От начала до конца:основы измерения поверхности

Когда инженер включает спецификацию чистоты поверхности в отпечаток, его цель обычно состоит не только в том, чтобы деталь выглядела хорошо. Обработка поверхности влияет на то, как деталь будет подходить, изнашиваться, отражать свет, передавать тепло, распределять смазку и принимать покрытия. Отделка должна определяться функцией детали:вам нужна поверхность, которая соответствует техническим требованиям приложения, не тратя время и усилия на более качественную отделку, чем это необходимо. (На самом деле, многие приложения работают лучше с определенным количеством «текстуры», и слишком тонкая отделка может быть такой же плохой, как и слишком грубая.)

Тридцать лет назад, когда большинство допусков на размеры измерялись в тысячных долях дюйма, разница в несколько миллионных долей в чистоте поверхности часто не имела значения. Теперь, когда допуски в «десятые» или даже десятки миллионов долей стали обычным явлением, различия в чистоте поверхности составляют значительный процент от общего бюджета ошибок.

Обратите внимание на следующий пример:

Максимальная высота от пика до впадины на поверхности обычно в четыре-пять раз больше, чем средняя шероховатость поверхности, измеренная методом Ra. Таким образом, деталь со значением Ra 16 мкм, вероятно, имеет высоту от пика до впадины 64 мкм или больше. Если вы пытаетесь соблюсти размерную спецификацию 0,0001", покрытие 16 µ" составляет более половины допустимого допуска.

Отделка поверхности, также известная как профиль, состоит из двух компонентов:волнистости и шероховатости. Волнистость или более длинноволновая вариация вызвана факторами макротипа, такими как изношенные подшипники шпинделя или вибрация от другого оборудования в цехе. Шероховатость — коротковолновая картина следов инструмента от шлифования, фрезерования или других процессов механической обработки — зависит от состояния и качества инструмента. Оба могут зависеть от выбора оператором скорости подачи и глубины резания.

Хотя подушечки для ногтей могут служить полезным ориентиром для окончательной отделки, они не могут соответствовать современным требованиям документации и прослеживаемости. Отсюда возрастающее значение приборов для измерения шероховатости поверхности. Существуют две основные разновидности:скидовые, или усредняющие системы; и безопорные, или профилирующие системы. Измерители скольжения имеют шарнирный узел щупа, при этом щуп перемещается рядом с относительно широким полозком, который также контактирует с заготовкой. Полоз имеет тенденцию отфильтровывать волнистость, поэтому датчик измеряет только коротковолновые колебания. Датчик на салазках имеет циферблат или ЖК-дисплей для отображения измерения в виде одного числового значения.

Безопорные датчики имеют гладкую плоскую внутреннюю поверхность в качестве эталона, поэтому датчик может реагировать как на волнистость, так и на шероховатость. Чтобы можно было проводить отдельный анализ длинноволновых и коротковолновых вариаций, профилометры обычно создают диаграмму (на бумаге или на экране компьютера), а не один числовой результат.

Каждое приложение по-разному реагирует на различные комбинации шероховатости и волнистости, и промышленность отреагировала созданием более 100 различных формул, с помощью которых можно рассчитать параметры шероховатости поверхности на основе одних и тех же данных измерений. Многие из них очень специфичны для конкретного применения, и большинство магазинов могут ограничить свои измерения полудюжиной или около того параметрами. Почти во всех случаях измерения представлены в микродюймах или микронах. Ra является наиболее широко используемым параметром, поскольку он представляет собой среднее арифметическое неровностей поверхности, измеренных от средней линии, лежащей где-то между самой высокой и самой низкой точками на заданной длине отсечки. Несколько более сложный вариант, Rq, использует вычисление среднеквадратичного значения для определения средней геометрической шероховатости — усредненного среднего, если хотите.

Оба они, однако, стремятся свести к минимуму влияние поверхностных аномалий, таких как заусенцы или царапины. Если такие факторы имеют решающее значение для применения, Rmax, Ry, Rt и Rtm рассчитывают шероховатость как функцию максимальной высоты пика-впадины. Также полезен Rz — параметр «высоты по десяти точкам», который вычисляет среднее значение десяти максимальных различий между пиками и впадинами в пределах диапазона выборки.

Если шероховатость поверхности указана на чертеже, но не указано иное, стандартной практикой является допущение Ra. Но ни один параметр не подходит для всех типов деталей, и во многих случаях лучше всего использовать два или более параметра:например, Ra (средняя шероховатость) в сочетании с Rmax (максимальная шероховатость) может дать хорошее общее представление о характеристиках детали. производительности и предупредить QA о наличии потенциально опасных поверхностных аномалий.

Поверхностная отделка — это не просто вызов, но и возможность. В некоторых случаях, если вы можете хорошо контролировать чистоту поверхности, вы можете безопасно снизить точность в других областях.

Ранее публиковался в журнале Quality Magazine.