Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Волнистость поверхности — совокупность периодически повторяющихся неровностей с относительно большим шагом, занимающая промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью. Её параметры (прежде всего Wa и Wz) и контроль опираются на профильный метод: первичный профиль фильтруют, выделяя из него волнистую составляющую, и по ней рассчитывают амплитудные характеристики.
Ниже разобрано место волнистости среди отклонений поверхности, параметры Wa и Wz, фильтрация профиля, причины появления волнистости — главным образом вибрации технологической системы — и методы измерения. Терминология, профиль волнистости и W-параметры приведены по действующему в Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 4287-2014; фильтрация — по ГОСТ Р ИСО 16610-21-2015.
Реальная поверхность детали всегда отличается от номинальной. Эти отличия разделяют по масштабу — по соотношению шага неровностей и их высоты — на три порядка, перечисленные ниже в порядке убывания шага: отклонения формы (макрогеометрия), волнистость и шероховатость (микрогеометрия); ещё более мелкий уровень относят к субмикрошероховатости. Волнистость — это периодические неровности средних масштабов, расстояния между смежными возвышенностями которых превышают базовую длину, принятую для оценки шероховатости.
Волнистость занимает промежуточное положение: её шаг больше, чем у шероховатости, но меньше, чем у отклонений формы.
Строгой геометрической границы между порядками отклонений нет, поэтому в инженерной практике пользуются условной классификацией по отношению шага неровностей Sw к их высоте Wz.
Классификация по отношению Sw/Wz является условной. В отдельных случаях волнистость может превышать отклонение формы, а шероховатость — волнистость, поэтому критерий служит ориентиром, а не жёсткой нормой.
Практический смысл выделения волнистости в том, что она влияет на эксплуатационные свойства сопряжений: на равномерность зазора и несущую способность масляного слоя в подвижных соединениях, на фактическую площадь контакта и контактную жёсткость стыков, на герметичность. Поэтому волнистость нормируют и контролируют отдельно от шероховатости и отклонений формы.
Снятый прибором первичный профиль содержит все составляющие сразу — и форму, и волнистость, и шероховатость. Чтобы оценить волнистость отдельно, профиль разделяют фильтрами на длинноволновые и коротковолновые компоненты. Согласно профильному методу применяют три фильтра профиля с одинаковыми характеристиками пропускания, но разной длиной волны отсечки.
Профиль волнистости получают, последовательно применяя к первичному профилю фильтр λf, подавляющий длинноволновую (форменную) составляющую, и фильтр λc, подавляющий коротковолновую (шероховатую) составляющую. Таким образом, волнистость — это полоса между отсечками λc и λf, а профиль шероховатости — полоса между λs и λc.
Профиль волнистости = первичный профиль − форма (фильтр λf) − шероховатость (фильтр λc)
Полоса пропускания профиля волнистости задаётся фильтрами λc и λf. Перед выделением волнистости номинальную форму предварительно удаляют методом наименьших квадратов. Средняя линия профиля волнистости соответствует длинноволновому компоненту, подавляемому фильтром λf.
В качестве фильтра профиля применяют фильтр Гаусса: его передаточная характеристика на длине волны отсечки составляет 50 %, благодаря чему коротковолновая и длинноволновая части профиля разделяются и могут быть восстановлены без искажения. Базовая длина волнистости lw по числовому значению равна длине волны отсечки фильтра λf, а базовая длина шероховатости lr — отсечке фильтра λc.
Параметры, рассчитываемые на основе профиля волнистости, называют W-параметрами. Первая прописная буква в обозначении указывает тип профиля: R — профиль шероховатости, W — профиль волнистости, P — первичный профиль. Поэтому Wa и Wz вычисляют именно по профилю волнистости, тогда как одноимённые Ra и Rz — по профилю шероховатости. В основе амплитудных параметров лежат высота пика и глубина впадины профиля. Амплитудные параметры определяют в пределах базовой длины волнистости lw; исключение — параметр Wt, который оценивают на всей длине оценки.
Wa = (1 / lw) · ∫ |Z(x)| dx (в пределах базовой длины lw)
Wa — среднее арифметическое из абсолютных значений ординат Z(x) профиля волнистости в пределах базовой длины. Это интегральный параметр: он устойчив к единичным выбросам и характеризует усреднённую амплитуду волнистости. Аналог для профиля шероховатости — параметр Ra.
Wz = Wp + Wv
Wz — сумма наибольшей высоты пика профиля Wp и наибольшей глубины впадины профиля Wv в пределах базовой длины. В отличие от Wa, параметр Wz отражает размах волнистости и чувствителен к наибольшим выступам и впадинам. Аналог для профиля шероховатости — параметр Rz.
Кроме Wa и Wz, на профиле волнистости определяют и другие параметры того же семейства.
Действующий стандарт не устанавливает рядов предпочтительных числовых значений и длин оценки по умолчанию для W-параметров: выбор отсечек фильтров и нормируемых значений определяется функциональными требованиями к поверхности. Поэтому при указании волнистости обязательно задают и параметр, и условия фильтрации.
