Глава 5. Обозначение шероховатости поверхностей и материала деталей

5.1. Понятие о шероховатости поверхностей

Шероховатость поверхности — качественная характеристика ее микрорельефа, возникающего на поверхности в результате ее обработки (точнее, в результате процесса образования поверхности, поскольку под обработкой понимают обычно лишь механическое воздействие инструмента на материал заготовки в целях удаления его части). Микрорельеф поверхности рассматривают в сечении тела детали плоскостью, перпендикулярной к поверхности и проведенной в том направлении, где неровности имеют наибольшую высоту (по умолчанию), или в направлении, указанном на чертеже (при необходимости).

Более предметно шероховатость поверхности определяется как совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами (микрорельеф), рассматриваемых в пределах базового участка (рис. 66), длина l которого выбирается в зависимости от характера поверхности, требований, предъявляемых к ней, и необходимой степени достоверности полученных результатов.

Абсолютно гладких поверхностей быть не может даже теоретически: каждая поверхность имеет неровности, чем и обусловлено введение понятия «шероховатость» вместо ранее существовавшего понятия «чистота поверхности».

Рис. 66. Изображение микрорельефа поверхности:

b₁, ..., b_n — составляющие опорной длины; m — средняя линия профиля;

l — базовая длина; p — уровень сечения профиля; y₁ .... y_n— отклонения профиля

Для указания шероховатости конкретной поверхности могут использоваться следующие шесть параметров:

R_a — среднее арифметическое отклонения профиля, т.е. среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля У! в пределах базовой длины (базовой линии);

R_z — высота неровностей профиля по десяти точкам, т.е. среднее значение абсолютных размеров пяти наибольших выступов H_imax и пяти наибольших впадин H_imin профиля в пределах базовой длины;

R_max — наибольшая высота неровностей профиля, т.е. расстояние между линией выступов и линией впадин профиля в пределах базовой длины;

S — средний шаг неровностей по вершинам в пределах базовой длины;

S_m — средний шаг неровностей профиля в пределах базовой длины;

t_p — относительная опорная длина профиля, представляющая собой отношение опорной длины профиля к базовой длине.

Первые три параметра являются высотными и измеряются в микрометрах (1 мкм = 10~6 м), четвертый и пятый — шаговыми, измеряемыми в миллиметрах. В миллиметрах измеряется и базовая длина.

Шаговые параметры связаны с подачей режущего инструмента при обработке, которая может измеряться в миллиметрах на оборот (мм/об), миллиметрах на зуб (мм/зуб) или миллиметрах в минуту (мм/мин).

Относительная опорная длина профиля выражается в процентах.

Шероховатость поверхности может задаваться на чертеже и без применения параметров. В этом случае непосредственно рассматриваются высоты неровностей.

Шероховатость конкретной поверхности обычно задают одним из высотных параметров, причем базовую длину не указывают, если она соответствует стандартному значению. Особенности эксплуатации поверхности могут обусловить необходимость применения нескольких параметров шероховатости, указания более конкретного способа образования поверхности, использования базовой длины, отличной от стандартной, указания направления неровностей.

Значения базовой длины для конкретных значений параметров шероховатости приведены в приложении к ГОСТ 2789 — 73. При необходимости применения других значений их следует выбирать из ряда, приведенного в самом ГОСТ 2789-73 (0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25 мм), и указывать в обозначении шероховатости.

В курсе черчения большинство этих вопросов не рассматривается. Мы приведем лишь общую схему образования обозначения шероховатости.

При определении шероховатости конкретной поверхности не учитываются дефекты поверхности (например, царапины). При необходимости допущение их наличия на поверхности оговаривается особо. Для оптических деталей специальным стандартом установлены классы чистоты поверхности, которые указываются на чертежах.

Самым удобным в применении является параметр R_a. Человеческий глаз прекрасно справляется с задачей определения качества обработанной поверхности при сравнении ее с образцами шероховатости, если шероховатость задана именно с помощью этого параметра. Поверхности низкого и самого высокого качества оценивают с помощью приборов. При этом с точки зрения удобства и достоверности определения значений все параметры оказываются одинаково приемлемыми, однако исторически сложилось так, что преимущество отдается параметрам R_a и R_z (существовавшие ранее классы шероховатости поверхностей 1 — 5, 13 и 14 определялись параметром R_z, а классы 6—12 — параметром R_a).

