CC BY
2528 МЕТРОЛОГИЯ
Гармонизация требований к геометрической точности
Рассматриваются преимущества и сложности перехода предприятий на применение и контроль геометрических допусков по новому стандарту. Сравниваются ГОСТ Р 53442-2015 и ГОСТ 2.308-2011. УДК статьи 658.5
Е.В. Зимина1
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева», канд. техн. наук, доцент, [email protected]
В.Г. Кутяйкин2
Нижегородский филиал ФГАОУ ДПО «Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)», канд. техн. наук, доцент, [email protected]
1 доцент кафедры, г. Нижний Новгород, Россия
2 директор филиала, заведующий кафедрой, г. Нижний Новгород, Россия
Для цитирования: Зимина Е.В., Кутяйкин В.Г. Гармонизация требований к геометрической точности // Компетентность / Competency (Russia). — 2023. — № 7. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-7-28-33
ключевые слова
точность измерения, допуски формы, ориентации, месторасположения и биения, техническая документация
овременные технологии нацеливают производство на ужесточение геометрических допусков, увеличение числа параметров, отражающих функциональное назначение элементов деталей, и повышение требований к точности измерения параметров. В машиностроении геометрическая точность деталей определяется пятью группами показателей — допуски размеров, формы, расположения, шероховатость и волнистость поверхности. Длительное время для назначения требований к отдельным видам допусков использовалась большая группа стандартов. В частности, для назначения в конструкторской документации допусков формы и расположения разработчики использовали ГОСТ 24642-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения», ГОСТ 24643-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения» и другие стандарты на конкретные изделия, а для обозначения этих допусков на чертежах — ГОСТ 2.308-2011 [1]. Указанные стандарты оперировали 2D-изображениями деталей.
В связи с применением современных систем проектирования и использованием 3D-моделей изменились требования и к интерпретации геометрических допусков в пространстве, и к их указанию на модели. Это важно для разработки технологической документации и использования ее при изготовлении деталей на современном оборудовании.
Несколько лет назад в Российской Федерации вступил в силу ГОСТ Р 53442-2015 [2], гармонизированный (уровень гармонизации — модифицированный) с ИСО 1101:2012 [3] и отменивший ГОСТ 24642-81. В этом стандарте изложены основы установ-
ления геометрических допусков изделий, в том числе способы их указания на 3D-изображениях, в целом дополняющие ГОСТ 2.308.
К сожалению, применение ГОСТ Р 53442-2015 вызывает сложности у разработчиков конструкторской документации, поскольку содержит и значительное число дополнительных обозначений и модификаторов, непривычных для практиков, традиционно использующих единую систему конструкторской документации (ЕСКД) (ГОСТ 2.308). Это приводит к трудностям обеспечения геометрических допусков при изготовлении и неопределенности результатов измерений на этапе контроля детали.
Поэтому целью нашей статьи является рассмотрение особенностей данного стандарта, существенно отличающих его от ГОСТ 2.308, и разработка рекомендаций по практическому назначению геометрических допусков.
В соответствии с ГОСТ Р 53442 геометрические допуски — обобщающий термин, который включает допуски формы, ориентации, месторасположения и биения. Геометрические допуски должны устанавливаться на основании предъявляемых к изделию функциональных требований к ответственным соединениям и деталям, входящим в них. При этом необходимо также учитывать особенности изготовления и контроля изделия.
В новом стандарте в основном сохранена преемственность от старого стандарта в части нормируемых геометрических характеристик для количественной оценки отклонений и допусков, правил обозначения допусков, но есть и существенные отличия.
Так, в отличие от ГОСТ 24642-81, группа «допуск расположения» разделена на соответствующие группы. Вместо термина «допуск расположения»
МЕТРОЛОГИЯ 29
Таблица 1
Допуски формы и примеры условных обозначений по ГОСТ 2.308 и ГОСТ Р 53442 [Form tolerances and examples of symbols according to GOST 2.308 and GOST R 53442]
Геометрическая характеристика (вид допуска) [Geometric characteristic (type of tolerance)]
Знак [Sign]
Пример указания на чертеже [Example of indication on the drawing]
ГОСТ 2.308 [GOST 2.308]
ГОСТР53442[GOST R53442]
Допуск прямолинейности
Допуск плоскостности
п
Допуск круглости
о
Допуск цилиндричности
0
Допуск профиля продольного сечения
Допуск формы заданного профиля
Суммарный допуск формы и расположения
Допуск формы
-M 0-02
ш \
Допуск формы заданной поверхности
О
Суммарный допуск формы и расположения
Допуск формы
нет
30 МЕТРОЛОГИЯ
установлены термины «допуск ориентации» и «допуск месторасположения» при отсутствии пояснений этих понятий. В ранее действовавшем стандарте в справочном приложении 1 были приведены пояснения понятий этих допусков.
