CC BY
7Возможности профилометра 1Р 220 при оценке влияния царапин на органическом стекле на шероховатость его поверхности
сч о сч
о ш т
X
<
т о х
X
Епифанцев Кирилл Валерьевич
кандидат технических наук, доцент кафедры метрологического обеспечения инновационных технологий и промышленной безопасности, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, epifancew@gmail.com
Одной из главных эксплуатационных свойств изделия является шероховатость поверхности. Присутствие микронеровностей и их размер сказываются на прочности, химической стойкости, истирании и даже внешнем виде изделия. Но любая реальная поверхность спустя металлообработки приобретает впадины и выступы, которые отсутствуют на идеально гладкой поверхности. Следовательно, определение шероховатости поверхностей является одним из ключевых параметров для изделий из пластика, являющегося в настоящее время наиболее применимым в отделке салона в автомобилях, при производстве гадже-тов и компьютеров.
На поверхностях деталей проистекают процессы, оказывающие на них негативное влияние: зарождение трещин, износ, обусловленный трением, эрозионные и коррозионные разрушения, смятие. Часто такие дефекты материалов, оказывают не меньшее влияние чем деформация. Придание поверхности определённых микрогеометрических свойств способствует повышению сопротивляемости детали внешним воздействиям и, как следствие, возрастанию прочности и надёжности. Поэтому параметры шероховатости поверхности имеют исключительно важное техническое значение.
Ключевые слова: шероховатость поверхности, дефекты материалов, трещины, эксплуатационные свойства изделий
Одной из главных эксплуатационных свойств изделия является шероховатость поверхности. Присутствие микронеровностей и их размер сказываются на прочности, химической стойкости, истирании и даже внешнем виде изделия. Но любая реальная поверхность спустя металлообработки приобретает впадины и выступы, которые отсутствуют на идеально гладкой поверхности. Следовательно, определение шероховатости поверхностей является одним из ключевых параметров для изделий из пластика, являющегося в настоящее время наиболее применимым в отделке салона в автомобилях, при производстве гаджетов и компьютеров.
На поверхностях деталей проистекают процессы, оказывающие на них негативное влияние: зарождение трещин, износ, обусловленный трением, эрозионные и коррозионные разрушения, смятие. Часто такие дефекты материалов, оказывают не меньшее влияние чем деформация. Придание поверхности определённых микрогеометрических свойств способствует повышению сопротивляемости детали внешним воздействиям и, как следствие, возрастанию прочности и надёжности. Поэтому параметры шероховатости поверхности имеют исключительно важное техническое значение.
Измерение на профилометре проводится специальным щуповым методом. Поверхность изделия буквально «ощупывается» специальной иглой (рисунок 1), датчик подает сигнал о характере обнаруженных неровностей и преобразует механическую энергию в электро-импульсный сигнал.
Рисунок 1. Стандартный датчик ТЭ100.
Измерение параметров шероховатости поверхности выполняется по системе средней линии в соответствии с номенклатурой и диапазонами значений, предусмотренными ГОСТ 2789-73.
В современных профилографах колебания иглы обычно преобразуются в колебания электри-
ческого напряжения с помощью индуктивных, емкостных, пьезоэлектрических и других преобразователей.
Портативный измеритель шероховатости TR220, использованный в исследовании - профи-лометр фирмы Beijing Time High Technology Co, Ltd. Параметры устройства удовлетворяют техническим условиям GB/T 3505-2000 (Рисунок 2).
Marking according to ISO-6344 Grain size, microns
P100 125...160
P120 100...125
P60 250.315
P40 400.500
1 ч
i M ъ ч~
"""J, 7 "T 6 , 8 is 5",
Рисунок-З.Образцы шероховатости из орг.стекла.