В настоящее время установлены ряды значений параметров шероховатости: для параметра R_a — от 100 до 0,008 мкм, для R_z и R_max — от 1 600 до 0,025 мкм, для шаговых параметров — от 12,5 до 0,002 мм. Относительная опорная длина профиля t_p выбирается в пределах 10...90%, а числовые значения уровня профиля р — от 5 до 90 % от R_max.

В связи с тем, что параметр Ra оказался наиболее употребляемым, было решено его символ в обозначениях шероховатости поверхностей не приводить (принцип умолчания), однако в последнем издании ГОСТ 2.309 — 73 это правило отменено.

Таблица 5.1 Предпочтительные значения параметров R_a и R_z.

Параметр	Значения параметра
Ra Rz	100 400	50 200	25 100	12,5 50	6,3 25	3,2 12,5	1,6 6,3
Ra Rz	0,8 3,2	0,4 1,6	0,2 0,8	0,1 0,4	0,05 0,5	0,025 0,1	0,012 0,05

Среди каждых трех последовательных стандартных значений высотных параметров выделено одно значение, принимаемое в качестве предпочтительного. Ряды предпочтительных значений параметров связаны с предпочтительными рядами чисел. Более частая градация значений необходима только в отдельных случаях. К тому же человеческий глаз не способен уловить разницу в качестве поверхностей при применении всего ряда значений параметров шероховатости. Предпочтительные значения параметров R_a и R_z приведены в табл. 5.1. Значения, расположенные одно под другим, относятся к поверхностям приблизительно одинакового качества.

5.2. Обозначение шероховатости поверхностей

На рис. 67 приведена схема образования поверхности некоторой детали при обработке резцом и конечные параметры (диаметр и шероховатость), указываемые на чертеже детали.

Изображенные на чертеже детали поверхности обработке не подвергаются, так как согласно одному из основных правил ЕСКД изделия на чертеже отображаются в окончательном (готовом) виде. К тому же многие поверхности не подвергаются обработке в принципе. Поэтому в учебнике применяется термин «образование поверхности», который обозначает процесс, осуществляемый для достижения отображенного на чертеже конечного результата. Этот же термин можно встретить и в стандартах, относящихся к шероховатости поверхностей.

Рис. 67. Схема образования поверхности, изображаемой на чертеже детали

(токарная операция): V — главное движение (резания);

S — вспомогательное движение (подачи)

Обозначение шероховатости поверхности на чертеже обычно состоит из специального знака, обозначения параметра и его численного значения. При необходимости могут задаваться несколько параметров, может уточняться способ образования поверхности, указываться значение базовой длины, отличное от значений, приведенных в приложении к ГОСТ 2789—73, определяться направление неровностей с помощью условного обозначения. Общая структура обозначения шероховатости и знаки, применяемые при ее обозначении, приведены на рис. 68.

Первый знак (рис. 68, б) используется в тех случаях, когда способ образования поверхности не оказывает влияния на ее функциональные свойства. Второй знак (рис. 68, в) показывает, что поверхность должна быть образована снятием слоя материала (например, для удаления вместе с ним нежелательных включений). Третий знак (рис. 68, г) определяет, что поверхность обязательно должна быть образована без снятия слоя материала, например литьем, ковкой, прессованием и т.п. Первые два знака применяются только с указанием значений параметров шероховатости, а возможно и других данных, поэтому всегда имеют полку.

Если третий знак применяется с указанием значений параметров шероховатости, полка также обязательна, но если он используется для обозначения поверхностей сортового материала (сортамента), не подвергающихся обработке по данному чертежу, то никакие значения параметров не указываются, а следовательно, знак не имеет полки и выполняется минимальной высоты (рис. 68, д). При таком применении знака в основной надписи чертежа приводят обозначение сортамента, которое включает в себя ссылки на документы, определяющие качественные характеристики материала (в том числе и характеристики поверхностей).

Рис. 68. Общая структура обозначения шероховатости поверхности (а) и

знаки (б— д), применяемые при ее обозначении

Отметим, что в обозначения шероховатости поверхностей, имеющих одни и те же характеристики качества, входят один и тот же знак, а также одни и те же номинальные и предельные значения одного и того же набора параметров шероховатости и других данных.

В целях сокращения числа наносимых обозначений ГОСТ 2.309— 73 устанавливает ряд условностей и упрощений. Так, если поверхности замкнутого контура пересекаются друг с другом, то при одинаковом их качестве следует наносить лишь одно обозначение шероховатости, дополняя знак кружочком, диаметр которого должен быть в пределах 4... 5 мм (рис. 69, а). Если же поверхности, образующие контур, плавно переходят одна в другую, то знак изображают без кружочка (рис. 69, б).

