Методы и средства оценки шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами: качественным и количественным.

Качественный метод оценки основан на визуальном сопоставлении обработанной поверхности с эталоном (образцом) поверхности невооруженным глазом или под микроскопом, а также по ощущениям при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем). Визуальным способом можно достаточно точно определять шероховатость поверхности, за исключением весьма тонко обработанных поверхностей. Эталоны, применяемые для оценки шероховатости поверхности визуальным способом, должны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь. Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением.

Количественный метод оценки заключается в измерении микронеровностей поверхности с помощью приборов: профилографа К. М. Аммона, профилографа Б. М. Левина (модели ИЗП-17 и ИЗП-5), двойного микроскопа и микроинтерферометра В. П. Линника, профилометра В. М. Киселева и др.

Схема профилографа Б. М. Левина (модель ИЗП-17) приведена на рис. 17. Луч света от лампы 1, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5, падает на зеркала 8 и 7. Зеркало 8 связано с ощупывающей иглой 9. Луч света, отраженный от зеркала 7 и затем от зеркала 8, проходит оптическую систему 6 и, попадая на зеркала 4 и далее на цилиндрическую линзу 14, проецирует изображение щели 3 на светочувствительную пленку 13, расположенную на барабане 12. Изображение щели проецируется в виде световой точки. Деталь 10, на поверхности которой измеряют шероховатость, располагается на верхнем диске предметного стола 11. При вращении синхронного двигателя стол вместе с деталью движется поступательно относительно иглы 9, а барабан 12 вращается.

Скорость снятия профилограммы можно менять, изменяя частоту вращения барабана. Скорость перемещения стола 11 не зависит от частоты вращения барабана 12, что обеспечивает получение трех горизонтальных масштабов с увеличением в 25 и 50 раз. Вертикальное увеличение в 250…5000 раз достигают сменой объектива 6 и установкой иглы 9 в различные отверстия рычага. От вертикального увеличения зависит максимальная высота микронеровностей, записываемая на барабане 12; от горизонтального увеличения зависит длина профилируемого участка (1,75…7 мм) исследуемой поверхности.

Принцип действия профилометра конструкции В. М. Киселева заключается в возбуждении колебаний напряжения в результате движений ощупывающей иглы. На рис. 18 приведена схема этого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным наконечником, радиус закругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижний конец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан с индукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полюсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемый этим перемещением ток подают на усилитель и затем на гальванометр. Перемещение иглы по поверхности осуществляют с помощью электропривода со скоростью 10…20 мм/с. Давление иглы на поверхность проверяемой детали составляет 5…25 кПа. При подключении к профилометру осциллографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.

Для измерения шероховатости предназначен также двойной микроскоп В. П. Линника (рис. 19). Прибор состоит из двух частей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б для наблюдения и измерения профиля поверхности. Оси обеих частей микроскопа, наклоненные под углом 45° к исследуемой поверхности, пересекаются между собой в предметной точке объективов.

В плоскости изображения объектива 3 микроскопа А перпендикулярно плоскости оси микроскопа расположена щель 2, освещаемая источником света 1. Объектив 3 дает уменьшенное изображение щели 2 на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутствии на участке поверхности Р микронеровностей объектив 4 микроскопа Б в плоскости сетки окуляра 5 даст изображение а2 той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.

При том же расположении микроскопов А и Б при наличии микронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверхности Р₁ при наблюдении будет казаться выходящей из точки a₁ или из точки, а`<sub>1</sub> поверхности Р`₁, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки, а’₂ на сетке окуляра 5 будет на расстоянии h` от оси микроскопа Б, равном h’=2xh sin 45°, где х — увеличение объектива 4.

Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр. Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотографировать исследуемую поверхность с высотой неровностей 0,9…60 мкм.

Для измерения микронеровностей высотой 0,1…6 мкм с увеличением в 400…500 раз применяют микроинтерферометр МИИ-1 В.П.Линника (рис. 20, а) с интерференционными полосами, соответствующими профилю исследуемой поверхности в данном сечении (рис. 20, б). На рисунке 1 — окуляр, 2 — линза, 3 — источник света, 4 — контролируемая деталь, 5 — призма, 6 — эталонное зеркало, 7 — интерференционные полосы, 8 — профиль проверяемой поверхности. С помощью интерференционной головки на контролируемой поверхности создаются интерференционные полосы. При наличии рисок и других микронеровностей полосы искривляются. С помощью окуляра производят отсчеты смещения α полосы, выражающей размер высоты микронеровностей, и отсчет расстояния b между двумя соседними интерференционными полосами (рис. 20, б). Тогда высота микронеровности в микрометрах:

h = 0,25 a/b.

Для определения шероховатости поверхности в труднодоступных местах применяют метод снятия с исследуемой поверхности слепков, шероховатость поверхности которых определяют с помощью указанных выше приборов. Искажение профиля исследуемой поверхности при снятии слепка практически не превышает 2…3%. В качестве материалов для слепков обычно применяют целлулоид, растворяемый в ацетоне. Для получения слепка целлулоид опускают на непродолжительное время (2…3 мин) в ацетон, затем прикладывают к исследуемой поверхности и сушат в течение 10…50 мин (в зависимости от шероховатости обработанной поверхности).

Для оценки микрогеометрии поверхности иногда применяют также метод среза. Исследуемую поверхность покрывают слоем хрома толщиной 5… 10 мкм, а затем производят срез под углом 1…2°; срезанную плоскость травят, после чего фотографируют. Увеличение при угле среза 1° составляет 60, а при угле среза 2°—30 раз. Дополнительное увеличение при фотографировании позволяет получать общее увеличение в 8000 раз.