خشونة السطح ، كل ما تحتاج إلى معرفته
ما هي خشونة السطح؟
تعتبر خشونة السطح سمة مهمة في التصنيع والهندسة الميكانيكية التي تؤثر بشكل مباشر على وظائف ومظهر ومقاومة التآكل وخصائص التشحيم للمكون. ويشير إلى المخالفات الصغيرة - على سطح المادة ، الناتجة عادة عن عملية التصنيع أو التصنيع المستخدمة.
يعد فهم خشونة السطح أمرًا ضروريًا لضمان أداء الأجزاء وطول عمرها ، خاصة في الصناعات الدقيقة العالية- مثل الفضاء والسيارات والإلكترونيات وتصنيع الأجهزة الطبية.
ما هو التموج؟
يشير التموج إلى المخالفات السطحية المتباعدة على نطاق واسع التي تحدث بسبب عوامل مثل انحراف الماكينة أو الاهتزاز أو التشويه الحراري أثناء عملية التصنيع. في حين أن الخشونة ناتجة عن أداة القطع أو العملية نفسها ، فإن التموج هو عمومًا نتيجة للظروف الخارجية أو قيود الماكينة.
عادةً ما يكون للتموج تباعد وسعة أكبر من الخشونة وغالبًا ما يتم فرضها على ملف تعريف الخشونة. من المهم التمييز بين الاثنين ، لأنها ناتجة عن ظواهر مختلفة وقد تؤثر على أداء جزء بطرق متميزة.
الأسباب الرئيسية للوجود:
اهتزاز الجهاز أو الثرثرة
التشويه الحراري
انحراف الأداة
التثبيت غير الكافي
ما هو العادي؟
يشير Lay إلى الاتجاه السائد أو نمط نسيج السطح ، الناتج عن طريقة التصنيع. على سبيل المثال ، يترك كل من عمليات الدوران أو الطحن أو الطحن أو التلميع علامات مميزة على السطح لها اتجاه معين.
يمكن أن يؤثر اتجاه LAY بشكل كبير على كيفية تفاعل سطحين - خاصة من حيث الاحتكاك والختم والارتداء. يمكن أن تكون أنماط وضعية دائرية أو شعاعية أو عمودية أو متوازية ، اعتمادًا على تشغيل الآلات.
أنواع العلماء:
وضع متوازي:نمط السطح السائد مواز مع المستوى المرجعي.
العمودي العمودي:نمط السطح عمودي على الاتجاه المرجعي.
lay عبر:يتكون النمط من خطوط الاتجاه المتقاطع.
وضع متعدد الاتجاهات:لا يوجد اتجاه سائد واحد مرئي.
الطبقة الدائرية أو الشعاعية:وجدت في مخرطة أو مخرطة - الأجزاء المعنية.
ما هو الشكل؟
يشير النموذج إلى الشكل العام أو هندسة السطح ، بما في ذلك التسطيح ، والدورة ، والاستقامة. إنه أكبر مكون - من نسيج السطح ويعكس الانحرافات عن الشكل الهندسي المقصود بسبب عدم دقة الجهاز أو التشوه أو التمدد الحراري.
على عكس الخشونة أو التموج ، التي تتعامل مع الميزات الأصغر والمترجمة ، يشمل النموذج انحرافات طويلة - التي يمكن أن تؤثر على تجميع الأجزاء والمحاذاة والوظيفة.
أمثلة على أخطاء النموذج:
السطح الذي من المفترض أن يكون مسطحًا ولكنه يحتوي على منحنى بسيط (قلة التسطيح).
رمح أسطواني مدبب بعض الشيء (عدم وجود دائرية).
فهم رموز خشونة السطح
لتوصيل متطلبات الانتهاء من السطح ، يستخدم المهندسون رموز خشونة السطح القياسية على الرسومات الفنية. تساعد هذه الرموز في ضمان الاتساق والوضوح بين المصممين والمصنعين وموظفي مراقبة الجودة.
كيفية قياس خشونة السطح؟
يتم قياس خشونة السطح باستخدام الأدوات والتقنيات المتخصصة التي تحدد نسيج السطح. يعتمد اختيار الطريقة على هندسة الجزء والمواد والدقة المطلوبة. تشمل طرق القياس الشائعة:
1. طرق الاتصال (الأسلوب الأنيق)
Profilometry Stylus هو التقنية الأكثر استخدامًا لقياس خشونة السطح. يتم سحب القلم الماس - على السطح ، ويتتبع قمم ووزدي الملمس. يتم تسجيل الحركات الرأسية لـ Stylus وتحليلها لحساب معلمات الخشونة. هذه الطريقة دقيقة للغاية ولكن قد لا تكون مناسبة للأسطح الناعمة أو الحساسة ، لأن القلم يمكن أن يسبب الخدوش.