Рис.2. Профилометр TR220
В приборе исползуются четыре метода фильтрации измерений:
> RC: традиционный фильтр, распространен в старых аналоговых приборах, но теперь фильтрация делается через цифровую технологию. Его форма профиля искажается после фильтрации, которая имеет небольшое влияние на значение параметра Ra, но оказывает некоторое влияние на другие параметры. Теперь, этот метод фильтрации используется для калибровки прибора с помощью прилагаемого шаблона шероховатости. Однако, этот метод фильтрации не рекомендуется для других случаев измерений.
> PC-RC: делает исправление фазы к RC, форма профиля после фильтрации остается неизменной. Передача амплитуды подобна фильтру RC.
> Gauss: новый стандартный фильтр, который заменит традиционный фильтр RC.Ero форма профиля после фильтрации остается неизменной.
В лабораторных условиях для последующей калибровки прибора были сделаны 8 образцов шероховатости из органического стекла.
Для того, чтобы придать образцам различную шероховатость, была использована наждачная бумага разной зернистости. Шлифовка образцов проводилась наждачной бумагой с маркировкой P120, P100, P60, P40. Обратившись в международному стандарту ISO-6344, мы узнали зернистость наждачной бумаги. С увеличением зернистости увеличивалось значение Ra.
Таблица 1
Рис. 4. Процесс получения различных образцов шереховато-сти
Кроме основного показателя Ra, были получены все основные характеристики шероховатости и распечатаны: график опорного коэффициента, график профиля, график Rk параметра. Сводные показатели были сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Маркировка наждачной бумаги в соответствии с 180-6344, ГОСТ Р
Номер образца орг-текла Маркировка наждачной бумаги по ISO-6344 Количество обработок Ra
1 образец P100 2 раза Ra=0,337MKM.
2 образец P120 2 раза Ra=0,486MKM.
3 образец P120 1 раз Ra=0,631 мкм
4 образец P40 2 раза Ra=0,851 мкм.
5 образец P40 1 раз Ra=0,906 мкм
6 образец P60 1 раз Ra=1,266Mrn
7 образец P60 2 раза Ra=1,587мкм
8 образец P100 1 раз Ra=1,1831 мкм
В комплекте к прибору прилагались образцы шероховатости сделанные в соответствии с ГОСТ 9378-93.
Образец шероховатости Ra 2.91мкм и Ra 1.62мкм
Перед измерением в первую очередь следует отрегулировать положение пера датчика. С помощью пункта в меню «Pick up position» на дисплее
х
X
о го А с.
X
го m
о
м о м
ем о ем
О Ш Ш X
3
<
ш
о
X X
отобразится диаграмма текущего положения пера. Когда курсор положения пера ниже «0» отметки, это означает, что текущее положение пера датчика ны слишком низко, и наоборот, текущее положение пера датчика слишком высоко, если курсор на диаграмме выше «0» отметки. Когда курсор положения пера датчика будет в «0» отметке, фактический диапазон измерений инструмента инструмента будет в соответствии с максимальным диапазоном измерений. Чтобы гарантировать, что диапазон измерений не будет превышен, пожалуйста отрегулируйте курсор положения пера к "0" положению настолько близко, насколько это возможно. Конечно, согласно предварительному условию, позиция пера датчика не будет влиять на значение измерения если значение измерения не будет превышать выбранный диапазон измерений в большую или меньшую сторону. Положение пера датчика может быть отрегулировано (приближенно к «0» положению) с помощью дополнительных приспособлений, таких как регулируемая подставка и измерительная платформа, которые облегчают процесс измерений.
Меню системные установки включает в себя пять пунктов: язык, единицы измерений, подсветка дисплея, яркость дисплея, установка времени.
Рис. 7.Изображение параметров шероховатости на интерфейсе профилометра.
С помощью кнопки Ra на лицевой панели прибора мы можем отобразить на дисплее все основные параметры шероховатости: Ra, Rq,Rz, Rt, Rp, Rv, Ry, RS, RSm ,RSk Rz(JIS), R3z, Rmax, RPC, Rk, Rpk, Rvk, Mr 1и Mr 2
Кроме этого на дисплее можно посмотреть график профиля, график опорного коэффициента. Работает профилометр только с принтерами компании Time серии ТА.Принтер TA230 распечатывает график профиля, график опорного коэффициента, график Rk параметра и общий чек с графиком и выбранными параметрами шероховатости образца.
