Шероховатость поверхности: Ra, Rz, обозначение на чертеже

Шероховатость поверхности - это микронеровности, которые остаются на металле после обработки: следы фрезы, риски от резца, полосы на кромке после лазера. Её задают на чертеже двумя параметрами: Ra (среднее отклонение профиля) и Rz (высота неровностей по десяти точкам), оба в микрометрах. Для большинства деталей достаточно Ra 12,5 на свободных поверхностях и Ra 3,2 или 1,6 на посадочных, а Ra 0,8 и тоньше нужны только там, где деталь трётся, уплотняется или ставится в подшипник. Ниже - таблица соответствия Ra, Rz и старых классов чистоты, правила обозначения по ГОСТ 2.309-73, какую шероховатость реально даёт каждая операция и как не заказать лишнее.

Что такое шероховатость и что она не включает

Любая поверхность под увеличением выглядит как горная гряда. Если провести по ней щупом, получится профиль: чередование выступов и впадин с шагом в сотые и десятые доли миллиметра. Вот эти мелкие неровности и есть шероховатость. Крупные волны с шагом в миллиметры - уже волнистость, она возникает от вибрации станка. А если деталь в целом выпуклая или конусная, это отклонение формы, и оно регулируется допусками, а не знаком шероховатости.

Разделение не формальное. Шероховатость измеряют на базовой длине от 0,08 до 8 мм, и всё, что длиннее, прибор отсекает фильтром. Поэтому деталь может иметь отличный Ra 0,8 и при этом не садиться в отверстие: плоскость нарушена, а не микрорельеф. На чертеже это разные требования, и проверяются они разными инструментами.

Зачем шероховатость вообще нормируют. От неё зависит, как поверхность работает: трение и износ в парах скольжения, герметичность под прокладкой, усталостная прочность (трещина стартует из впадины микронеровности), адгезия покрытия и просто внешний вид. Чем тоньше требование, тем дороже обработка, поэтому выбирать значение стоит осознанно, а не «чтобы было красиво».

Ra, Rz и старые классы чистоты: таблица соответствия

ГОСТ 2789-73 описывает шесть параметров шероховатости, но на практике живут два.

Ra - среднее арифметическое отклонение профиля. Прибор берёт все точки профиля на базовой длине, считает, насколько каждая отстоит от средней линии, и усредняет. Это самый устойчивый параметр: единичная царапина его почти не меняет. Именно Ra рекомендуют для чертежей и именно его понимают профилометры.

Rz - высота неровностей по десяти точкам: среднее из пяти самых высоких выступов и пяти самых глубоких впадин. Rz чувствителен к отдельным глубоким рискам, поэтому его чаще ставят на грубые поверхности (Rz 40 и выше) и там, где важна максимальная глубина впадины, например на кромках под усталостную нагрузку. Прямой формулы перевода нет, но для обычных операций держится соотношение Rz ≈ 4-5 Ra, и на нём построена вся справочная таблица.

Старые чертежи размечены классами чистоты по ГОСТ 2789-59: треугольник с цифрой от 1 до 14. Цифра растёт, поверхность становится чище. Соответствие ориентировочное, но при чтении архивных чертежей выручает.

Пример чтения таблицы. На чертеже крышки редуктора стоит Ra 3,2 на привалочной плоскости и Ra 12,5 на всём остальном. Значит, плоскость нужно пройти чистовой фрезой, а наружные поверхности достаточно обработать начерно или вовсе оставить от заготовки, если она уже укладывается в Ra 12,5.

Как шероховатость обозначают на чертеже по ГОСТ 2.309-73

Знак шероховатости похож на галочку. Есть три варианта, и они не взаимозаменяемы.

• Простая галочка - способ обработки не оговаривается. Конструктору всё равно, как получить поверхность, лишь бы значение выдержали. Самый частый и самый удобный для завода вариант.
• Галочка с горизонтальной чертой сверху - поверхность обязательно получают удалением материала: точением, фрезерованием, шлифованием. Если поставить её на литую стенку, придётся снимать слой, даже когда литьё и так гладкое.
• Галочка с кружком - материал снимать запрещено. Поверхность остаётся от литья, штамповки, проката. Ставится, когда важна необработанная корка.

Само значение пишут над полкой знака вместе с обозначением параметра: Ra 3,2, Rz 40. На чертежах до 2005 года встречается просто число без букв, тогда по умолчанию это Ra. Если нужно, рядом добавляют базовую длину, направление неровностей и вид обработки словами, например «Полировать».

