Wykład 4

Wykład 4

Struktura geometryczna powierzchni

Struktura geometryczna powierzchni

CHROPOWATOŚĆ I FALISTOŚĆ

CHROPOWATOŚĆ I FALISTOŚĆ

POWIERZCHNI

POWIERZCHNI

Warstwa wierzchnia



Powierzchnia zewnętrzna warstwy

Powierzchnia zewnętrzna warstwy

wierzchniej określana jest mianem

wierzchniej określana jest mianem

struktury geometrycznej powierzchni

struktury geometrycznej powierzchni

,

,

która obejmuje takie wielkości jak:

która obejmuje takie wielkości jak:

-

chropowatość powierzchni,

chropowatość powierzchni,

-

falistość,

falistość,

-

błędy kształtu oraz

błędy kształtu oraz

-

wady powierzchni.

wady powierzchni.

Rozpatrując strukturę geometryczną

Rozpatrując strukturę geometryczną

powierzchni zwykle czyni się to na

powierzchni zwykle czyni się to na

kilku poziomach:

kilku poziomach:



- makroskopowym

, obejmującym

, obejmującym

falistość oraz niektóre wady powierzchni,

falistość oraz niektóre wady powierzchni,



- mikroskopowym

,

,

gdzie rozpatrywana

gdzie rozpatrywana

jest chropowatość powierzchni,

jest chropowatość powierzchni,



-

- submikroskopowym,

obejmującym

obejmującym

bardzo małe nierówności powierzchni np.

bardzo małe nierówności powierzchni np.

elementów optycznych.

elementów optycznych.

Ocena struktury powierzchni



Zakres możliwości sprzętu

Zakres możliwości sprzętu

pomiarowego

pomiarowego

chropowatość

falistość



Stereometrycz

Stereometrycz

no -

no -

kinematyczne

kinematyczne

odwzorowanie

odwzorowanie

ostrza na

ostrza na

materiale

materiale

obrabianym.

obrabianym.



Powierzchnia rzeczywista

- stanowi granicę pomiędzy

- stanowi granicę pomiędzy

ciałem stałym i otaczającym go środowiskiem. Ma ona

ciałem stałym i otaczającym go środowiskiem. Ma ona

złożoną budowę stereometryczną - występują na niej

złożoną budowę stereometryczną - występują na niej

nierówności, wytworzone w procesach obróbki i zużycia, o

nierówności, wytworzone w procesach obróbki i zużycia, o

różnych kształtach, wymiarach i położeniu.

różnych kształtach, wymiarach i położeniu.



Powierzchnia nominalna

- ma kształt idealny

- ma kształt idealny

geometrycznie i wymiary zgodne z dokumentacją

geometrycznie i wymiary zgodne z dokumentacją

konstrukcyjną

konstrukcyjną



Struktura geometryczna

, to układ elementów

, to układ elementów

geometrycznych powierzchni rzeczywistej obejmujących

geometrycznych powierzchni rzeczywistej obejmujących

chropowatość powierzchni, falistość i wady powierzchni oraz

chropowatość powierzchni, falistość i wady powierzchni oraz

ich wzajemne relacje.

ich wzajemne relacje.



Rzeczywisty profil powierzchni

Rzeczywisty profil powierzchni

– profil otrzymany

– profil otrzymany

przez przecięcie powierzchni przedmiotu płaszczyzną.

przez przecięcie powierzchni przedmiotu płaszczyzną.

Zwykle jest to płaszczyzna prostopadła do jego

Zwykle jest to płaszczyzna prostopadła do jego

tworzącej i śladów obróbki.

tworzącej i śladów obróbki.



Profil odwzorowany

Profil odwzorowany

– krzywa kreślona przez:

– krzywa kreślona przez:



środek wierzchołka ostrza odwzorowującego o

środek wierzchołka ostrza odwzorowującego o

idealnym kształcie (stożkowym z wierzchołkiem

idealnym kształcie (stożkowym z wierzchołkiem

kulistym)

kulistym)



i wymiarach nominalnych przy nominalnym

i wymiarach nominalnych przy nominalnym

nacisku ostrza odwzorowującego, kiedy porusza

nacisku ostrza odwzorowującego, kiedy porusza

się ono po powierzchni w płaszczyźnie

się ono po powierzchni w płaszczyźnie

przekroju.

przekroju.

Chropowatość powierzchni



Chropowatość

lub

chropowatość powierzchni

-

to cecha powierzchni ciała stałego,

oznaczająca rozpoznawalne
optyczne lub wyczuwalne
mechanicznie nierówności
powierzchni, spowodowane obróbką
lub zużyciem powierzchni.

