Udostępnij artykuł:

Procesy obróbki i związana z nimi chropowatość powierzchni

Prawidłowe wykończenie powierzchni znacząco wpływa na funkcjonalność, żywotność i koszty produkcji komponentów. Na tym blogu dowiesz się wszystkiego, co musisz wiedzieć - od podstaw chropowatości powierzchni, przez metody pomiaru i międzynarodowe standardy, po praktyczne przykłady tego, jak chropowatość jest wywoływana na rysunkach i jakie metody obróbki zapewniają pożądaną jakość. Zanurz się w świecie precyzji i dowiedz się, dlaczego nawet mikrometry mogą mieć znaczenie!

Czym jest chropowatość powierzchni?

Chropowatość powierzchni lub chropowatość powierzchni opisuje mikroskopijną nierówność i teksturę tworzoną przez procesy obróbki na powierzchni materiału. Ta nierównomierność jest często zbyt mała, aby można ją było dostrzec gołym okiem, ale znacząco wpływa na właściwości mechaniczne, chemiczne i optyczne komponentu.

Chropowatość jest zwykle mierzona przez profil powierzchni, przy czym odchylenia od idealnie gładkiej powierzchni są rejestrowane w postaci szczytów i dolin. Odchylenia te są mierzone w mikrometrach (μm) i są opisane przy użyciu różnych charakterystyk. W zastosowaniach przemysłowych chropowatość powierzchni nie jest nieistotnym aspektem, ponieważ wpływa na takie czynniki, jak tarcie, przyczepność, zachowanie zużycia, smarowność i odporność na korozję. Optymalna chropowatość może pomóc wydłużyć żywotność podzespołów, zwiększyć wydajność maszyny lub poprawić funkcjonalność uszczelnień, łożysk i innych komponentów.

Jakie są rodzaje chropowatości powierzchni?

Chropowatość powierzchni jest opisana różnymi parametrami, które pomagają scharakteryzować stan powierzchni. Każdy z tych parametrów dostarcza różnych informacji o mikrostrukturze i jakości powierzchni. Niektóre z najważniejszych parametrów wyjaśniono poniżej:

Ra chropowatości (średnia arytmetyczna wartość chropowatości): Ra jest najczęściej używanym parametrem opisującym chropowatość powierzchni. Mierzy średnią odległość profili chropowatości od linii środkowej powierzchni. Ra zapewnia prostą średnią wysokości i głębokości odchyleń powierzchni i zapewnia ogólne oszacowanie chropowatości.
Ry chropowatości (maksymalna chropowatość): Ry odnosi się do najwyższego indywidualnego szczytu i najgłębszej doliny w określonej sekcji pomiarowej. Opisuje on zatem największą odległość pionową na powierzchni.
Chropowatość Rz (wartość dziesięciopunktowa wysokości): Rz opisuje różnicę między pięcioma najwyższymi szczytami a pięcioma najniższymi dolinami w sekcji pomiarowej. W przeciwieństwie do Ra, który zapewnia średnią wartość, Rz koncentruje się na ekstremalnych wysokościach i głębokościach i zapewnia bardziej precyzyjne stwierdzenie o maksymalnej chropowatości powierzchni.
Rt chropowatości (całkowita wysokość profilu): Rt opisuje odległość między najwyższym i najniższym odchyleniem powierzchni na całej długości zmierzonego profilu. Zapewnia całkowitą wartość chropowatości, biorąc pod uwagę ekstremalne szczyty i doliny na całym polu pomiarowym.

Dokładne obliczenie tych parametrów może być dość skomplikowane i wymaga specjalnych przyrządów pomiarowych i metod matematycznych. Aby uzyskać szczegółowe obliczenia chropowatości powierzchni, więcej informacji można znaleźć w naszym poście na blogu na temat pomiaru i wyznaczania wykończenia powierzchni i wykresu chropowatości.