Рис. 69. Обозначение одинаковой шероховатости поверхностей контура при четких (а) и плавных (б) взаимных переходах

Рис. 70. Сведение линий-выносок к одной полке (a) и

способ указания зоны одинаковой шероховатости поверхностей (б)

На рис. 70 показаны сведение линий-выносок к одной полке и способ указания зоны поверхностей с одной шероховатостью (с помощью утолщенной штрихпунктирной линии).

Для конкретизации способа образования поверхности над полкой делают соответствующую надпись, например «Полировать», «Притереть», «Литьё» и т.п.

Толщина линий обводки знаков по ГОСТ 2.309—73 должна быть s/2, однако ГОСТ 2.304—81 на шрифты требует одинаковой обводки букв, цифр и знаков. При нанесении обозначения шероховатости знак направляют острием к изображению поверхности или к продолжению изображения (выносной линии). Если же при такой ориентации знака положение цифр и букв в обозначении оказывается неудобным для чтения, то следует использовать линию-выноску с полкой (рис. 71, а, б). С этой точки зрения ориентация знака, показанного на рис. 68, д (без полки), значения не имеет (рис. 71, в).

Так как обозначения шероховатости могут относиться только к поверхностям, то линии-выноски всегда имеют стрелки, упирающиеся в изображения соответствующих поверхностей или в продолжающие их выносные линии.

При близком взаимном расположении линий для нанесения обозначений шероховатости поверхностей стандарт допускает прерывание контурных и выносных линий (если не нарушается ясность чертежа) и продолжение выносных линий за размерные на нужные для нанесения обозначений шероховатости расстояния (авторы рекомендуют применять прерывание выносных линий, поскольку этот прием позволяет быстро и безошибочно определить к какому изображению относится обозначение шероховатости).

Линию-выноску можно применять и при недостатке места для нанесения обозначения шероховатости поверхности.

Если все поверхности детали должны иметь одинаковую шероховатость, то её обозначение выносят в правый верхний угол чертежа и больше нигде на чертеже не повторяют (рис. 72, а). Если часть поверхностей должна иметь одинаковую шероховатость (чаше всего более грубую, чем у остальных поверхностей), то ее обозначение также выносят в правый верхний угол поля чертежа и добавляют знак в скобках (рис. 72, б).

Рис. 71. Расположение знаков, относительно основной надписи чертежа

при наличии у них полки (а, б) и без нее (в).

Согласно стандартной структуре обозначения шероховатости поверхности (см. рис. 68, а) под полкой и над ней указывают только то, что относится непосредственно к характеристике качества поверхности, поэтому дополнительный знак в скобках (см. рис. 72, б) находится не под полкой.

Рис. 72. Обозначения шероховатости:

а — если шероховатость одинакова у всех поверхностей детали;

б — если часть поверхностей имеет одинаковую шероховатость;

в — прежние и современные виды обозначений.

Значение знака в скобках можно истолковать двояко: указанное обозначение шероховатости относится ко всем поверхностям, на изображении которых отсутствует обозначение шероховатости, или же изделие имеет также поверхности с шероховатостью, отличной от вынесенной в правый угол (на старых чертежах можно на месте дополнительного знака увидеть слово «остальное»).

Если применяются форматы, при которых в правом верхнем углу должна располагаться дополнительная графа к основной надписи, то обозначение шероховатости в правом верхнем углу необходимо сдвигать влево на 20...25 мм от правой внутренней рамки.

То, что качество поверхностей необходимо варьировать исходя из их функциональных назначений, было понятно давно. На чертежах применялись надписи типа «Обработать как чисто», «Пригнать под крышку», «Выполнить под развертку» и т.д.

В начале XX в. на заводских чертежах обязательно отмечали лишь поверхности, подлежащие механической обработке: несколько отступив от изображения таких поверхностей, проводили красными чернилами прямые или волнистые линии либо наносили ряды крестиков.

Затем качество поверхностей начали указывать с помощью одного—четырех треугольников. Но пришло время, когда четыре градации перестали устраивать конструкторов, число классов чистоты (тогда говорили так) увеличилось до 14, и указывать их стали с помощью тех же одного—четырех треугольников и числового обозначения класса. Впоследствии число треугольников догадались сократить до одного.

Следующие обозначения были введены в начале 70-х годов XX в. Слово «кругом» отменили, слово «остальное» заменили знаком в скобках, знак «черной поверхности» заменили на знак с кружочком и полкой, показанный на рис. 68, г.

