Черновка поверхности: единицы, символы и ключевые таблицы

Что такое чистота поверхности (Surface Finish)?

Чистота поверхности (surface finish), также известная как текстура поверхности (surface texture) или топография поверхности (surface topography) — природа поверхности, определяемая тремя характеристиками: направленностью (lay), шероховатостью (roughness) и волнистостью (waviness). Состоит из малых локальных отклонений от идеально плоской плоскости.

Текстура поверхности — важный фактор, контролирующий трение и образование переносного слоя при скольжении. Значительные усилия направлены на изучение влияния текстуры на износ и трение.

Текстуры могут быть изотропными или анизотропными. Иногда наблюдается эффект липскролл (stick-slip) в зависимости от текстуры.

Каждый технологический процесс формирует свою текстуру. Процесс оптимизируют для пригодной текстуры. При необходимости добавляют дополнительную операцию: шлифование, полировку, лаппинг, абразивную обработку, хонинг, ЭРО, фрезеровку, литографию, химическое фрезерование, лазерную текстурировку и др.

Определение чистоты поверхности

Чистота поверхности... (повторяет определение выше) — природа поверхности по трем характеристикам: lay, roughness, waviness. Состоит из малых локальных отклонений от идеальной плоскости.

Surface Finish — мера общей текстуры, характеризуемая lay, roughness, waviness. Когда подразумеваются все три, часто используют термин Surface Texture, чтобы избежать путаницы, так как токары часто называют Roughness — Surface Finish. Синоним — Surface Topology.

На диаграмме показана взаимосвязь Waviness, Lay, Roughness:

Направленность (Lay)

Lay — доминирующий рисунок на поверхности и его ориентация. Обычно образуется технологическим процессом. Может быть параллельной, перпендикулярной, круговой, перекрестной, радиальной, многодirectional, изотропной (бенаправленной). Символы и интерпретация — в разделе символов.

Волнистость (Waviness)

Waviness — наиболее широко расположенные вариации финиша. Периодические несовершенства, большие длины выборки шероховатости, но не считаются дефектами плоскости.

Причины: деформация при нагреве/охлаждении, дефекты обработки (вибрация, прогиб).

Измеряется на базовой длине, строится профиль волнистости без неравномерностей от шероховатости, плоскости, формы.

Период волнистости (Wsm) — пик-ту-пик расстояние волн, высота — средняя волнистость (Wa) или общая (Wt).

Требования к волнистости реже, чем к шероховатости, но важны для валоподшипников, уплотняющих поверхностей.

Шероховатость (Surface Roughness)

Surface roughness — малые неравномерности геометрии поверхности. Наиболее часто задаваемый, измеряемый и вычисляемый аспект финиша. Многие используют «Surface Finish» только для описания шероховатости.

Символы чистоты поверхности

Базовый символ — галочка с точкой на поверхности. Вариации дают дополнительные инструкции (см. таблицу).

Единицы чистоты поверхности

Ra — Средняя шероховатость

Ra = Arithmetic Average (AA) или Center Line Average (CLA). Средняя шероховатость площади между профилем и его средней линией. Графически: площадь между профилем и центральной линией, деленная на базовую длину (обычно 5 длин выборки, каждая = длине отсечения).

Ra — самый распространенный параметр. Легко измерить аналоговыми приборами (модуль сигнала + интегратор).

Но Ra недостаточен для полной характеристики. Поверхности с одинаковым Ra могут вести себя по-разному. Приведено 4 профиля с одинаковым Ra и разной формой. Для различия нужны доп. параметры.

Rmax — Вертикальное расстояние от высшей вершины до низшей впадины

Rmax чувствителен к аномалиям (царапинам, заусенцам), невидимым по Ra, основанному на усреднении.

Rz — Предпочитаемый в Европе (особенно Германии)

Rz часто предпочтительнее Ra в Европе. В отличие от Ra (от центральной линии), Rz измеряет среднее из 5 наибольших разностей пик-впадина на пяти базовых длинах. Ra нечувствителен к экстремумам, Rz — чувствителен, так как измеряет именно их.

Таблица чистоты поверхности

Ключевые выводы

• Surface Finish = волнистость + направленность + шероховатость, но на чертежах часто указывают только шероховатость.
• Ra — средняя шероховатость, занижает вариации высот.
• Rz — средняя глубина шероховатости, приближает размер самых тяжелых вариаций.
• Ra < Rz обычно. Грубая конвертация: 7,2 × Ra ≈ Rz (только оценка).
• Важно знать единицы: СИ (мкм) или английские (мкдюйм).
• Гладкие поверхности дороже — больше операций. Указывайте максимально допустимую шероховатость для минимизации затрат.