Шероховатость поверхности — Ra, Rz и обозначения на чертеже — Оператор-наладчик станков с ЧПУ

Что такое шероховатость

После прохода инструмента на поверхности остаётся рельеф — микроскопические «горки и долины». Шероховатость — это измеренная высота этих неровностей в микрометрах (мкм).

Ментальная модель: шероховатость — это высота «горок и долин» на поверхности, измеренная в микрометрах.
Ra 12,5 мкм — ощущается ногтем. Ra 0,8 мкм — поверхность кажется зеркальной. Ra 0,1 мкм — видно только под микроскопом.

Шероховатость влияет на:

Прочность соединения — грубая поверхность слабее держит прессовую посадку
Трение и износ — подшипниковая шейка с Ra 0,4 живёт дольше
Герметичность — грубые уплотняющие поверхности протекают
Усталостную прочность — трещины начинаются в «долинах» рельефа

Параметры шероховатости по ГОСТ 2789-73

Ra — среднее арифметическое отклонение профиля

Ra — самый распространённый параметр. Это среднее значение отклонений всех точек профиля от средней линии на базовой длине:

Ra = (1/L) × ∫|y(x)| dx

На практике: Ra — среднее «отклонение» вершин и впадин. Чем меньше Ra, тем глаже поверхность.

Rz — высота неровностей по 10 точкам

Rz — среднее расстояние между пятью наибольшими вершинами и пятью наибольшими впадинами в пределах базовой длины. Более чувствителен к единичным дефектам.

Связь Ra и Rz:

Rz ≈ 4 × Ra

Параметр	Когда применять
Ra	Основной параметр — 90% случаев в машиностроении
Rz	Там, где нет шлифовки и важны единичные пики (уплотняющие торцы, пресс-формы)

Шкала шероховатости: от зеркала до черновины

Ra, мкм	Rz, мкм	Ощущение	Вид обработки	IT квалитет
0,1	0,4	Зеркало, ноготь скользит	Суперфиниш, доводка	IT4–IT5
0,4	1,6	Очень гладко	Тонкое шлифование	IT5–IT6
0,8	3,2	Гладко	Чистовое шлифование, тонкое точение	IT6–IT7
1,6	6,3	Почти гладко	Чистовое точение, чистовое фрезерование	IT7–IT8
3,2	12,5	Еле заметны риски	Чистовая обработка	IT8–IT9
6,3	25	Риски видны	Получистовая обработка	IT10–IT11
12,5	50	Риски хорошо видны	Черновое точение	IT12–IT13
25	100	Грубые следы	Черновое фрезерование	IT14

Как обозначается на чертеже (ГОСТ 2.309-73)

Знак шероховатости — это трёхлучевой символ (похожий на √):

  _____
 /     |
/   Ra 1,6

Знак	Смысл
√ (без штриха сверху)	Вид обработки не оговаривается — любой метод
√ (со штрихом)	Поверхность должна быть обработана снятием стружки
○ (перевёрнутая √)	Поверхность не обрабатывается (литьё, прокат как есть)

Число под знаком — значение Ra в мкм, если не указан параметр явно. Если нужен Rz, пишут: Rz 25.

Знак в правом верхнем углу чертежа — шероховатость, «остальные поверхности». Это сокращает количество обозначений: указываются только исключения.

Важно

На старых чертежах (до 1975 года) шероховатость обозначали классами: ▽1…▽14. ▽6 ≈ Ra 2,5 мкм, ▽7 ≈ Ra 1,25 мкм. Если встречаешь треугольники вместо чисел — уточни у технолога или смотри таблицу перевода.

Связь шероховатости и режимов резания

Теоретическая формула

При точении и фрезеровании теоретическая высота неровностей зависит от подачи и радиуса вершины пластины:

Rz_теор = f² / (8 × r)

где:

f — подача на оборот (мм/об) или подача на зуб (мм/зуб)
r — радиус вершины режущей пластины (мм)

Реальный Ra приблизительно:

Ra_реал ≈ Rz_теор / 4 ≈ f² / (32 × r)

Разобранный пример

Задача: получить Ra 1,6 мкм при радиусе вершины пластины r = 0,4 мм. Какая нужна подача?

Решение:
Ra = f² / (32 × r)

Выражаем f:
f² = Ra × 32 × r = 1,6 × 32 × 0,4 = 20,48
f = √20,48 ≈ 4,5 мм/об

Стоп! 4,5 мм/об — это огромная подача. Что-то не так. Пересчитаем в микрометры:
Ra = 1,6 мкм = 0,0016 мм

f² = 0,0016 × 32 × 0,4 = 0,02048
f = √0,02048 ≈ 0,143 мм/об

Вывод: для Ra 1,6 мкм при пластине r = 0,4 мм подача не должна превышать ~0,14 мм/об.
Если хочешь получить Ra 0,8 мкм — подача ещё вдвое меньше: ~0,10 мм/об.

Что ещё влияет на шероховатость

Формула даёт минимально достижимый Ra. Реальный хуже из-за:

Фактор	Влияние
Скорость резания	При слишком малой скорости (< 30 м/мин) на стали появляется «нарост» — Ra резко растёт
Износ инструмента	Затупившаяся пластина — главная причина неожиданного ухудшения Ra
Вибрации (дребезг)	Дают периодические борозды с Ra × 2-5
СОЖ	Снижает Ra на 20–40% за счёт охлаждения и смазки зоны резания
Материал	Вязкие материалы (нержавейка, медь) дают худший Ra при тех же режимах

Как проверить шероховатость

Метод	Точность	Условия
Профилометр (щуп)	±10%	Лабораторный и цеховой инструмент, Ra 0,02…50 мкм
Образцы шероховатости (компаратор)	Субъективно	Сравниваешь деталь с эталоном визуально и тактильно
Профилограф	Высокая	Лабораторный, даёт полный профиль

Проверь себя

Ra 3,2 мкм — это чистовая или черновая обработка? Какому IT квалитету она соответствует?
При точении с подачей 0,2 мм/об и пластиной r = 0,4 мм какое теоретическое Ra получится?
Почему реальный Ra хуже теоретического? Назови два фактора из тех, что описаны в уроке.

Шероховатость поверхности — Ra, Rz и обозначения на чертеже