Отдельного стандарта, посвящённого только волнистости, в российской системе нет: волнистость нормируется в составе профильного метода вместе с шероховатостью и первичным профилем. Ниже — документы, на которые опирается оценка волнистости.
На международном уровне стандарт ISO 4287 был отменён в конце 2021 года и заменён серией ISO 21920, в которой параметры профиля устанавливает ISO 21920-2:2021. Гармонизированного российского аналога серии ISO 21920 пока нет, поэтому в Российской Федерации W-параметры (в том числе Wa и Wz) на 2026 год нормирует действующий ГОСТ Р ИСО 4287-2014, идентичный ISO 4287:1997. При работе по международным чертежам следует учитывать, что в ISO 21920-2 изменены порядок операций фильтрации и правила усреднения параметров, поэтому численные значения по двум стандартам могут отличаться.
Основная причина образования волнистости — отклонение действительной траектории относительного движения инструмента и заготовки от заданной. Из всех процессов, происходящих в работающей технологической системе станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД), наибольшее влияние на это рассогласование оказывают вибрации. Колебательные движения инструмента и заготовки, накладываясь на основное движение резания, оставляют на поверхности волнистый след.
Вибрации при резании разделяют на два вида.
На уровень волнистости существенно влияет жёсткость технологической системы: наибольшая волнистость, как правило, образуется при обработке заготовок малой жёсткости и при недостаточной жёсткости узлов станка. Низкочастотные колебания заготовки формируют грубую волнистость с большим шагом, высокочастотные колебания инструмента — мелкую рябь. Снижают волнистость повышением жёсткости и виброустойчивости системы, балансировкой вращающихся частей, правильным выбором режимов и геометрии инструмента, применением виброгасителей.
Волнистость измеряют теми же приборами, что и шероховатость, — с обязательным выделением профиля волнистости фильтрацией. Применяют контактный (щуповой) и бесконтактный методы.
Порядок контроля волнистости профильным методом сводится к следующим шагам.
Длина оценки должна охватывать несколько периодов волнистости, иначе оценка нерепрезентативна. Поскольку значения W-параметров зависят от выбранных отсечек фильтров, сравнивать допустимо только результаты, полученные при одинаковых условиях фильтрации.
Корректная оценка волнистости держится на правильном разделении профиля и согласованных условиях измерения. Ниже — частые ошибки.
Типичные ошибки: смешение волнистости с шероховатостью или отклонением формы из-за неверно выбранных отсечек фильтров; оценка без предварительного удаления формы; сравнение значений Wa или Wz, измеренных при разных λc и λf; слишком короткая длина оценки, не охватывающая несколько волн; указание параметра волнистости на чертеже без условий фильтрации.
Рекомендации: задавать параметр волнистости вместе с отсечками фильтров и базовой длиной; выбирать отсечки исходя из функционального назначения поверхности; для борьбы с волнистостью воздействовать на её причину — повышать жёсткость и виброустойчивость системы, устранять дисбаланс и биения, корректировать режимы резания.
Это периодические волны на поверхности детали с относительно большим шагом — крупнее, чем мелкие неровности шероховатости, но мельче, чем общее искажение формы. Чаще всего они появляются из-за вибраций при обработке.
Различие в масштабе неровностей: у шероховатости шаг наименьший, у отклонений формы — наибольший, волнистость находится между ними. Условно порядок отклонения определяют по отношению шага к высоте: до 40 — шероховатость, от 40 до 1000 — волнистость, свыше 1000 — отклонения формы. Граница условная и служит ориентиром.
Оба рассчитываются по профилю волнистости. Wa — среднее арифметическое отклонение профиля, усреднённая амплитуда волнистости; Wz — максимальная высота профиля, сумма наибольшего пика и наибольшей впадины, то есть размах волнистости. Wa устойчивее к единичным выбросам, Wz чувствительнее к ним.
Отдельного стандарта именно на волнистость нет. W-параметры (включая Wa и Wz) устанавливает действующий ГОСТ Р ИСО 4287-2014, фильтры Гаусса — ГОСТ Р ИСО 16610-21-2015. На международном уровне ISO 4287 заменён на ISO 21920-2:2021, но гармонизированного российского аналога серии ISO 21920 пока нет.
Из-за отклонения траектории движения инструмента и заготовки от заданной, главным образом из-за вибраций технологической системы. Вибрации бывают вынужденными (дисбаланс и биение шпинделя, прерывистое резание, дефекты передач) и автоколебаниями (за счёт самого процесса резания). Усугубляет волнистость недостаточная жёсткость системы.
Снятый профиль содержит форму, волнистость и шероховатость одновременно. Чтобы оценить волнистость отдельно, профиль фильтруют: фильтр λf убирает длинноволновую форму, фильтр λc — коротковолновую шероховатость, оставляя профиль волнистости. Применяют фильтр Гаусса с передачей 50 % на длине волны отсечки.
Профилометрами и профилографами — контактными (с алмазным щупом) и бесконтактными (оптическими, лазерными) — с выделением профиля волнистости фильтрацией. Волнистость круглых деталей оценивают на кругломерах по числу волн на оборот.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.