Oppervlakteafwerking Beheersen: Uitgebreide Gids voor Meting en Functie

Wanneer een ingenieur een oppervlakteafwerkingsspecificatie op een tekening opneemt, is de bedoeling meestal niet alleen om het onderdeel er goed te laten uitzien. Oppervlakteafwerking beïnvloedt hoe een onderdeel past, slijt, licht reflecteert, warmte overdraagt, smering verdeelt en coatingen aanneemt. De afwerking moet worden bepaald door de functie van het onderdeel: u wilt een oppervlak dat voldoet aan de ingenieursvereisten van de toepassing, zonder tijd en moeite te verspillen aan een hogere kwaliteitsafwerking dan nodig is. (Feitelijk presteren veel toepassingen beter met een zekere mate van "textuur," en een te fijne afwerking kan net zo slecht zijn als een te grove.)

Dertig jaar geleden, toen de meeste dimensionele toleranties in duizendsten van inches gemeten werden, was het verschil van een paar miljoensten in oppervlakteafwerking vaak irrelevant. Nu toleranties van "tienden" of zelfs tientallen miljoensten gangbaar zijn, vertegenwoordigen variaties in oppervlakteafwerking een aanzienlijk percentage van de totale foutenbudget.

Let op het volgende voorbeeld:

De maximum piek-tot-dal hoogte op een oppervlak is meestal vier of vijf keer groter dan de gemiddelde oppervlakteafwerking, gemeten met de Ra-methode. Een onderdeel met een Ra-waarde van 16 μ", heeft waarschijnlijk een piek-tot-dal hoogte van 64 μ" of meer. Als u probeert te voldoen aan een dimensionele specificatie van .0001", vertegenwoordigt de 16 μ" afwerking meer dan de helft van de toelaatbare tolerantie.

Oppervlakteafwerking – ook wel profiel genoemd – bestaat uit twee componenten: golving en ruwheid. Golving, of langere-golfvariatie, wordt veroorzaakt door macro-type invloeden, zoals versleten spindellagers of trillingen van andere apparatuur op de werkvloer. Ruwheid – het kort-golfpatroon van gereedschapsspuren van slijpen, frezen of andere bewerkingsprocessen – wordt beïnvloed door de staat en kwaliteit van de tooling. Beiden kunnen beïnvloed worden door de keuze van de operator voor voeding en snijdiepte.

Hoewel vingernagel-schraapsets een bruikbare gids voor afwerking kunnen bieden, kunnen ze niet voldoen aan de moderne eisen van documentatie en traceerbaarheid. Daarom de toenemende betekenis van oppervlakteafwerkingsmessers. Er zijn twee basistypen: skid-type, of gemiddelde systemen; en skidloos, of profilerende systemen. Skid-meters hebben een gescharnierd meetkop-assemblage, met de meetkop naast een relatief brede skid die ook het werkstuk contacteert. De skid filtert tendenzen tot golving uit, zodat de meetkop alleen kort-golfvariaties meet. Een skid-gemeten meter heeft een dial of LCD-readout om de meting als een enkele numerieke waarde weer te geven.

Skidloze meters bevatten een gladde, vlakke interne referentie, zodat de meetkop kan reageren op zowel golving als ruwheid. Om afzonderlijke analyse van lange- en korte-golfvariaties toe te laten, genereren profilerende meters meestal een grafiek (op papier of op een computerscherm) in plaats van een enkel numeriek resultaat.

Elke toepassing reageert anders op verschillende combinaties van ruwheid en golving, en de industrie heeft gereageerd door meer dan 100 verschillende formules te creëren waarmee oppervlakteafwerkingsparameters berekend kunnen worden uit dezelfde meetdata. Veel van deze zijn zeer toepassingsspecifiek, en de meeste winkels kunnen hun metingen beperken tot een half dozijn of zo parameters. In bijna alle gevallen worden metingen gepresenteerd in micro-inch of micron eenheden. Ra is de meest gebruikte parameter, omdat het een rekenkundig gemiddelde van oppervlakte-onregelmatigheden geeft gemeten vanaf een gemiddelde lijn die ergens ligt tussen de hoogste en laagste punten op een gegeven afsnijde lengte. Een iets meer geavanceerde variant, Rq, gebruikt een root mean square berekening om de geometrische gemiddelde ruwheid te vinden – een gemiddelde van gemiddelden, als u wilt.

Beide neigen er echter toe de invloed van oppervlakte-anomalieën zoals graten of krassen te minimaliseren. Als dergelijke factoren kritisch zijn voor de toepassing, berekenen Rmax, Ry, Rt en Rtm alle ruwheid als functie van de maximale piek-tot-dal hoogte. Ook nuttig is Rz – de "tien-punt hoogte" parameter – die het gemiddelde berekent van tien maximale piek-tot-dal verschillen binnen het bemonsteringsbereik.

Als oppervlakteafwerking op een tekening wordt aangeroepen maar niet verder gespecificeerd, is het standaardpraktijk om Ra aan te nemen. Maar geen enkele parameter is het beste voor alle typen onderdelen, en veel toepassingen worden het beste bediend door twee of meer parameters te gebruiken: bijvoorbeeld Ra (gemiddelde ruwheid) in combinatie met Rmax (maximale ruwheid) kan een goed algemeen beeld geven van de prestaties van het onderdeel, en KW waarschuwen voor de aanwezigheid van potentieel schadelijke oppervlakte-anomalieën.

Oppervlakteafwerking is niet alleen een uitdaging om te halen: het vertegenwoordigt ook een kans. In sommige gevallen, als u goede controle over oppervlakteafwerking kunt behouden, kunt u misschien veilig de precisie in andere gebieden verminderen.

Eerder gepubliceerd in Quality Magazine.