Действующие обозначения шероховатости поверхности были введены несколько лет назад с помощью извещения на изменения ГОСТ 2.309-73.

На рис. 72, в приведены в исторической последовательности обозначения, которые можно встретить и сейчас в книгах более ранних изданий. Каждый из представленных примеров завершается записью, применяющейся в настоящее время.

Обозначения шероховатости могут приводиться также в технических требованиях. Так делают, во-первых, для удобства указания шероховатости в привычных для производственников обстоятельствах, во-вторых, когда нанесение обозначений шероховатости на изображении затруднено. В последнем случае на изображениях применяется условная укороченная запись с расшифровкой в технических требованиях (см. далее рис. 662, а).

Международный стандарт ИСО 1302—2002 рекомендует сохранять знак шероховатости поверхности и при упрощенных (укороченных) формах обозначений, помещаемых возле изображений, что делает чертеж более удобным для чтения, так как сразу выявляются обработанные поверхности. Кроме того, данный стандарт ИСО позволяет приводить расшифровку упрошенных обозначений непосредственно вблизи изображений.

Когда изображение поверхности отмечено знаком, приведенным на рис. 68, д, это означает, что конструктор считает качество поверхности сортамента пригодным для поверхности детали. При этом в основной надписи чертежа приводится условное обозначение сортамента со ссылкой на соответствующие документы. Указанный знак может выноситься в правый верхний угол чертежа и применяться там с дополнительным знаком в скобках (рис. 73).

Если поверхность сортамента по качеству не отвечает конструктивным требованиям, то приводят размеры дорабатываемого участка и указывают шероховатость его поверхности. Доработка осуществляется в пределах допуска на размер сортамента.

Существует еще один способ задания шероховатости поверхности: без указания параметров шероховатости. Обозначения шероховатости такой поверхности на чертеже не наносят, при этом высота неровностей (по умолчанию) должна быть выдержана в пределах допуска на размер, определяющий данную поверхность. В правом верхнем углу поля чертежа в таких случаях никаких обозначений быть не должно. Отметим, что при этом появляется некоторая неопределенность, поскольку возникает вопрос, не забыли ли что-то указать на чертеже.

На сборочном чертеже в правом верхнем углу его поля никаких обозначений шероховатости не приводят, так как подавляющее большинство поверхностей изображены обработанными. При необходимости доработки обозначение шероховатости наносят только на изображении дорабатываемой поверхности (как можно ближе к размеру, определяющему доработку).

На рис. 74 приведен фрагмент чертежа детали, у которой шероховатость внутренних поверхностей не регламентируется параметрами шероховатости.

Перечисленные приемы не только помогают быстрее понять, какую шероховатость должна иметь каждая поверхность летали, но и уменьшают число обозначений шероховатости на чертеже, разгружая его и освобождая место для нанесения другой информации или просто делая чертеж более свободным.

Рис. 73. Обозначение шероховатости поверхностей детали из сортамента

(в правый верхний угол чертежа вынесен знак, обозначающий необрабатываемые поверхности)

Рис. 74. Чертеж полого шара из серого чугуна, шероховатость внутренних поверхностей которого не определяется параметрами шероховатости

Высота букв, цифр и размера h знака (см. рис. 68, б) при нанесении обозначения на изображении должны быть равны высоте цифр, используемых для указания значений размеров. При вынесении обозначения шероховатости в правый верхний угол поля чертежа буквы и цифры в обозначении делают в 1,5 раза больше, чем на изображениях, но величину знака в скобках не меняют.

Мы уже говорили о том, что конструктор имеет право приводить на чертеже только те технологические указания, выполнение которых безусловно необходимо для обеспечения требуемой функциональности изделия. К таким указаниям относятся: способ образования поверхности, вид обработки поверхности, особое значение базовой длины и направление неровностей.

Шаговые параметры задаются редко, обеспечиваются они формой режущей части инструмента и величиной его подачи в процессе резания.

Быстрое истирание вершин неровностей поверхностей при работе изделия приводит к увеличению зазоров в соединениях. Чистовая обработка поверхностей (шлифование, полирование) позволяет заранее удалить вершины неровностей и тем самым изначально увеличить площадь контакта поверхностей.

При работе с реальной деталью шероховатость ее поверхностей можно определить косвенно, по следам, оставленным режущим инструментом.

Наиболее распространенные способы обработки заготовок приведены на рис. 75. О качестве поверхностей, получаемых при том или ином способе обработки, позволяет судить табл. 67.