Три правила, которые чаще всего нарушают.

1. Знак в правом верхнем углу чертежа относится ко всем поверхностям, у которых своего знака нет. Если там стоит Ra 1,6, вы заказали чистовую обработку каждой грани, включая те, что никто никогда не увидит.
2. Знак в скобках в том же углу означает «остальное». Запись «Ra 12,5 (√)» читается так: поверхности без обозначения - Ra 12,5, а те, что помечены на изображении, - по своим значениям. Без скобок такая запись некорректна.
3. Знак ставят на линии контура, на выносной линии или на полке линии-выноски, остриём к поверхности. На невидимом контуре его не ставят: у скрытой поверхности либо есть свой вид, либо требование к ней и не нужно.

Ещё один нюанс касается кромок после резки. Для лазерного и плазменного реза качество кромки нормирует не ГОСТ 2.309, а ГОСТ Р ИСО 9013: там свои параметры, в том числе Rz5 и допуск перпендикулярности. Если на детали из листа нужна чистая кромка, лучше сослаться на класс по ИСО 9013 или просто написать «кромка без доработки», чем ставить Ra 1,6 на торец, который никто не фрезерует.

Какую шероховатость даёт каждая операция

Значения в таблице - то, что получается на исправном станке при нормальных режимах, без дополнительных проходов. Диапазон зависит от материала, подачи и состояния инструмента.

Из таблицы видно главное: фрезерование на обрабатывающем центре закрывает диапазон от Ra 12,5 до Ra 0,8, а каждый шаг вниз - это либо дополнительный проход, либо другая операция. На наших центрах LITZ CV-800 и LT-400 чистовая плоскость выходит в Ra 1,6-3,2 за один проход при точности позиционирования до ±0,01 мм; ниже Ra 0,8 деталь уходит на шлифовку, и это уже отдельная стоимость и срок. Подробнее о том, что делаем на центрах, - на странице фрезерной обработки и сверления.

Кромка после лазерной резки на тонком листе получается ровной настолько, что её не дорабатывают: под покраску, гибку и сварку она идёт как есть. С ростом толщины полосы на кромке становятся глубже, и если по чертежу торец детали посадочный, его после резки фрезеруют. Как выглядят кромки после разных способов реза, мы показали в обзоре видов резки металла.

Что писать на чертеже, чтобы не переплатить

Стоимость обработки растёт не линейно. Переход с Ra 6,3 на Ra 3,2 почти ничего не стоит, это тот же чистовой проход. Переход с Ra 1,6 на Ra 0,8 часто означает шлифовальную операцию, второй станок и второй установ, то есть плюс 30-50% к цене детали. А Ra 0,4 на корпусной детали из стали 3 - это уже вопрос, зачем она вообще такая.

Рабочий подход выглядит так.

• Свободные поверхности - Ra 12,5 или Rz 40. Они ничего не касаются, их не видно, покрытие ляжет.
• Поверхности под покраску - порошковая краска толщиной 60-120 мкм скрывает микрорельеф до Rz 40, но не скрывает царапины и следы черновой фрезы. Ra 6,3 достаточно, а перед порошковой окраской поверхность всё равно проходит подготовку.
• Привалочные плоскости, торцы под прокладку - Ra 3,2, под мягкую прокладку иногда Ra 1,6.
• Отверстия под болты - Ra 12,5 после сверла. Под штифты и посадки - Ra 1,6 и развёртка.
• Посадки подшипников качения - Ra 0,8 на валу и Ra 1,6 в корпусе; подшипники скольжения - Ra 0,4-0,8.
• Уплотнения по валу - Ra 0,2-0,4, иначе манжета быстро сотрёт себя о микрорельеф.
• Резьба - Ra 3,2 для обычной, Ra 1,6 для точной и герметичной.
• Листовые детали - шероховатость кромок не указывать вовсе, если торец не посадочный. Достаточно требования к заусенцам и, при необходимости, класса кромки по ИСО 9013.

Самая частая ошибка в чертежах, которые к нам приходят, - неуказанная шероховатость Ra 1,6 в углу, поставленная по привычке или скопированная из шаблона. Она автоматически превращает каждую грань корпуса в чистовую операцию. Если технолог видит такое, он спрашивает, действительно ли это нужно, но лучше проверить самим до отправки.