Pickup position
Рис. 6. Регулировка положения пера.
Подключаем мини-принтер к профилометру, чтобы распечатать результаты измерений и графики.
Проводим измерения шероховатости образцов.
При проведении измерений На дисплее отображается условия измерений:
1. Способ фильтрации измерений
2. Длина оценки
3. Диапазон измерений
Данные параметры можно поменять в настройках профилометра.
Меню прибора включает следующие пункуты: установка условий измерений, выбор функций, системные установки, информация о программе и т.д.
Меню установки условий измерения включает семь подпунктов: установка базовой длины, установка длины оценки, установка диапазона измерения, установка способа фильтрации, установка параметра шероховатости, установка параметра С (RPc цт), установка параметра С (RPc%).
Меню функций состоит из пяти подпунктов: печать, профиль, положение пера, просмотр калибровочного значения, и статистика.
Рис. 8. Изображение графика на интерфейсе профилометра.
При проведении исследований необходимо было измерить значение исследуемого профиля с возможным среднеарифметическим отклонением - Ra, высоту измеряемых неровностей - Rz, максимальное допустимое значение параметра по высоте - Rs. На приборе 8 образцов шероховатости из органического стекла.
Образец для калибровки. Проводим измерения образца на профилометре TR220 и получаем результат Ra = 1,46 мкм, Rz = 4,128 мкм, Rs = 0,0836 мкм.
Рисунок 9. Измерение шероховатости первого экземпляра.
■К.
Рисунок 10. Пример параметров шероховатости на профи-лометре
О.О 0.5 l.O
З.О 3.5
S.O 5.5 «.О 6.5
Рисунок 11. Зависимость шероховатости поверхности от зернистости наждачной бумаги
На основании графика (Рисунок 11) можно предположить, какой наждачной бумагой и сколько раз обрабатывали оргстекла, с помощью таблицы 2.
В работе были получены практические навыки пользования профилометра, и проведена калибровка. Показания профилометра немного разнятся с калибровочным образцом из-за погрешности устройства и наличия неровностей поверхности стола, на котором проводили измерения. Также из измерений можно найти закономерность, так при увеличении размера зерна вместе с ним увеличивается значение шероховатости Ra.
Литература
1. Иванов, А. А. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник / А.А. Иванов, В.В. Ефремов, А.И. Ковчик. — Москва: ИНФРА-М, 2021. — 301 . — (Военное образование). - ISBN 978-5-16015546-3. - Текст: электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1039918 (дата обращения: 10.04.2021).
2. Беломытцев, М. Ю. Механические свойства металлов. Часть 3. Вязкость. Разрушение: лабораторный практикум / М. Ю. Беломытцев. - Москва: Изд. Дом МИСиС, 2008. - 85с. - Текст: электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1222868 (дата обращения: 19.04.2021).
3. Григорьев, А. Я. Физика и микрогеометрия технических поверхностей: монография / А.Я. Григорьев. - Минск Беларуская навука, 2016. - 248с. -ISBN 978-985-08-1999-4. - Текст: электронный. -URL: https://znanium.com/catalog/product/1066917 (дата обращения: 15.05.2021).
4. ГОСТ Р 8.651-2009 ГСИ. Приборы контактные (щуповые) для измерений шероховатости поверхности. Методика калибровки.-М.:Стандарт-форм,2018.-14с.
5. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. -М.:Стандарт-форм,2018.-16с.
6. Метрологическое обеспечение нанотехноло-гий и продукции : учебное пособие / О. Д. Анашина, С. Е. Андрюшечкин, С. И. Аневский [и др.] ; под. ред. В. Н. Крутикова. - Москва : Логос, 2020. - 592с.
7. Афанасьев, А. А. Взаимозаменяемость и нормирование точности : учебник / А.А. Афанасьев, А.А. Погонин. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 427 с.