2. طرق الاتصال غير-
طرق الاتصال non - ، مثل الليزر أو أبيض - ، استخدم الضوء للضوء لفحص السطح وإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد من نسيجها. هذه التقنيات مثالية للأسطح الهشة أو المعقدة ، لأنها تتجنب الاتصال البدني. الأساليب البصرية أسرع من قياس الأداء القلم ويمكن قياس مساحات أكبر ، ولكنها قد تصارع مع أسطح عاكسة للغاية أو شفافة.
3. طرق المقارنة
تتضمن طرق المقارنة مقارنة بصريًا أو لامعًا لمجموعة من العينات القياسية مع قيم الخشونة المعروفة. على الرغم من أنها أقل دقة ، فإن هذه الطريقة سريعة وتكلفة - فعالة لتفتيشات الحقول أو التطبيقات الأقل أهمية.
4. المنطقة - القائمة على الأساليب
تقنيات متقدمة ، مثل المجهر الذري (AFM) أو الفحص المجهري الإلكتروني (SEM) ، قياس خشونة السطح في النانو. يتم استخدامها في البحث أو الصناعات الدقيقة العالية - مثل تصنيع أشباه الموصلات.
عادة ما يتم إجراء القياسات على طول أو مساحة أخذ عينات محددة ، وقد يتم إجراء قياسات متعددة لحساب تقلب السطح. ثم تتم معالجة البيانات لحساب معلمات الخشونة ، والتي تمت مناقشتها أدناه.
ما هي معلمات قياس خشونة السطح؟
يتم قياس خشونة السطح باستخدام مجموعة متنوعة من المعلمات ، كل منها تصف جانبًا مختلفًا من نسيج السطح. تشمل المعلمات الأكثر شيوعًا ، على النحو المحدد بمعايير مثل ISO 4287 و ASME B46.1 ،:
1. RA (متوسط الخشونة الحسابية)
RA هو الوسط الحسابي للانحرافات المطلقة لملف السطح من الخط المتوسط على طول أخذ العينات. إنها المعلمة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع بسبب بساطتها وتنوعها. على سبيل المثال ، يشير RA من 0.8 ميكرون إلى سطح أملس نسبيًا ، بينما يشير RA من 3.2 ميكرون.
2. RQ (الجذر يعني خشونة مربع)
RQ هو متوسط متوسط الجذر للانحرافات السطحية ، مما يعطي وزنا أكبر للقمم والوديان الأكبر. إنه يشبه رياضياً RA ولكنه أكثر حساسية للقيم المتطرفة ، مما يجعله مفيدًا للكشف عن القيم المتطرفة في نسيج السطح.
3. RZ (أقصى ارتفاع من الملف الشخصي)
يقيس RZ المسافة الرأسية بين أعلى قمة وأدنى وادي داخل طول أخذ العينات. غالبًا ما يتم استخدامه لتقييم الأسطح التي يمكن أن تؤثر فيها الانحرافات الشديدة على الأداء ، مثل أسطح الختم.
4. RT (إجمالي ارتفاع الملف الشخصي)
RT هي المسافة العمودية الكلية بين أعلى قمة وأدنى وادي على طول التقييم بأكمله. إنه يوفر مقياسًا شاملاً لخشونة السطح الكلية ولكنه أقل استخدامًا بسبب حساسيته في القيم المتطرفة.
5. RSK (انحراف)
يصف RSK عدم تناسق المظهر الجانبي السطحي ، مما يشير إلى ما إذا كان السطح يحتوي على المزيد من القمم (الانحراف الإيجابي) أو الوديان (الانحراف السلبي). هذه المعلمة مهمة للتطبيقات مثل المحامل ، حيث تؤثر الانحراف السطحي على الاحتفاظ بمواد التشحيم.
6. RKU (التنقل)
يقيس RKU حدة توزيع ارتفاع ملف تعريف السطح. يشير RKU العالي إلى سطح شائك ، بينما يشير RKU المنخفض إلى ملمس أكثر توحيدًا. هذه المعلمة مفيدة للتنبؤ بسلوك التآكل.
