом, тень, которая падает на деталь, в полностью копирует ее форму. В дальнейшем ее внимательно изучают под микроскопом для получения точной информации о состоянии поверхности.
3. Растровый. Метод предусматривает использование стекла с сеткой. Его прикладывают к поверхности металлической детали и затем подают в эту область направленный луч света. На поверхности стеклянной пластины появляются полосы, которые накладываются на реальные контуры. По ним можно судить о том, есть ли на поверхности дефекты. Для более детального исследования используют специальный микроскоп.
4. Микроинтерференционный. В данном случае для исследования качества поверхностей используют комплексный прибор, который состоит из интерферометра и микроскопа. С помощью такого оборудования создают общую картину поверхности металлического элемента и определяют дефекты, их частоту и выраженность.

Если необходимо оценить класс чистоты обработки металла на труднодоступных участках, а также деталей сложной формы, используют метод слепков. В этом случае подготавливают негативные копии деталей на основе гипса или воска, а затем исследуют готовые изделия щуповым методом. Метод слепков не является самостоятельным, а выполняет вспомогательную функцию.

Категории и классы чистоты поверхностей металлических изделий были внедрены для того, чтобы стандартизировать нормы для оценки качества. На них ориентируются при проверке готовых деталей, в целях недопущения свободного обращения некачественных элементов с дефектами, влияющими на работу целых агрегатов и их комплексов.