Шероховатость поверхности: самая дешёвая строка на чертеже и самая дорогая в исполнении
Ra 0,8 мкм занимает на чертеже всего несколько знаков, но может увеличить цену детали из никелевого сплава в полтора раза. Это самая частая неоправданная статья расходов на чертежах, которые мы видим, опережающая допуски и намного опережающая выбор материала.
Сколько стоит каждая шероховатость
Примерно, при прочих равных, на титане или никелевом жаропрочном сплаве:
| Ra | Как достигается | Относительная стоимость |
|---|---|---|
| 6,3 мкм | После фрезерования, только черновой проход | 0,8× |
| 3,2 мкм | Обычный чистовой проход | 1,0× (база) |
| 1,6 мкм | Аккуратная чистовая обработка, острый инструмент | 1,1–1,3× |
| 0,8 мкм | Тонкий чистовой проход, контроль износа инструмента | 1,4–1,8× |
| 0,4 мкм | Очень лёгкие проходы или шлифование | 2–3× |
| 0,2 мкм | Шлифование | 3–5× |
| 0,05 мкм | Доводка или полирование | 5–10× |
Шаги не линейны, и переход от 0,8 к 0,4 обычно означает, что процесс приходится менять, а не просто замедлять.
На наклёпывающихся сплавах есть второй штраф. Тонкая шероховатость требует лёгких проходов, а лёгкие проходы по никелевому сплаву грозят выглаживанием вместо резания, которое упрочняет поверхность и ухудшает шероховатость, см. наклёп в жаропрочных сплавах. Поэтому тонкая шероховатость на Inconel не просто дольше: её технически труднее стабильно получать, и эта неопределённость закладывается в цену.
Чего достигает каждый процесс
| Процесс | Практический диапазон Ra |
|---|---|
| Фрезерование, черновое | 3,2–12,5 мкм |
| Фрезерование, чистовое | 0,8–3,2 мкм |
| Точение, чистовое | 0,4–1,6 мкм |
| Твёрдое точение, CBN | 0,2–0,8 мкм |
| Развёртывание | 0,8–1,6 мкм |
| Круглое шлифование | 0,1–0,8 мкм |
| Плоское шлифование | 0,2–1,6 мкм |
| Хонингование | 0,05–0,4 мкм |
| Доводка / полирование | 0,012–0,1 мкм |
| Проволочная электроэрозия | 0,8–3,2 мкм |
Точение даёт более тонкую шероховатость, чем фрезерование, при тех же усилиях, потому что инструмент находится в непрерывном контакте, а не оставляет гребешки. Если элемент можно точить, а не фрезеровать, его шероховатость обойдётся дешевле.
Ошибка: общее требование на всю деталь
Основная надпись с формулировкой «все поверхности Ra 0,8 мкм, если не указано иное» задаёт тонкую шероховатость на каждой грани детали, включая тыльную сторону, боковые стороны, поверхности под закрепление и элементы, которых никто никогда не коснётся.
На призматическом титановом корпусе с двадцатью гранями это может означать дюжину лишних чистовых проходов. Восемнадцать из этих граней работают точно так же при Ra 3,2 мкм.
Пишите наоборот: грубое общее требование и тонкая шероховатость, отмеченная на тех поверхностях, которым она нужна. По умолчанию должно быть то, что дёшево, а исключением то, что дорого.
Где тонкая шероховатость действительно оправдывает свою стоимость
Уплотнительные поверхности. Канавки под уплотнительные кольца и поверхности под прокладки имеют реальные требования к шероховатости, и обычно они указаны в стандарте, который публикует производитель уплотнений. Используйте это значение, а не догадку.
Поверхности скольжения и опорные поверхности. Там, где вал вращается в отверстии или поверхность изнашивается о другую.
Поверхности, критичные по усталости. Шероховатость концентрирует напряжения. На циклически нагруженной титановой детали это настоящее инженерное требование, а не косметическое, и именно здесь важна целостность поверхностного слоя, а не только шероховатость.
Поверхности, критичные по коррозии. Шероховатая поверхность на детали из дуплексной стали или никелевого сплава удерживает отложения и становится очагом питтинга.
Всё, на что наносится покрытие. Большинство покрытий задают шероховатость основы.
Видимые декоративные поверхности, если деталь на виду. Но пишите «декоративная», чтобы цех знал, что её можно получить финишной обработкой, а не механообработкой.
Что указать помимо Ra
Ra это среднее значение, и две поверхности с одинаковым Ra могут вести себя совершенно по-разному. Для критичных поверхностей рассмотрите:
Rz: средняя высота профиля от впадины до выступа. Лучше Ra выявляет отдельные глубокие риски, а именно из-за них обычно отказывает уплотнение.
Направление неровностей. Круговое или осевое направление следов обработки важно для уплотнений и для усталостной прочности. Указывайте его там, где это важно.
Целостность поверхностного слоя. На деталях из жаропрочных сплавов после твёрдого точения или интенсивной механообработки состояние подповерхностного слоя может значить больше, чем шероховатость. Если белый слой или остаточные растягивающие напряжения станут проблемой, укажите это и укажите, как это будет проверяться. Твёрдое точение или шлифование описывает риск образования белого слоя.
Практический образец для чертежа
Общая шероховатость: Ra 3,2 мкм. Отверстие Ø40 H7 и поверхность A: Ra 0,8 мкм, круговое направление неровностей. Канавка под уплотнительное кольцо по чертежу поставщика уплотнения, Ra 0,4 мкм, Rz не более 3,2 мкм. Остальные поверхности: после механообработки.
Четыре строки, и деталь стоит столько, сколько должна. Сравните это с одним общим требованием Ra 0,8 мкм, которое стоит дороже и сообщает меньше.
Справочно: шероховатость поверхности.
Отправьте чертёж и получите предложение с ценой в течение 24 рабочих часов: если требование к шероховатости стоит Вам денег, ничего не давая взамен, инженер скажет об этом в том же ответе.