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
Ŝ
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 zuŜywania 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
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
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,
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
szego wzniesienia (profiluchropowato
ś
ci)
Rv – gł
ę
boko
ść
najni
Ŝ
szego wgł
ę
bienia (profilu chropowato
ś
ci)
Parametry zale
Ŝ
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
Ŝ
szego wzniesienia profilu
Rv
(Pv, Wv) - gł
ę
boko
ść
najni
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
y zdj
ąć
warstw
ę
materiału)
zakaz stosowania technik
ubytkowych (zakaz usuwania
materiału)
wskazanie,
Ŝ
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 przedłuŜeniem.
Symbol graficzny powinien być tak
umieszczony aby moŜna 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, Ŝe 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