4 важных шага к преодолению дефектов поверхности материала

Что на самом деле означает «без дефектов»?

Фундаментальная проблема возникает, когда в техническом чертеже указано «без дефектов», «без остатков», «без масла, жира и твердых частиц», «без мусора», «без царапин» или иным образом указано, что поверхность материала отсутствует. несовершенства допустимы. На чертежах также часто указываются такие характеристики, как «без линий вытягивания», «без выемок» и «без продольных линий штампа».

Проблема с этими запросами в том, что они на самом деле означают, когда вы смотрите на поверхность детали?

Если вы достаточно внимательно посмотрите на любую поверхность, вы найдете изъяны. (Вы когда-нибудь смотрели на свою кожу в обычное зеркало, а затем в зеркало с 10-кратной лупой?) И это верно даже для самого точного изготовления металла.

Различия на микроскопическом уровне

С микроскопической точки зрения поверхность может иметь линии, которые невидимы при 10-кратном увеличении, но выглядят как крупные впадины при рассмотрении при 50-кратном увеличении. Поверхность отрезанной трубки может выглядеть однородной при 10-кратном увеличении, но при 500-кратном увеличении с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) будут выявлены дефекты выравнивания зерен.

При очень большом увеличении практически каждый материал имеет проблемы с поверхностью. Однако, когда требуется, чтобы поверхность была «без дефектов», в чертежах часто не указано, насколько тщательно должна быть проверена поверхность детали или, что, возможно, более важно, насколько тщательно она будет проверена заказчиком.

Итак, как вы можете решить проблемы с дефектами поверхности материала? Примените эти четыре шага!

1. Определите коэффициент увеличения

Чтобы убедиться, что детали проверяются с должным уровнем детализации, крайне важно определить коэффициент увеличения, при котором необходимо исследовать поверхность материала. Коэффициент увеличения — это отношение между видимым размером объекта (или его размером на изображении) и его истинным размером, обозначаемым как 5x, 10x, 20x, 50x и т. д.

Указав коэффициент увеличения на чертеже, вы и ваш поставщик получите согласованный уровень, на котором можно измерить, соответствует ли поверхность материала вашим потребностям.

Но что следует учитывать при указании увеличения?

При выборе уровня увеличения также важно, чтобы он подходил для конечного использования. Поскольку тщательный осмотр связан с дополнительными затратами, вы должны быть уверены, что не переусердствуете с проектированием детали и не требуете обработки поверхности, которая превышает ваши требования и, следовательно, может превышать ваш бюджет.

Например, если наличие небольшой канавки в трубке или стержне не повлияет на характеристики детали, то исследование детали при 100-кратном увеличении может оказаться излишним. Но если вы производите шарикоподшипник, который будет использоваться в критической детали самолета, может потребоваться высокий уровень увеличения для обеспечения функциональности и соблюдения требований безопасности.

2. Учитывайте угол источника света

Имейте в виду, что угол источника света также может влиять на внешний вид поверхности материала на микроскопическом уровне.

Угол освещения может вызвать тени и отражения, которые могут увеличить или уменьшить воспринимаемый размер линий рисования, трещин, выемок, вмятин и других дефектов отделки поверхности. Угол также может изменить внешний вид или скрыть наличие обесцвечивания.

В оптических микроскопах могут использоваться различные источники света, такие как кольцевые лампы, встроенные оптоволоконные лампы, параллельные флуоресцентные лампы или даже контровое освещение — все они будут отбрасывать разные тени.

3. Определите цветовую температуру света

Еще одна переменная — цветовая температура света. Это более полный способ взглянуть на источник света, а не просто определить, использует ли микроскоп светодиодное, флуоресцентное или ламповое освещение.

Эта характеристика видимого света выражена в градусах Кельвина (К). Температуры выше 5000 К называются холодными цветами (голубовато-белыми), а более низкие температуры (2 700–3 000 К) называются теплыми (от желтовато-белого до красного).

Различия в цветовой температуре могут повлиять на внешний вид поверхности детали. Это может привести к несоответствиям в:

• Как два человека, смотрящие на одну и ту же деталь при разном освещении, увидят и опишут поверхность материала.
• Как поверхность будет выглядеть на фотографии или видео, которые публикуются с явной целью подтверждения того, как эта часть «должна выглядеть».

4. Учитывайте присутствие света

Еще одна переменная, которую следует учитывать, — это наличие света вообще, или, точнее, его отсутствие, как в случае РЭМ.

Вся микроскопия предполагает просмотр объекта и/или областей его поверхности, которые нельзя увидеть невооруженным глазом. Оптические микроскопы используют дифракцию, отражение или преломление лучей видимого света для создания изображения.

Но СЭМ исследует образец, сканируя его сфокусированным пучком электронов, которые отражаются от топографии образца, создавая трехмерные изображения объекта и/или поверхности. Другими словами, для человеческого глаза РЭМ смотрит на детали в полной и абсолютной темноте!

Это означает, что нет сбивающих с толку эффектов теней.

Подходит ли SEM для вашего приложения?

Поскольку электроны имеют гораздо меньшую длину волны, чем видимый свет, СЭМ может создавать изображения с гораздо более высоким разрешением и большей детализацией, чем изображения, получаемые с помощью оптического микроскопа. Кроме того, РЭМ имеет большую глубину резкости, а значит, и более детальное 3D-изображение.

Однако у SEM есть серьезные недостатки, в том числе то, что источник электронов, линзы и образец должны находиться в вакууме. Для повседневных приложений SEM также чрезвычайно дорог, сложен и сложен в использовании.

Кроме того, поскольку СЭМ принципиально отличается от обычных методов микроскопии, он не дает основы для сравнения с тем, что можно увидеть глазом, используя более типичный метод оптического микроскопа. Таким образом, хотя уровень детализации, создаваемый SEM, поразителен, он несовместим с типичными ресурсами на фабрике или в магазине.

Это означает, что просить уровень SEM «без дефектов», по крайней мере, в настоящее время, нецелесообразно.

Подумав об этом сейчас, вы сможете обеспечить качество позже

Хорошей новостью является то, что вы всегда можете и должны указать уровень увеличения, при котором вы хотите исследовать поверхность вашей детали, используя более типичные методы микроскопии.

Обычные оптические микроскопы могут измерять от 5x до 50x, но есть и другие, более продвинутые варианты. Например, у Metal Cutting Corporation есть оптический микроскоп с 200-кратным увеличением, а наше оборудование для видеоинспекции может отображать еще более подробную информацию.

Прежде всего, подумайте о поверхности материала, коэффициенте увеличения и о том, как они соотносятся с требованиями вашего конечного использования на ранних этапах производственного процесса — например, когда вы делаете чертежи или заполняете запрос предложений. Это не только поможет вам избежать проблем в будущем, но и гарантирует, что ваши запчасти пройдут проверку и будут соответствовать вашим требованиям.