Глубина врезания инструмента измеряется в направлении, перпендикулярном направлению подачи. Движения резания, подачи могут придаваться заготовке, инструменту и им обоим одновременно (в одну и ту же или разные стороны).

Фрезерование и токарная обработка с точки зрения получаемого качества поверхности близки друг к другу.

Рис. 75. Наиболее распространенные способы обработки заготовок:

а — точение; б — подрезка торца; е — растачивание: г — сверление; д — строгание;

е — развертывание; ж, з — торцевое и цилиндрическое фрезерование;

и, к — плоское и круглое шлифование

В заключение еще раз укажем способы задания шероховатости поверхности:

● с помощью знака шероховатости, относящегося к изображению конкретной поверхности (обозначение наносится на выносной линии непосредственно у стрелки размера, определяющего изображенную поверхность, или как можно ближе к ней — см. рис. 67);

● с помощью обозначения зоны, в которую входит группа поверхностей с одинаковой шероховатостью (см. рис. 70, б);

● с помощью знака шероховатости, снабженного дополнительным кружочком на конце правой его стороны, свидетельствующим, что обозначение относится ко всем поверхностям, образующим замкнутый контур из плоских, цилиндрических и других участков (см. рис. 69, а);

с помощью одного обозначения шероховатости (знак без кружочка), если поверхности плавно переходит одна в другую и должны иметь одинаковую шероховатость (см. рис. 69, б);

● с помощью разных обозначений шероховатости, если плавно переходящие одна в другую поверхности должны иметь разную шероховатость (рис. 76). В данном случае оговаривается также качество скругляющей поверхности (в том числе обозначением, вынесенным в правый верхний угол поля чертежа). Однако шероховатость поверхности скугления внутреннего угла или поверхности, образованной конической частью сверла, по умолчанию определяется качеством режущих кромок инструмента. Такой подход может быть приемлем при выполнении элемента детали, размеры которого обеспечиваются инструментом;

● выносом обозначения шероховатости поверхностей (как обшей, так и преобладающей) в правый верхний угол чертежа (см. рис. 72, а, б),

● соответствующей записью в текстовой части чертежа со ссылкой на поверхности, шероховатость которых задается;

● с помощью знака без указания параметров шероховатости для поверхностей сортамента (см. рис. 73). Если требуется более высокое качество поверхности, то ее доработка определяется соответствующими размерами и обозначением шероховатости;

● по умолчанию (без применения параметров шероховатости), когда неровности поверхности должны укладываться в пределы допуска на определяющий размер;

● без применения параметров шероховатости путем указания пределов неровностей в микрометрах. При этом указываются поверхности на изображении, и делается соответствующая запись в технических условиях. Такой способ встречается крайне редко.

Таблица 5.2. Пределы средней высоты неровностей при различных способах механической обработки поверхностей.

Способ обработки	Усредненная высота неровностей, мкм	Номинальные значения параметра Ra образцов для сравнения
Точение, расточка: черновое чистовое тонкое	400…12,5 12,5…1,6 1,6…0,1	12,5; 6,3; 3,2; 1,6; 0,8; 0,4; 0,2; 0,1; 0,05; 0,025
Сверление	12,5…6,3
Развертывание	0,8…0,2
Шлифование: чистовое тонкое	0,8…0,4 0,4…0,1	3,2; 1,6; 0,8; 0,4; 0,2; 0,1
Полирование	0,1…0,025	0,05; 0,025

Рис. 76. Обозначения шероховатости поверхностей, плавно переходящих одна в другую, но имеющих разную шероховатость

Примеры нанесения обозначений шероховатости поверхностей приведены также на рис. 76. Не каждый из них является предпочтительным без оговорок, но все они допускаются стандартом и выбираются в зависимости от конкретных обстоятельств. Шероховатость поверхности указывается чаше всего одним значением параметра, которое является предельным, определяющим наибольшую допустимую величину неровностей. Нижний предел не оговаривается: каждый раз он определяется возможностями способа образования поверхности, режимами обработки, геометрией режущей части инструмента и т.п. Например, если на чертеже указано Rz100, то это случай задания верхнего предельного значения параметра. Если же на чертеже указано Rz100 и 25 (значения размещаются под полкой знака одно под другим, большее — сверху), Ra50±20 или Rmax100±10%, то это случаи, когда задаются оба предельных значения параметра (в двух последних примерах — с использованием номинального значения параметра).