Вторая по частоте - Ra на поверхностях, которых после сборки не существует: под сварной шов, под приварную бобышку, внутри замкнутого короба. Их обрабатывать бессмысленно, а по чертежу придётся.

Как проверяют шероховатость при приёмке

Основной прибор - контактный профилометр. Алмазная игла проходит по поверхности на базовой длине, прибор считает Ra, Rz и при необходимости другие параметры. Переносные модели помещаются в ладонь, измерение занимает секунды, погрешность в пределах 5-10%. Для тонких поверхностей от Ra 0,1 используют оптические профилометры, которые не касаются детали.

Второй способ - сравнение с образцами шероховатости по ГОСТ 9378. Это наборы пластин с известным Ra для каждого вида обработки: точение, фрезерование, шлифование, полирование. Контролёр прикладывает деталь к образцу и сравнивает на глаз и на ощупь. Метод грубый, зато быстрый и не требует прибора; для Ra 3,2 и грубее его достаточно, при Ra 0,8 и тоньше нужен профилометр.

На приёмке смотрят не только число. Направление неровностей тоже нормируется: параллельные, перпендикулярные, круговые, произвольные. Для уплотнения по валу круговые риски допустимы, а продольная царапина, даже одна и даже в допуске по Ra, станет каналом для утечки. Поэтому спорный узел лучше обсудить до обработки: какой параметр важен, в каком направлении, на какой базовой длине.

Частые вопросы

Чем Ra отличается от Rz и какой параметр писать?
Ra - среднее отклонение профиля от средней линии, Rz - средняя высота пяти наибольших выступов и впадин. Ra устойчивее к единичным царапинам, поэтому его рекомендует ГОСТ 2.309-73 и его считают профилометры. Rz ставят на грубые поверхности от Rz 40 и там, где критична глубина отдельной впадины. Для перевода на практике используют Rz ≈ 4 Ra.

Какая шероховатость у кромки после лазерной резки?
На листе 1-3 мм примерно Ra 2,5-5 (Rz 10-20), на 6-12 мм - Ra 5-12, на 16-25 мм - Ra 12-25 и выше. Кромку тонкого листа не дорабатывают. Качество кромки после резки нормируют по ГОСТ Р ИСО 9013, а не знаком шероховатости; если торец посадочный, его фрезеруют после резки.

Что означает знак шероховатости в правом верхнем углу чертежа?
Это неуказанная шероховатость: требование ко всем поверхностям, у которых нет своего знака. Если рядом в скобках стоит ещё один знак, запись читается как «остальное». Ошибка в этом углу дорого стоит: Ra 1,6 там означает чистовую обработку каждой грани детали.

Какую шероховатость поставить, если точно не знаю?
Для свободных поверхностей - Ra 12,5, для привалочных плоскостей и торцов под прокладку - Ra 3,2, для посадок подшипников - Ra 0,8, для уплотнений по валу - Ra 0,4. Если поверхность не трётся, не уплотняется и не видна, тонкая шероховатость не нужна: это лишняя операция и лишние деньги.

Что такое класс чистоты 6 или 7 на старом чертеже?
Это шкала ГОСТ 2789-59: треугольник с цифрой от 1 до 14, чем больше цифра, тем чище поверхность. Класс 6 соответствует примерно Ra 3,2 (Rz 12,5), класс 7 - Ra 1,6 (Rz 6,3), класс 8 - Ra 0,8. Сегодня на чертеже пишут Ra или Rz с числом, но старые классы встречаются в архивной документации.

Коротко о главном

• Шероховатость - микронеровности поверхности; волнистость и отклонение формы к ней не относятся и нормируются отдельно.
• Два рабочих параметра: Ra для большинства случаев, Rz для грубых поверхностей и кромок. Ориентировочно Rz ≈ 4 Ra.
• Три знака на чертеже: без указания способа, с удалением слоя, без удаления слоя. Знак в правом верхнем углу задаёт неуказанную шероховатость всех остальных поверхностей.
• Чистовое фрезерование даёт Ra 1,6-3,2, тонкое - 0,8; ниже нужна шлифовка, а это отдельная операция и плюс к цене.
• Кромка тонкого листа после лазера идёт без доработки; толстые кромки под посадку фрезеруют.
• Не ставьте Ra 1,6 «на всё» и не нормируйте поверхности, которые исчезнут под сваркой или внутри короба.