Parametry chropowato

ś

ci powierzchni

Tekstura (topografia) powierzchni

PODSTAWY METROLOGII 2

PODSTAWY METROLOGII 2

Parametry chropowato

ś

ci powierzchni

wg PN-EN-ISO 4287:1999 (PN-EN ISO 4287:1999/AC:2009)

Specyfikacje geometrii wyrobów -- Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa

-- Terminy, definicje i parametry struktury geometrycznej powierzchni

S. śebrowska-Łucyk

Struktura geometryczna powierzchni

Na struktur

ę

geometryczn

ą

powierzchni składaj

ą

si

ę

:

- odchyłki kształtu*

/

,

- falisto

ść

,

- chropowato

ść

.

Odchyłki kształtu s

ą

skutkiem przede wszystkim bł

ę

dów geometrycznych

obrabiarek, odkształce

ń

cieplnych i odkształce

ń

wywołanych siłami

mocowania elementów.

Falisto

ść

jest efektem głównie drga

ń

obrabiarki lub narz

ę

dzia.

Chropowato

ść

powstaje w wyniku odwzorowania ostrza narz

ę

dzia

oraz jako efekt procesu tworzenia si

ę

wióra (w obróbkach skrawaniem)

i lokalnych odkształce

ń

materiału (w obróbkach plastycznych).

Wymagania dotycz

ą

ce falisto

ś

ci oraz chropowato

ś

ci podaje si

ę

w podobny

sposób, u

ż

ywaj

ą

c takich samych symboli i analogicznych parametrów.

*

/

Sposób zapisywania wymaga

ń

dotycz

ą

cych odchyłek kształtu

(podawanie tolerancji kształtu) omówiono na wykładzie 4.

Składowe profilu nierówno

ś

ci powierzchni

50

≤

h

λ

Profil pierwotny

Chropowato

ść

Falisto

ść

Odchyłki kształtu

λ

h

h

1000

50

≤

<

h

λ

h

λ

≤

1000

Znaczenie techniczne chropowatości powierzchni

Chropowatość powierzchni wpływa m.in. na:

• współczynnik tarcia,

• szybkość zużywania się powierzchni,

• efektywność smarowania,

• intensywność korozji,

• współczynnik odbicia światła.

• współczynnik odbicia światła.

Powierzchnia szlifowana, wycinek

o wymiarach 1,5 mm x 1,5 mm

.

Na ogół konstruktor formułuje wymagania dotycz

ą

ce

przekrojów powierzchni (a nie całej powierzchni),
prostopadłych do

ś

ladów obróbki (je

ś

li struktura jest

kierunkowa).

toleruje si

ę

i wyznacza podczas

pomiaru profil powierzchni

Chropowato

ść

powierzchni

a jej wła

ś

ciwo

ś

ci

Chropowato

ść

wpływa na liczb

ę

punktów

styku obu powierzchni; im wi

ę

cej punktów

styku, tym wy

ż

sza sztywno

ść

kontaktowa

bardzo mała chropowato

ść

– znikome rozproszenie

idealnie gładka powierzchnia

– pełne odbicie

ś

wiatła

Wła

ś

ciwo

ś

ci optyczne powierzchni

styku, tym wy

ż

sza sztywno

ść

kontaktowa

i mniejsza rezystancja zł

ą

cza

Chropowato

ść

wpływa na szybko

ść

procesu korozji

– znikome rozproszenie

ś

rednia chropowato

ść

–

ś

rednie rozproszenie

du

ż

a chropowato

ść

– silne rozproszenie

Chropowatość powierzchni – pomiar profilu za pomocą
przyrządu pomiarowego z ostrzem (profilometru)

końcówka
przyrządu

środek

końcówki

kierunek

przesuwu ostrza

z

materiał mierzonego

elementu

przyrządu
(ostrze)

końcówki

trajektoria środka

ostrza

x

Przykłady pomiaru chropowatości za pomocą profilometrów

Surtronic

zakres pomiarowy 300 µm

Hommel Tester P5

zakres pomiarowy 300 µm
rozdzielczo

ść

0,01 µm

PGM-1C

, prod. Instytut Obróbki Skrawaniem,

zakres 250 µm, ostrze diamentowe r = 2 µm, nacisk 3 mN

Profilometr r

ę

czny MMS 1209

Rozdzielenie profilu pierwotnego na dwie składowe –
chropowatość i falistość

z

Pomiar chropowatości profilu

lr

1

= lr

2

= lr

3

= lr

4

= lr

5

– odcinki elementarne

ln

– odcinek pomiarowy

lr

1

lr

2

lr

3

lr

4

lr

5

ln

z

ODCINEK ELEMENTARNY

l

r

długo

ść

w kierunku linii

ś

redniej stosowana

do identyfikacji nierówno

ś

ci

charakteryzuj

ą

cych oceniany profil

Gładsze powierzchnie – krótszy odcinek elementarny

Typowe długo

ś

ci

l

r

(w mm):