Отклонение ориентации — отклонение от номинального расположения, определяемого номинальным угловым размером (отклонения от параллельности и перпендикулярности, отклонение наклона и др.).
Отклонение месторасположения — отклонение от номинального расположения, определяемого номинальными линейными или линейными и угловыми размерами. К ним относятся: отклонения от соосности, симметричности, пересечения осей, позиционные отклонения и др.
Во вновь принятом стандарте отсутствует группа суммарных допусков формы и расположения. Однако введена группа допусков биения, применявшихся ранее в качестве суммарных допусков. В группе допусков ориентации не нормируется допуск пересечения осей.
В группе допусков формы появились допуски формы заданного профиля и формы заданной поверхности без указания баз. Ранее они входили в группу суммарных допусков формы
Таблица 2
Геометрические элементы [Geometric elements]
Геометрический элемент [Geometric element] Тип элемента [Element type] Объект [Object]
Номинальный элемент Полный элемент Точка Линия Поверхность/Плоскость
Производный элемент Точка Линия/Ось Грань/Плоскость
Реальный элемент Полный элемент Поверхность
Выявленный элемент (измеренный) Полный элемент Точка Линия Поверхность
Производный элемент Точка Линия Грань
Сечение - Линия
и расположения. В отличие от остальных отклонений формы отклонения формы заданного профиля и заданной поверхности оцениваются от номинального профиля (номинальной поверхности). Для теоретически точной (номинальной) формы, ориентации, месторасположения используют теоретически точные размеры (TED), которые указывают на чертежах без предельных отклонений и заключают в прямоугольную рамку.
В ранее действовавшем стандарте для нормирования отклонений формы цилиндрической поверхности в осевом направлении устанавливался допуск профиля продольного сечения — как наибольшее допускаемое значение отклонения профиля продольного сечения. В соответствии с ГОСТ Р 53442 для таких поверхностей могут применяться допуски прямолинейности образующей, прямолинейности оси или параллельности образующих.
Широко применявшиеся ранее частные виды отклонений формы в сечениях поверхности, такие как овальность, огранка, конусообразность, боч-кообразность, седлообразность и другие, не применяются для назначения требований к поверхностям по ГОСТ Р 53442.
Сопоставление классификаций геометрических характеристик и допусков формы с примерами их условных обозначений обоих стандартов приведены в табл. 1.
В ГОСТ Р 53442-2015 применены термины геометрических элементов в соответствии с ГОСТ 31254 [4] и установлена своя терминология. Геометрический элемент представляет собой отдельную часть детали, такую как точка, линия или поверхность. Он может быть полным элементом (поверхность, линия на поверхности) или производным элементом (центральная точка, средняя линия, средняя поверхность). При этом термины «ось» и «средняя плоскость» соответствуют производным элементам (прямая и плоскость) идеальной формы, а термины «средняя линия» и «средняя поверхность» — производным элементам
Компетентность / Competency (Russia) 7/2023 ft ji |--гп/Л —1ИО
DOI: 10.24412/1993-8780-2023-7-28-33 IVItlrOJ Ю1И1Я 31
(кривая линия, криволинейная поверхность) неидеальной формы.
Классификация рассматриваемых элементов, к которым установлены требования на чертеже, представлена в табл. 2.