7. RP (أقصى ذروة الارتفاع) و RV (أقصى عمق الوادي)
يقيس RP ارتفاع أعلى قمة ، بينما يقيس RV عمق أعمق وادي. يتم استخدام هذه المعلمات لتقييم ميزات السطح المحددة التي قد تؤثر على الأداء.
8. SM (يعني التباعد من مخالفات الملف الشخصي)
SM هي معلمة تباعد تقيس متوسط المسافة بين القمم أو الوديان. يوفر نظرة ثاقبة على تواتر المخالفات السطحية ، ويكمل الارتفاع - المعلمات المستندة إلى RA و RZ.
توفر كل معلمة رؤى فريدة من نوعها في خصائص السطح ، ويعتمد اختيار المعلمة على التطبيق. على سبيل المثال ، RA كافية لتقييم الخشونة العام- ، في حين أن RZ و RSK أمران حاسمان للمكونات الدقيقة.
جدول تحويل خشونة السطح:
|
RA (ميكرون) |
ra (μin) |
RMS (ميكرو بوصة) |
CLA (μin) |
RT (ميكرون) |
N (درجة ISO) |
CUT - OFF (MM) |
|
0.025 |
1 |
1.1 |
1 |
0.3 |
1 |
0.08 |
|
0.05 |
2 |
2.2 |
2 |
0.5 |
2 |
0.25 |
|
0.1 |
4 |
4.4 |
4 |
0.8 |
3 |
0.25 |
|
0.2 |
8 |
8.8 |
8 |
1.2 |
4 |
0.25 |
|
0.4 |
16 |
17.6 |
16 |
2 |
5 |
0.25 |
|
0.8 |
32 |
35.2 |
32 |
4 |
6 |
0.8 |
|
1.6 |
63 |
64.3 |
63 |
8 |
7 |
0.8 |
|
3.2 |
125 |
137.5 |
125 |
13 |
8 |
2.5 |
|
6.3 |
250 |
275 |
250 |
25 |
9 |
2.5 |
|
12.5 |
500 |
550 |
500 |
50 |
10 |
2.5 |
|
25 |
1000 |
1100 |
1000 |
100 |
11 |
8 |
|
50 |
2000 |
2200 |
2000 |
200 |
12 |
8 |
كيف نحقق مستويات مختلفة من خشونة السطح؟
1. عمليات الآلات وخشونة السطح النموذجية
أساليب التصنيع المختلفة تنتج بطبيعتها قوامًا سطحية مختلفة. إليك دليل عام للنموذجيRA (متوسط خشونة)القيم التي تنتجها عمليات مختلفة:
| عملية | RA النموذجي (ميكرون) | وصف |
|---|---|---|
| صب الرمال | 12.5 – 25.0 | سطح خشن جدا بسبب حجم الحبوب الرملية. |
| يموت الصب | 1.6 – 6.3 | الانتهاء من السطح أفضل من صب الرمل. تتأثر بجودة العفن. |
| طحن CNC | 0.8 – 6.3 | يعتمد على حدة الأداة ومعدل التغذية والمواد. |
| تحول CNC | 0.4 – 3.2 | ينتج أسطح أسطوانية مع الانتهاء المعتدل. |
| طحن | 0.2 – 1.6 | يحقق التشطيبات الدقيقة للمواد الصلبة. |
| شحذ | 0.05 – 0.4 | تستخدم لتحسين شكل أسطواني والانتهاء. |
| لفة | 0.01 – 0.2 | Ultra - الأسطح الملساء لنوبات الدقة. |
| تلميع | 0.025 – 0.2 | لامعة وسلسة الانتهاء مع احتكاك منخفض. |
| superfinishing | <0.01 | يحقق Mirror - مثل التشطيبات ؛ تستخدم في الفضاء ، البصريات. |
2. العوامل التي تؤثر على خشونة السطح
a. هندسة الأدوات والحدة
A أداة أكثر وضوحاينتج سطح أدق.
أكبرقطر الأنفتقليل علامات الأدوات وتنعيم الملف الشخصي.
الأدوات البالية يمكن أن تسبب التمزق أو الثرثرة ، وزيادة خشونة.
b. معدل التغذية وسرعة القطع
انخفاض معدلات التغذيةوسرعات قطع أعلىعادة ما تنتج أسطحًا أكثر سلاسة.
يمكن أن تسبب السرعة أو التغذية المفرطة المدمجة - up edge (bue) ، مما يؤدي إلى قوام أكثر قسوة.
c. عمق القطع
تساعد التخفيضات الضحلة في تقليل تكوين علامات الأدوات العميقة.