0,08 0,25 0,8 2,5 8

ODCINEK POMIAROWY

l

n

długo

ść

w kierunku linii

ś

redniej stosowana

do oceny profilu

; wielokrotno

ść

odcinka elementarnego.

LINIA

Ś

REDNIA PROFILU CHROPOWATO

Ś

CI

linia odniesienia dziel

ą

ca profil chropowato

ś

ci tak,

ż

e w przedziale odcinka elementarnego l

r

suma kwadratów odchyle

ń

profilu

z

i

od tej linii

jest minimalna

.

min

1

2

=

∑

=

n

i

i

z

z

z

i

l

r

z

i

Grupy parametrów profilu

R

- parametry chropowato

ś

ci (Rz, Ra, RSm, ... roughness)

W

- parametry falisto

ś

ci (Wz, Wa, WSm,... waviness)

P

- parametry profilu pierwotnego (Pz, Pa.. primary profile)

Podział według rodzaju profilu

• Parametry amplitudowe (wysoko

ś

ciowe)

• Parametry wzdłu

ż

ne

• Parametry hybrydowe

Podział według kierunku oceny profilu

Parametry wysoko

ś

ciowe profilu chropowato

ś

ci

Rz – najwi

ę

ksza wysoko

ść

(profilu chropowato

ś

ci)

Rt – całkowita wysoko

ść

(profilu chropowato

ś

ci)

Rp – wysoko

ść

najwy

ż

szego wzniesienia (profiluchropowato

ś

ci)

Rv – gł

ę

boko

ść

najni

ż

szego wgł

ę

bienia (profilu chropowato

ś

ci)

Parametry zale

ż

ne tylko od warto

ś

ci skrajnych (wysoko

ś

ci wierzchołków,

gł

ę

boko

ś

ci dolin)

Ra –

ś

rednia arytmetyczna rz

ę

dnych profilu

Rq –

ś

rednia kwadratowa rz

ę

dnych profilu

Parametry u

ś

rednione charakteryzuj

ą

ce rozrzut rz

ę

dnych (wszystkie punkty

profilu wpływaj

ą

na warto

ść

wyznaczonego parametru)

Najwi

ę

ksza wysoko

ść

profilu chropowato

ś

ci

Rz

(analogicznie definiowane s

ą

Pz, Wz)

R

z

l

r

l

r

– długo

ść

odcinka elementarnego

l

n

– długo

ść

odcinka pomiarowego

m

–

liczba odcinków elementarnych

r

n

ml

l

=

Standardowo

m = 5

∑

=

=

m

j

j

Rz

m

Rz

1

1

Rv

Rp

Rz

+

=

Najwi

ę

ksza wysoko

ść

profilu chropowato

ś

ci

Rz

, cd

Rp

(Pp, Wp) - wysoko

ść

najwy

ż

szego wzniesienia profilu

Rv

(Pv, Wv) - gł

ę

boko

ść

najni

ż

szego wgł

ę

bienia profilu

R

z

R

v

R

p

lr

Rv

≈

Rp

≈

0,5Rz

Relacje pomiędzy Rz, Rp, Rv

Im mniejszy jest stosunek Rp/Rv, tym większa odporność materiału
na ścieranie (wolniejsze zmiany wymiarowe podczas eksploatacji).