Metody pomiaru chropowatości powierzchni

Chropowatość powierzchni mierzy się za pomocą różnych przyrządów pomiarowych i metod pomiarowych. Najczęstsze techniki obejmują:

Metoda skanowania przekrojowego: W takim przypadku precyzyjna końcówka skanująca skanuje powierzchnię obrabianego przedmiotu, rejestrując wysokość i głębokość profilu powierzchni. Czujnik rejestruje profil, z którego można następnie uzyskać różne parametry chropowatości, takie jak Ra, Rz lub Rt. Ta metoda jest odpowiednia dla szerokiego zakresu powierzchni, ale generuje tylko dwuwymiarowy widok chropowatości.
Pomiar chropowatości optycznej: Optyczne przyrządy pomiarowe generują trójwymiarowy obraz powierzchni. Metody te są szczególnie przydatne w przypadku delikatnych lub miękkich materiałów, które mogą zostać uszkodzone przez mechaniczną końcówkę.
Skanowanie laserowe: Metody laserowe wykorzystują skupioną wiązkę światła do pomiaru powierzchni. Pozwala to na bezdotykowy pomiar struktur powierzchniowych z dużą szybkością i precyzją.

Międzynarodowe standardy chropowatości powierzchni

Chropowatość powierzchni jest mierzona i określana przez międzynarodowe normy. Na przykład seria norm ISO 25178 odnosi się do trójwymiarowych pomiarów tekstury powierzchni i staje się coraz ważniejsza, ponieważ nowoczesne procesy produkcyjne często generują złożone struktury powierzchni. Normy międzynarodowe zapewniają, że pomiar i specyfikacja chropowatości powierzchni pozostaje spójna i porównywalna na całym świecie. Normy te zawierają jasne definicje i wytyczne pomiarowe stosowane przez przemysł wytwórczy w celu zapewnienia, że komponenty spełniają wymagania funkcjonalne i jakościowe.

Jak na rysunkach jest określana chropowatość powierzchni?

Specyfikacje powierzchni na rysunkach technicznych opisują specyficzną jakość powierzchni, w tym jej chropowatość, wiotkość i metody obróbki. Inżynierowie i specjaliści od produkcji używają standardowych symboli, aby dokładnie komunikować wymagania dotyczące wykończenia powierzchni. Podstawę do produkcji komponentów tworzy określenie chropowatości powierzchni, metod obróbki i kierunków ziarna na rysunkach. Te symbole i wartości są zgodne z międzynarodowymi normami, takimi jak ISO 1302, które zapewniają globalnie jednolite specyfikacje i metody pomiaru. Niektóre podstawowe symbole chropowatości są wyjaśnione poniżej.

Symbol powierzchni jest standardowym symbolem używanym na rysunkach inżynierskich do przekazywania wymagań dotyczących wykończenia powierzchni dla obrabianego przedmiotu. Służy do prezentacji informacji na temat chropowatości powierzchni, metody obróbki, kierunku ziarna, falistości i innych istotnych aspektów powierzchni.

a – Wartość chropowatości powierzchni Ra

b – Określa metodę obróbki

c – Specyfikacja sekcji, sprawdzona długość

d – Określa kierunek ziarna

e – Określa tolerancję obróbki

f – Parametry inne niż Ra

g – Określa falistość powierzchni

Metody obróbki w celu modyfikacji wykończenia powierzchni

Różne metody, takie jak toczenie, frezowanie, szlifowanie lub docieranie, generują różne chropowatości, które wpływają na funkcjonalność i jakość wytwarzanych komponentów. W zależności od zastosowania może być wymagana gruba lub szczególnie gładka powierzchnia w celu zminimalizowania tarcia, zużycia lub podatności na korozję. W poniższej tabeli wymieniono chropowatość na powierzchniach i pokazano, które metody można zastosować w celu uzyskania tych chropowatości.