غالبًا ما تستخدم تمريرات التشطيب أعماقًا صغيرة من القطع لجودة أفضل.
d. سائل التبريد والتزييت
الاستخدام السليم للمبرد يقلل من الحرارة والاحتكاك ، مما يقلل من تدهور السطح.
يمكن للآلات الجافة زيادة خشونة السطح ، خاصة في مواد الدكتايل.
e. نوع المواد
يمكن للمواد الأكثر ليونة (مثل الألومنيوم) تشويه أو تمزق تحت أدوات معينة.
تميل المواد الصعبة (مثل الصلب) إلى رقاقة أكثر نظافة ، وربما تنتج تشطيبات أفضل عند تشكيلها بشكل صحيح.
3. تقنيات التشطيب السطحي لتحسين الخشونة
بعد الآلات الأولية ،عمليات التشطيب الثانويةغالبًا ما تستخدم لتقليل خشونة السطح لتلبية معايير تصميم محددة.
a. طحن
يزيل كميات صغيرة من المواد بعجلات جلخ.
مناسبة للتسامح الضيق وتحسين النهاية على المواد الصلبة.
b. شحذ
تستخدم على الأسطح الأسطوانية الداخلية (على سبيل المثال ، أسطوانات المحرك).
يحسن كل من الشكل الهندسي والتشطيب السطحي.
c. لفة
يطبق كاشفًا جيدًا بين سطحين ، غالبًا مع لوحة اللف.
ينتج تشطيبات مسطحة وسلسة للغاية.
d. تلميع
يستخدم كاشفات ناعمة أو مركبات تلميع.
التحسين الجمالي وتحسين طفيف للنعومة.
e. superfinishing / microfinishing
عملية دقة عالية - تتضمن جهة اتصال منخفضة- وتذبذب مع كاشطات ناعمة.
تنتج Ultra - سلسًا ، هضبة - مثل الأسطح للأجزاء الحرجة (على سبيل المثال ، المحامل ، التروس).
f. الصدمة الكهربائية
عملية كهروكيميائية تذوب القمم المجهرية على الأسطح المعدنية.
شائع في الصناعات الطبية والفضاء والغذاء لـ Ultra - التشطيبات النظيفة والسلسة.
4. العلاجات السطحية والطلاء
في بعض الحالات ،الطلاء السطحأوالعلاجات الكيميائيةتستخدم لتحسين الوظيفة وتعديل نسيج السطح:
الأنود (للألمنيوم): ينعم قليلاً ويحمي السطح.
تصفيح (Chrome ، Nickel): يعزز مقاومة التآكل ويمكن أن يقلل أو يزيد من خشونة السطح اعتمادًا على التطبيق.
تسديدة:يقدم ضغوطًا الضغط ويخلق سطحًا محكمًا مفيدًا لحياة التعب.
تفجير حبة: ينتج سطح غير لامع موحد. عادة ما تكون أكثر قسوة ولكن جذابة بصري.
5. تسامح خشونة السطح في التصميم
عند تصميم المكونات ، من الأهمية بمكان:
حدد مستويات الخشونة فقط عند الضرورة، كما ينتهي سطح أكثر إحكاما من التكلفة.
استخدم الرموز القياسية (على سبيل المثال ، RA 0.8 ميكرون) على الرسومات الفنية للتواصل النهائي المطلوب.
التعاون مع الشركات المصنعة مبكرًا لفهم النهاية القابلة للتحقيق بناءً على العملية.
6. خشونة السطح مقابل التكلفة
تتطلب التشطيبات السطحية الدقيقة:
المزيد من الوقت (خطوات تشطيب متعددة).
أدوات أفضل (أكثر وضوحا ، أكثر متانة).
عمليات إضافية (التلميع ، اللف ، إلخ).
وبالتالي ، تحديد ultra - التشطيبات السلسة حيث لا مطلوبزيادة كبيرة في التكلفة. يجب على المصممين موازنة المتطلبات الوظيفية مع التصنيع.
في Powerwinx ، نقدم إرشادات الخبراء حول اختيار خشونة السطح المناسبة لتطبيقك المحدد. سواء كنت بحاجة إلى تشطيبات عالية - لمكونات الإدارة الحرارية أو الأسطح الصناعية القياسية ، يضمن فريقنا الأداء الأمثل والتكلفة -. الثقة Powerwinx لمساعدتك في تحقيق التوازن المثالي بين الوظيفة والمتانة والتصنيع في مشاريعك.