8. Веремеевич, А. Н. Метрология, стандартизация и сертификация : основы взаимозаменяемости : курс лекций / А. Н. Веремеевич. - Москва : ИД МИ-СиС, 2004. - 99 с.
9. Баженов, Ю. В. Основы теории надежности машин : учебное пособие / Ю.В. Баженов. — Москва : ИНФРА-М, 2019. — 320 с.
10. Полушин, Н. И. Сверхтвердые материалы : определение свойств сверхтвердых материалов : практикум / Н. И. Полушин, А. А. Ермолаев, А. И. Лаптев. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2014. - 51 с.
The capabilities of the TR220 profilometer in assessing the effect of
scratches on organic glass on the roughness of its surface Epifantsev K.V.
Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation
JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90_
The main operational properties of the product is the surface roughness. The presence of micro-dimensions and their size affect the strength, chemical resistance, abrasion and even the appearance of the product. But any real surface after metalworking acquires depressions and protrusions that are absent on a perfectly smooth surface. Therefore, the determination of surface roughness is one of the key parameters for plastic products., which is currently the most applicable in interior decoration in the automotive industry, in the manufacture of gadgets and computers.
X X О го А С.
X
го m
о
м о м
Processes occur on the surfaces of parts that have a negative impact on them: the emergence of cracks, wear caused by friction, erosion and corrosion damage, crumpling. Often such defects in materials have no less impact than deformation. The addition of certain microgeometric properties to the surface increases the resistance of the part to external influences and, as a result, increases strength and reliability. Therefore, the surface roughness parameters are of extremely important technical importance.
Keywords: surface roughness, material defects, cracks, product performance
References
1. Ivanov, A. A. Metrology, standardization and certification: textbook / A.A.
Ivanov, V.V. Efremov, A.I. Kovchik. - Moscow: INFRA-M, 2021 .-- 301. -(Military education). - ISBN 978-5-16-015546-3. - Text: electronic. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1039918 (date accessed: 04/10/2021).
2. Belomytsev, M. Yu. Mechanical properties of metals. Part 3. Viscosity.
Destruction: laboratory practice / M. Yu. Belomytsev. - Moscow: Publishing house. House of MISIS, 2008 .-- 85p. - Text: electronic. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1222868 (date of access: 19.04.2021).
3. Grigoriev, A. Ya. Physics and microgeometry of technical surfaces:
monograph / A. Ya. Grigoriev. - Minsk Belaruskaya Navuka, 2016 .--248p. - ISBN 978-985-08-1999-4. - Text: electronic. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1066917 (date accessed: 05/15/2021).
4. GOST R 8.651-2009 GSI. Contact devices (probe) for measuring surface
roughness. Calibration technique.-M.: Standardform, 2018.-14p.
5. GOST 2789-73. Surface roughness. Parameters and characteristics. -M.:
Standartform, 2018.-16s.
6. Metrological support of nanotechnologies and products: textbook / OD
Anashina, SE Andryushechkin, SI Anevsky [and others]; under. ed. V. N. Krutikov. - Moscow: Logos, 2020 .-- 592p.
7. Afanasyev, A. A. Interchangeability and standardization of accuracy:
textbook / A.A. Afanasyev, A.A. Pogonin. - Moscow: INFRA-M, 2020 .-427 p.
8. Veremeevich, A. N. Metrology, standardization and certification: the basics
of interchangeability: a course of lectures / A. N. Veremeevich. - Moscow: ID MISIS, 2004 .-- 99 p.
9. Bazhenov, Yu. V. Fundamentals of the theory of machine reliability:
textbook / Yu.V. Bazhenov. - Moscow: INFRA-M, 2019 .-- 320 p.
10. Polushin, NI Superhard materials: determination of properties of superhard materials: workshop / NI Polushin, AA Ermolaev, AI Laptev. -Moscow: Publishing house. House MISIS, 2014. - 51 p.
CM
o
CM
O LU
m
X
3
<
m o x
X