Геометрический допуск для элемента определяет поле допуска, внутри которого должен целиком располагаться этот элемент. Поле допуска — область на плоскости или в пространстве, ограниченная одной или несколькими идеальными линиями или поверхно-
стями и характеризуемая равным значению допуска линейным размером. В зависимости от нормируемой геометрической характеристики элемента и способа указания допуска на чертеже поле допуска представляет собой одну из перечисленных областей:
► внутри окружности;
► между двумя концентрическими окружностями;
► между двумя равноотстоящими (эквидистантными) линиями или двумя параллельными прямыми линиями;
Таблица 3
Возможные варианты назначения геометрических допусков к элементам [Possible options for assigning geometric tolerances to elements]
Геометрическая характеристика (допуск) [Geometric characteristic (tolerance)] Знак [Sign] Элемент допуска [Tolerance element] Базовый элемент [Base element]
Линия сечения1 [Section line] Грань [Face] Средняя линия (ось) [Center line (axis)] Средняя плоскость2 [Center plane] Поверхность [Surface] Линия сечения1 [Section line] Грань [Face] Средняя линия (ось) [Center line (axis)] Средняя плоскость2 [Center plane] Поверхность [Surface]
Форма заданного профиля + + +
Прямолинейность - + + +
Круглость О + +
Форма заданной поверхности о + +
Плоскостность пз + +
Цилиндричность /у +
Форма заданного профиля с базой + + +1 + + + +
Форма заданной поверхности с базой о + + + + +
Наклон Z. +1 + + + +1 + + + +
Параллельность // +1 + + + + +1 + + + +
Перпендикулярность 1 +1 + + + + +1 + + + +
Позиционирование -ф- + + + + + + + +
Соосность © + +
Симметричность - + + + +
Биение у + + +
Полное биение + + +
1 — необходимо указание «линия» или «линия поперечного сечения»
2
2 — средняя поверхность
32 МЕТРОЛО1—ИЯ Компетентность / Competency (Russia) 7/2023
DOI: 10.24412/1993-8780-2023-7-28-33
► внутри цилиндра;
► между двумя соосными цилиндрами;
► между равноотстоящими (эквидистантными) поверхностями или двумя параллельными плоскостями;
► внутри сферы.
Назначение геометрических допусков для разных элементов детали вызывает сложности у разработчиков конструкторской документации [5]. В данной работе систематизированы возможные варианты применения геометрических допусков, связанных и не связанных с базой. База — элемент детали (или выполняющее ту же функцию сочетание элементов), по отношению к которому задается допуск ориентации, месторасположения и биения. Базовым элементом может быть поверхность, линия или точка. В результате анализа требований ГОСТ Р 53442, а также конструкторской документации составлена табл. 3, которая поможет разработчику в использовании возможных вариантов назначения геометрических допусков к элементам.
В ГОСТ 24642-81 ранее были установлены два способа оценки допусков соосности, симметричности, позиционного допуска, допусков формы заданной поверхности и формы заданного профиля — в радиусном (как наибольшее допускаемое значение отклонения) и в диаметральном (как диаметр или ширина поля допуска расположе-
ния) выражении. Соотношение между эквивалентными допусками 2:1.
Во введенном ГОСТ Р 53442 установлены допуски только в диаметральном выражении, и они соответствуют ИСО 1101. Согласно ГОСТ 2.308 способ выражения допуска указывается дополнительным знаком Т; Т/2) перед числовым значением допуска. Следовательно, в соответствии с новым стандартом рекомендуется указывать допуски только в диаметральном выражении. Они более удобны для расчета по диаметральным зазорам, для расчета комплексных калибров и соответствуют допускам на биение. Сопоставление условных обозначений допусков месторасположения по ГОСТ 2.308-2011 и ГОСТ Р 53442-2015 приведено в табл. 4.
Отклонения (погрешности) геометрии всегда возникают в процессе обработки деталей из-за неточности и деформации станка, инструмента, приспособлений, обрабатываемого изделия, неоднородности материала и других причин. При увеличении нагрузок, скоростей, рабочих температур, характерных для современных технологических процессов, воздействие отклонений формы и расположения поверхностей усиливается.