Примером изделий массового производства с высокой степенью точности размеров, минимальными отклонениями от параллельности рабочих поверхностей и незначительной шероховатостью являются наборы концевых мер, используемых в технических измерениях. На рис. 77 показан фрагмент чертежа одной из концевых мер (ее поперечное сечение не приводится).

Сравнение обработанной поверхности с поверхностью образца производится на глаз и на ощупь. Обычно при изготовлении набора образцов шероховатости поверхности за основу берут предпочтительные значения параметра Ra, «подвластные» невооруженному человеческому глазу. Образцы должны иметь значения параметра шероховатости в пределах +10...-20 мкм от номинального значения. Группы образцов шероховатости сформированы по видам обработки. В последней колонке табл. 5.2 перечислены номинальные значения параметра Ra4, применяемые при изготовлении образцов шероховатости. Эти значения рекомендуется использовать учащимся при выполнении чертежей.

Рис. 77. Фрагмент чертежа изделия, требующего высочайшей точности выполнения размера (2,5 ± 0,0001) и очень малой шероховатости поверхностей Rz0,063)

К теме данного подраздела относятся материалы ГОСТ 2789 — 73 «Шероховатость поверхностей», ГОСТ 9378 — 75 «Образны шероховатости поверхности», ГОСТ 2.309—73 «Обозначения шероховатости поверхностей.

5.3. Общие сведения о волнистости поверхностей, классах чистоты поверхностей и отклонениях от правильной геометрической формы.

В программу курса черчения не входит изучение вопросов, связанных с регламентацией на чертежах волнистости поверхностей, чистоты поверхностей и отклонений от номинальной формы поверхности. Ограничимся поэтому лишь общими сведениями.

Волнистость — это совокупность периодически повторяющихся неровностей на поверхности, которые образуются в системе станок—инструмент—заготовка. Профиль волнистости определяется в нормальном сечении поверхности, при этом шероховатость, чистота поверхности и отклонения от правильной геометрической формы не учитываются.

Высота неровностей волнистости близка к высоте неровностей шероховатости, однако ее измерение производится на базовых длинах, многократно превосходящих те, что используются при определении шероховатости. Классы чистоты поверхностей определяют качество поверхностей оптических деталей с параметром шероховатости Rz не более 0,1 мкм с точки зрения наличия царапин и точек. Чистота поверхности устанавливается только для световых зон (см. подразд. 8.8). Отклонение от формы характеризует отклонение формы реальной поверхности от формы номинальной поверхности, или номинального профиля. Шероховатость в данном случае также не учитывается, а волнистость принимается во внимание. Различают отклонения от прямолинейности, от плоскостности, от цилиндричности.

Материалы, относящиеся к теме данного подраздела, изложены в ГОСТ 2.308 — 79 «Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей», ГОСТ 11141 — 84 «Классы чистоты поверхностей».

5.4. Обозначение материалов

Любая деталь изготовляется из определенного материала, более того, из определенной его марки. Выбор материала зависит от большого числа факторов. Перечислим часть из них:

- требуемая прочность изделия;

- требуемая износоустойчивость;

- ограничения по весу изделия;

- окружающая среда, в которой будет работать изделие;

- возможности производства по обработке материала;

- стоимость материала (существенно влияющая на стоимость изделия);

- способность материала подвергаться обработке;

- внешний вид материала;

- вид производства (индивидуальное, массовое и т.д.);

- наличие материала на складе и возможность его приобретения;

- наличие информации о существующих материалах и об их свойствах.

Как было сказано в подразд. 2.3, указания о материале детали приводятся в графе 3 основной надписи, но если допускается его замена, то об этом говорится в текстовой части чертежа.

Приведем некоторые сведения о материалах, наиболее часто применяемых в машиностроении и, в частности, в приборостроении.

Чугуны. Самые распространенные чугуны представляют собой сплавы железа с углеродом, в котором доля углерода составляет от 3 до 4,5 %. Серые чугуны содержат углерод в виде свободного графита. В белых чугунах графит находится в виде химического соединения с железом. Белые чугуны используются для последующей переплавки в сталь или ковкий чугун. Легированные чугуны содержат хром, никель, медь, алюминий и повышенное количество марганца или кремния. Чугуны всех марок относятся к нековким материалам (ковкий чугун получил такое наименование из-за несколько повышенных пластических свойств).