Metoda obróbki i osiągalna chropowatość powierzchni - jednostka: μm
Chropowatość powierzchni R_a (μm)	Metoda obróbki
0.025	– prawie lustrzane, gładkie wykończenie z bardzo niewielką, mikroskopijną nierównością uzyskuje się za pomocą metod takich jak mikroszlifowanie, docieranie, polerowanie lub elektropolerowanie – dla wrażliwych komponentów o wysokiej precyzji
0.05	– precyzyjne wykończenie o jednolitej fakturze i ledwo widocznych szczytach chropowatości i dolinach chropowatości jest generowane przez precyzyjne metody obróbki końcowej, takie jak precyzyjne szlifowanie, docieranie, polerowanie lub metody super wykończenia – do zastosowań o wysokich wymaganiach precyzji
0.1	– bardzo gładkie wykończenie, ale z nieco bardziej mikroskopijną chropowatością, generowaną przez precyzyjne szlifowanie, szlifowanie, docieranie lub polerowanie – idealne do instrumentów w mechanice precyzyjnej i optyce
0.2	– Precyzyjna, wysokiej jakości powierzchnia jest osiągana poprzez szlifowanie, precyzyjne szlifowanie, docieranie lub honowanie – do dopasowania, powierzchni uszczelniających i powierzchni łożysk
0.4	– wysokiej jakości wykończenie o zauważalnej, ale wciąż małej mikronierówności uzyskuje się za pomocą metod obróbki skrawaniem, takich jak precyzyjne toczenie, frezowanie, szlifowanie i honowanie – do zastosowań o umiarkowanych wymaganiach dotyczących wykończenia powierzchni
0.8	– stosunkowo gładkie wykończenie z wyraźniejszymi mikronierównościami uzyskuje się dzięki toczeniu, frezowaniu, honowaniu i szlifowaniu – dla elementów mechanicznych, powierzchni ślizgowych i powierzchni ślizgowych, które muszą umożliwiać płynne ruchy
1.6	– dobre wykończenie powierzchni z mikronierównościami dotykowymi uzyskuje się za pomocą metod takich jak toczenie, frezowanie, obróbka zgrubna lub szlifowanie – dla łożysk ślizgowych, wałów i komponentów pracujących w umiarkowanych, kontrolowanych warunkach
3.2	– stosunkowo szorstkie wykończenie z wyraźnie dostrzegalnymi szczytami i dolinami jest generowane przez toczenie, frezowanie lub obróbkę zgrubną – dla elementów i połączeń, które są obrabiane lub powlekane w kolejnych operacjach
6.3	– stosunkowo grube wykończenie o wyraźnie widocznej i wyczuwalnej nierówności jest generowane przez toczenie, frezowanie, odlewanie, wiercenie itp. – dla elementów narażonych na duże obciążenia lub przeznaczonych do późniejszej obróbki powierzchni
12.5	– bardzo gruba powierzchnia z wyraźnymi nierównymi powierzchniami jest tworzona przez toczenie, frezowanie, szlifowanie lub odlewanie – do elementów szorstkich lub niekrytycznych
25	– chropowata, dolna powierzchnia, tworzona podczas cięcia, toczenia zgrubnego, frezowania itp. – dla komponentów i półfabrykatów przed precyzyjną obróbką
50, 100	– bardzo gruba powierzchnia – do zastosowań tolerowanych lub określonych z wysoką chropowatością powierzchni

Znaczenie chropowatości powierzchni w zastosowaniach przemysłowych

Chropowatość powierzchni odgrywa ważną rolę w zastosowaniach przemysłowych, zwłaszcza jeśli chodzi o zmniejszenie tarcia i zużycia. W zależności od profilu chropowatości powierzchnie mogą powodować większe tarcie lub lepiej utrzymywać folię smarującą, a tym samym poprawiać wydajność podzespołów maszyny. Jednak aby uzyskać pełne zrozumienie zależności między wykończeniem powierzchni a zachowaniem tarcia, równie ważne jest zrozumienie koncepcji tarcia i współczynnika tarcia. W tym kontekście chropowatość powierzchni bezpośrednio wpływa na współczynnik tarcia, który jest zdecydowanie odpowiedzialny za kontakt między komponentami. Chcesz dowiedzieć się więcej? Więcej informacji na temat podstaw współczynnika tarcia, jego metod pomiaru i jego zastosowań w inżynierii znajduje się na naszym blogu.