Rp < Rv

Całkowita wysoko

ść

profilu

Rt

(Pt, Wt)

z

Zp

Zv

Zp

Rt

+

=

lr

1

lr

2

lr

3

lr

4

lr

5

ln

Zv

Parametr Rt ma definicję podobną do Rz, ale dotyczy całego odcinka
pomiarowego (a nie odcinka elementarnego), dlatego Rt ≥ Rz

Ś

rednia arytmetyczna rz

ę

dnych profilu

Ra

(

ś

rednie odchylenie profilu od linii

ś

redniej

w przedziale odcinka elementarnego)

∑

∫

=

≅

=

n

i

i

l

a

z

R

n

dx

x

z

l

1

0

1

)

(

1

zz

lr

z

z

Ś

rednia kwadratowa rz

ę

dnych profilu

R

q

(

ś

rednie kwadratowe odchylenie profilu chropowato

ś

ci od linii

ś

redniej

w przedziale odcinka elementarnego)
Parametr R

q

jest odchyleniem standardowym rozkładu rz

ę

dnych profilu

∑

∫

=

≅

=

n

i

i

l

q

z

R

n

dx

x

z

l

1

2

0

2

1

)

(

1

z(x)

z

i

z(x)

z

i

lr

Rq > Ra

Powierzchnia losowa:

Rq

≈

1,25 Ra

Ś

rednia szeroko

ść

rowków elementów profilu

RSm

lr

element profilu – s

ą

siaduj

ą

ce z sob

ą

wgł

ę

bienie i wniesienie

∑

=

=

n

i

i

Xs

n

RSm

1

1

n – liczba elementów profilu na długo

ś

ci

lr

Kierunkowo

ść

struktury geometrycznej powierzchni

Rodzaj

kierunkowo

ś

ci

Odmiana

Symbol

jednokierunkowa

równoległa do linii przedstawiaj

ą

cej

powierzchni

ę

=

prostopadła do linii przedstawiaj

ą

cej

powierzchni

ę

współ

ś

rodkowa wzgl

ę

dem

ś

rodka

powierzchni (coaxial)

C

wielokierunkowa

skrzy

ż

owana

X

nieuporz

ą

dkowana (mess)

M

promieniowa (radial)

R

bezkierunkowa

punktowa (point)

P

Kierunkowo

ść

struktury geometrycznej powierzchni

PN-EN ISO 1302:2004 Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS) - Oznaczanie

struktury geometrycznej powierzchni w dokumentacji technicznej wyrobu

Symbole chropowato

ś

ci

Oznaczanie chropowato

ś

ci powierzchni na rysunkach

wskazanie wymaga

ń

dotycz

ą

cych

chropowato

ś

ci bez podania sposobu

ich uzyskania

wymagane jest zastosowanie jednej
z technik ubytkowych (nale

ż

y zdj

ąć

warstw

ę

materiału)

zakaz stosowania technik
ubytkowych (zakaz usuwania
materiału)

wskazanie,

ż

e na całym obwodzie

elementu wymagana jest ta sama
struktura

Oznaczenia dodawane do symboli graficznych

a – parametr chropowatości w mikrometrach

b – drugi parametr chropowatości w mikrometrach

c – metoda obróbki

d – struktura kierunkowa

e – grubość warstwy materiału do pozostawienia na obróbkę wykańczającą

Sposób rozmieszczenia symboli

Symbol graficzny lub linia odniesienia
zakończona strzałką powinny stykać
się od zewnętrznej strony materiału
z linią przedstawiającą powierzchnię
lub z jej przedłużeniem.

Symbol graficzny powinien być tak
umieszczony aby można go było
odczytać od dolnej lub prawej strony
rysunku.

Oznaczanie struktury geometrycznej powierzchni, cd

Symbol graficzny powinien być podany tylko jeden raz dla danej
powierzchni, najlepiej na tym rzucie, na którym podane są jej wymiary.

Oznaczanie struktury geometrycznej powierzchni

Jeśli dla większości powierzchni wymagana jest ta sama struktura,
to podaje się symbol tylko raz, nad tabliczką rysunkową.
Wyjątki, jeśli istnieją, podaje się w odpowiednich miejscach na rysunku,
a ponadto wyszczególnia się je w nawiasach zwykłych umieszczonych
za wskazaniem ogólnym (w celu zwrócenia uwagi, że wyjątki istnieją).

Warto

ś

ci parametrów

Parametr

Jednostka

Wartość

Ra

µ

m

0,006

÷

80

Rz

µ

m

0,025

÷

200

Rsm

mm

0,013

÷

4

Rsm

mm

0,013

÷

4

Odcinek
elementarny l

r

mm

0,08 0,25 0,8 2,5 8

Dobór lr

Profile periodyczne

lr

↑

, gdy RSm

↑

Profile losowe

lr

↑

, gdy Ra

↑

lub Rz

↑

Przykłady oznaczania chropowato

ś

ci na rysunkach

Przykłady oznaczania chropowato

ś

ci na rysunkach