Качество чугунов регламентируется соответствующими стандартами. Марки серых чугунов устанавливает ГОСТ 1412 — 85, ковких чугунов — ГОСТ 1215 — 79. Примеры записей в графе 3 основной надписи чертежа:

СЧ25 ГОСТ 1412 — 85, СЧ35 ГОСТ 1412 — 85 — для серых чугунов;

КЧ30 — 6 Ф ГОСТ 1215 — 79, КЧ60 — 30 П ГОСТ 1215 — 79 — для ферритового и перлитового ковких чугунов.

Стали углеродистые обыкновенного качества. Стали представляют собой ковкие сплавы железа с углеродом, в которых доля углерода составляет от 0,04 до 1,2 %. ГОСТ 380—88 устанавливает марки углеродистых сталей обыкновенного качества от Ст0 до Ст6. Чем выше число в марке, тем больше углерода в сплаве и, следовательно, тем выше прочность и ниже пластичность сплава.

При варке сталей производится их раскисление, в результате которого выделяется большое количество газов, отчего сталь кажется кипящей (на самом деле температура кипения стали намного выше температуры варки). Степень раскисления отмечается в марке буквами сп (спокойная сталь) и кп (кипящая). Примеры записей:

Ст3 ГОСТ 380 — 88, Ст4кп ГОСТ 380 — 88, Ст2сп ГОСТ 380 — 88.

Стали углеродистые качественные. ГОСТ 1050 — 94 устанавливает марки конструкционных сталей (0,8; 10; 15; 20; ...), определяет гарантированный химический состав и механическую прочность для каждой из них. Примеры записей:

Сталь 20 ГОСТ 1050 — 94, Сталь 45 ГОСТ 1050 — 94, Сталь 65 ГОСТ 1050 — 94.

Перечисленные в примерах марки содержат соответственно 0,20; 0,45 и 0,65 % углерода.

Стали легированные. Легированием называется введение в расплавленные металлы и сплавы сравнительно небольших количеств легирующих элементов, положительно изменяющих их свойства. Для сталей легирующими элементами могут быть металлы (хром, молибден, никель и др.) и неметаллы (кремний, фосфор к др.). Примеры записей:

Сталь 12Х2Н4А ГОСТ 4543 — 71, Сталь ЗОХГСА ГОСТ 4543 — 71.

В первом примере приведено обозначение хромоникелевой стали, содержащей 0,12% углерода, 2% хрома, 4% никеля, во втором — стали, содержащей 0,30% углерода и приблизительно по 1 % хрома, марганца и кремния. Буква А в конце марки указывает на повышенное качество стали, в частности на то, что в ней в 3 раза меньше вредных примесей серы и фосфора.

В любых материалах, в том числе и в сталях, присутствуют примеси, количество которых весьма мало (доли процента).

Стали прокатные. Специальные прокатные заводы выпускают сортовые материалы (сортамент) определенных профиля, размеров, качества поверхности и т.д. Обозначение сортамента содержит указания на его вид, материал и размеры. Примеры записей:

для листов горячекатаной стали

где Б — указание на нормальную точность прокатки; НО — необрезанные кромки; ПН — нормальная плоскостность; 40х х 1400 х 3000 — размеры листа в миллиметрах; ГОСТ 19903— 74 — стандарт, устанавливающий качество листа; 20X13 — марка стали; МЗб — труппа поверхности листа; ГОСТ 7350— 77 — стандарт, устанавливающий марки сталей для проката такого типа; для фасонного проката

где 8 — расстояние в миллиметрах между параллельными гранями прутка (размер «под ключ»); h10 — допуск на этот размер (точность прутка); 45 — марка стали; В — указание на качество поверхности; 5 — категория материала; Т — указание на наличие термообработки.

Стали литейные. Литейные стали отличаются повышенной жидкотекучестъю, что весьма важно для хорошего заполнения литейных форм. ГОСТ 977 — 75 устанавливает для литейных сталей марки (в их обозначениях всегда присутствует буква Л) и три группы качества: I, II, III (последняя для особо ответственных деталей). Примеры записей:

Сталь 25Л — I ГОСТ 977 — 75, Отливка 25Л- II ГОСТ 977 — 75.

Первая запись — обозначение марки стали на чертеже детали, вторая — обозначение отливки из стали той же марки на чертеже отливки.

Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы подразделяют на литейные (по ГОСТ 2685 — 75) и деформируемые (по ГОСТ 4784— 74), обрабатываемые свободной ковкой или штамповкой (ковка в штампах). Деформируемый алюминиевый сплав нередко называют дюралем или дюралюмином (дуралюмином). Примеры записей:

АЛ1 ГОСТ 2685 — 75, Д16 ГОСТ 4784- 74.