Таким образом, разработчики конструкторской и технологической документации для обеспечения требуе-
Таблица 4
Сопоставление условных обозначений допусков месторасположения осей и плоскостей симметрии
по ГОСТ 2.308-2011 и ГОСТ Р 53442-2015 [Comparison of symbols for tolerances of the location of axes and planes of
symmetry according to GOST 2.308-2011 and GOST R 53442-2015]
Наименование допуска [Tolerance name] Знак [Sign] Условное обозначение эквивалентных допусков [Symbol for equivalent tolerances]
ГОСТ 2.308-2011 [GOST 2.308-2011] ГОСТ Р 53442-2015 [GOST R 53442-2015]
в диаметральном выражении [in diametrical terms] в радиусном выражении [in radial terms] только в диаметральном выражении [only in diametrical terms]
Допуск соосности Допуск концентричности © 0 0,2 R 0,1 0 0,2
Допуск симметричности Т 0,2 Т/2 0,1 0,2
Допуск пересечения осей X Т 0,2 Т/2 0,1 отсутствует
Позиционный допуск оси < Э- 0 0,2 R 0,1 0 0,2
Позиционный допуск плоскости симметрии < > Т 0,2 Т/2 0,1 0,2
МЕТРОЛОГИЯ 33
кретного изделия. Правильное и более полное нормирование геометрической точности в соответствии с ГОСТ Р 53442-2015 способствует повышению точности геометрии деталей при изготовлении и контроле и является одним из основных факторов повышения качества собираемых машин, оборудования и приборов. ■
Статья поступила в редакцию18.052023
мои точности параметров изделия, его работоспособности и долговечности должны устанавливать геометрические допуски на основании предъявляемых к изделию функциональных требовании (ответственные соединения и детали, входящие в них). При этом необходимо также учитывать особенности изготовления и контроля кон-
Список литературы
1. ГОСТ 2.308-2011. ЕСКД. Указание допусков формы и расположения поверхностей.
2. ГОСТ Р 53442-2015. Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Установление геометрических допусков. Допуски формы, ориентации, месторасположения и биения (переиздание).
3. ISO 1101:2012 Geometrical product specifications (GPS) — Geometrical tolerancing — Tolerances of form, orientation, location and run-out.
4. ГОСТ 31254-2004 (ИСО 14660-1:99, ИСО 14660-2:99). Основные нормы взаимозаменяемости (ОНВ). Геометрические элементы. Общие термины и определения.
5. Кайнова В.Н., Зимина Е.В., Кутяйкин В.Г. Метрологическая экспертиза и нормоконтроль технической документации: Учебно-методическое пособие для вузов. 4-е изд. / Под общей ред. В.Н. Кайновой. — СПб: Лань, 2023.
Kompetentnost / Competency (Russia) 7/2023
ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-7-28-33
METROLOGY 33
Harmonization of Geometric Accuracy Requirements
E.V. Zimina1, FSBEI HE R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University, Assoc. Prof. PhD (Tech.), [email protected]
V.G. Kutyaykin2, Nizhny Novgorod Branch of FSAEI FVT Academy for Standardization, Metrology and Certification (Training), Assoc. Prof. PhD (Tech.), [email protected]
1 Associate Professor of Department, Nizhny Novgorod, Russia
2 Director of Branch, Head of Department, Nizhny Novgorod, Russia
Citation: Zimina E.V., Kutyaykin V.G. Harmonization of Geometric Accuracy Requirements, Kompetentnost'/ Competency (Russia), 2023, no. 7, pp. 28-33. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-7-28-33
key words
measurement accuracy, tolerances of form, orientation, location and run-out, technical documentation
In mechanical engineering, the geometric accuracy of parts of manufactured machines, equipment and instruments is especially important. To ensure the required accuracy of product parameters, the developers of design and technological documentation establish special geometric tolerances based on the requirements for products. A few years ago, GOST R 53442-2015 came into force in the Russian Federation. We present the results of a study of this standard and recommendations for the practical assignment of geometric tolerances.
References
1. GOST 2.308-2011 ESKD. Indication of tolerances for the shape and location of surfaces.
2. GOST R 53442-2015 Basic norms of interchangeability. Characteristics of products are geometric. Establishment of geometric tolerances. Form, orientation, location, and run-out tolerances (reprint ed.).
3. ISO 1101:2012 Geometrical product specifications (GPS) — Geometrical tolerancing — Tolerances of form, orientation, location and runout.
4. GOST 31254-2004 (ISO 14660-1:99, ISO 14660-2:99) Basic norms of interchangeability (BNI). Geometric elements. General terms and definitions.
5. Kaynova V.N., Zimina E.V., Kutyaykin V.G. Metrological examination and normative control of technical documentation: Educational and methodological manual for universities, 4th ed., under the general editorship by V.N. Kaynova, St. Petersburg, Lan', 2023.