Бронзы. Бронзы являются литейными материалами. Их подразделяют на оловянные (сплав содержит медь, олово и возможно другие компоненты) и безоловянные. К последним относятся бериллиевые бронзы (для пружин) и алюминиевые (обладают повышенными механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами). Примеры записей:

Бр ОЦН 3 — 7 — 5 — 1 ГОСТ 613 — 79; БрБНТ 1,7 ГОСТ 18175 — 78;

БрАЖМц 10 — 3 — 1,5 ГОСТ 18175 — 78.

В марках цветных металлов и сплавов есть несколько обозначений, которые отличаются от применяемых в черной металлургии: С — свинец (в марках сталей этой буквой обозначают кремний), А — алюминий (в марках сталей алюминий обозначается буквой Ю), Ми — марганец (для марок сталей — буква Г). Остальные обозначения являются общими: О — олово, Ц — цинк, Н — никель, Ж — железо, Б — бериллий, Т — титан. Цифры указывают на содержание компонентов в процентах в соответствии с порядком их написания (в отличие от марок черных металлов здесь при содержании компонента около 1% цифра 1 пишется).

Латуни. Латуни представляют собой сплавы меди с цинком. Их подразделяют на литейные (по ГОСТ 17711 —80) и обрабатываемые давлением (по ГОСТ 15527 — 70). Примеры записей:

ЛЦ30А3 ГОСТ 17711 — 80, ЛК — 80 — 30 ГОСТ 15527 — 70,

ЛС59 — 1 ГОСТ15527 — 70.

Буква Л означает латунь.

Цветной сортамент. Примеры записей;

Пруток БрКМц 3 — 1т — ш — 32 — Н ГОСТ 1628 — 72 — бронзовый тянутый пруток шестигранного поперечного сечения, размер между параллельными гранями 32 мм, нормальной точности изготовления;

Пруток Д16 кр 50Н ГОСТ 21488 — 73 — дюралевый пруток круглого поперечного сечения, диаметром 50 мм, нормальной точности изготовления;

Пруток ДКРНТ 12 НД ЛС 59 — 1В ГОСТ 2060 — 73 — пруток тянутый, круглого поперечного сечения, нормальной точности изготовления, твердый, диаметром 12 мм из латуни марки 59 — 1В.

Неметаллические материалы. Эти материалы продолжают вытеснять металлы благодаря своим специфическим свойствам. Многие технические изделия и предметы широкого потребления своим появлением обязаны пластическим массам (пластмассам). Пластмассы состоят из смол, наполнителей и красителей. Их положительные качества: антикоррозионная стойкость, малая электрическая проводимость, хороший внешний вид, сравнительно низкая стоимость, экономичность изготовления изделий из пластмасс при крупносерийном и массовом производствах.

Некоторые примеры таких материалов:

пресс-материал АГ-4 — применяется для изготовления различных деталей и электроизоляции. Запись в графе 3 основной надписи имеет вид:

Пресс-материал АГ-4 ГОСТ 20437— 89;

стекло органическое. Пример записи для листового материала:

СОЛ 3 х 400 х 500 ГОСТ 15809— 70;

текстолит — подразделяется на конструкционный (ГОСТ 5 — 78) и электротехнический (ГОСТ 2910 — 74). Примеры записей:

Текстолит ПК — 20 ГОСТ 5 — 78, Текстолит А — 10 ГОСТ 2910— 74;

фторопласт — один из лучших диэлектриков, обладает высокими антикоррозионными, тепло- и морозостойкими свойствами, малым коэффициентом трения. ГОСТ 10007 — 80 устанавливает следующие марки фторопласта: С — для специзделий, П — электроизоляционный, О — общего назначения, Т— для толстостенных изделий. Пример записи: Фторопласт 4 П ГОСТ 10007— 80.

Помимо пластмасс к неметаллам относятся резина (выпускается в виде пластин для изготовления прокладок или в виде сырого материала, обретающего заданные форму и размеры при вулканизации в форме), технический войлок, асбестовые шнуры и листы, керамика и т.п.

Из приведенных обозначений материалов видно, что наименование материала в начале обозначения указывается только тогда, когда отсутствует его условное обозначение в марке.

Обозначение сортамента на чертежах деталей никогда полностью не приводят: указывают только те размеры, которые сохраняются на детали после обработки. Следует отметить, что записи в случаях цветного и черного сортаментов отличаются друг от друга.