Definicje chropowatości i
falistości



Chropowatość powierzchni,

zgodnie z

definicją , są to elementy struktury
geometrycznej powierzchni uformowane w
czasie procesu jej kształtowania, nie
zawierające falistości

PN-87/M-04251

PN-87/M-04251

.

.



Chropowatość powierzchni rozpatruje się

Chropowatość powierzchni rozpatruje się

na profilu powierzchni w przedziałach

na profilu powierzchni w przedziałach

umownie wyznaczonych przez

umownie wyznaczonych przez

odcinek

elementarny

i określa się ją

i określa się ją

parametrami

.

.



Chropowatość

w przeciwieństwie do

w przeciwieństwie do

innej podobnej cechy –

innej podobnej cechy –

falistość

powierzchni

, jest pojęciem odnoszącym

, jest pojęciem odnoszącym

się do nierówności o relatywnie małych

się do nierówności o relatywnie małych

odległościach wierzchołków.

odległościach wierzchołków.



Wielkość chropowatości powierzchni

Wielkość chropowatości powierzchni

zależy od rodzaju materiału i przede

zależy od rodzaju materiału i przede

wszystkim od rodzaju jego obróbki.

wszystkim od rodzaju jego obróbki.



Falistość powierzchni

Falistość powierzchni

— jest zbiorem nierówności

— jest zbiorem nierówności

bodących składową powierzchni rzeczywistej o

bodących składową powierzchni rzeczywistej o

charakterze przypadkowym lub zbliżonym do postaci

charakterze przypadkowym lub zbliżonym do postaci

okresowej, których odstępy znacznie przewyższają

okresowej, których odstępy znacznie przewyższają

odstępy chropowatości powierzchni

odstępy chropowatości powierzchni

(PN-89/M-

(PN-89/M-

04255)

04255)

.

.



Falistość powierzchni

Falistość powierzchni

jest rozpatrywana w

jest rozpatrywana w

przedziałach określanych przez odcinek pomiarowy

przedziałach określanych przez odcinek pomiarowy

falistości na profilu wydzielonym za pomocą

falistości na profilu wydzielonym za pomocą

filtra

filtra

falistości

falistości

a

a

jej

jej

parametry definiowane są

parametry definiowane są

analogicznie jak parametry chropowatości.

analogicznie jak parametry chropowatości.

Superpozycja składowych
nierówności powierzchni

FILTR

Filtracja – separacja

Mierzona powierzchnia (surowa)

Filtracja powierzchni wyrobu

Mierzona powierzchnia (surowa)

Kształt

Chropowatość

Oryginalny profil

Profil filtrowany

Profil i filtry

(wg PN-EN ISO

4287:1999 i
PN-EN ISO 11562:1998)

Charakterystyki przenoszenia filtra:

krótkofalowego

o granicznych

długościach fali filtra

λ

s

środkowoprzepustowego

o składowych

długofalowych o granicznej długości fali
filtra

λ

c

i składowych długofalowych o

granicznej długości fali filtra

λ

f

.

Charakterystyki filtracyjne
odcinków elementarnych
„cut off”

Filtr 2RC

Porównanie filtrów Gaussowskiego i
2RC

λ/λ
c

Linia średnia



Linia średnia profilu chropowatości

Linia średnia profilu chropowatości

m

m

- linia odniesienia dzieląca profil

- linia odniesienia dzieląca profil

chropowatości tak, że w przedziale

chropowatości tak, że w przedziale

odcinka elementarnego suma

odcinka elementarnego suma

kwadratów odchyleń profilu y od tej

kwadratów odchyleń profilu y od tej

linii jest minimalna.

linii jest minimalna.

Profil pierwotny

– powstaje przez

odfiltrowanie dolnoprzepustowe
krótkofalowych składowych profilu
odwzorowanego zgodnie z
charakterystyką przenoszenia filtra
krótkofalowego o granicznych
długościach fali filtra

λs

, po

wcześniejszym oddzieleniu nominalnego
kształtu.

Parametry uzyskane z tego profilu

oznaczone są literą P i obejmują jeden
odcinek pomiarowy.

Profil pierwotny i linia średnia po zastosowaniu
filtra λ

s

Profil chropowatości

Profil chropowatości

- powstaje z

profilu pierwotnego po zastosowaniu filtra
krótkofalowego

λs

przez odfiltrowanie

górnoprzepustowe składowych
długofalowych o granicznej długości fali
filtra

λc

.

Parametry uzyskane z tego profilu oznaczane są
literą

R

i dotyczą odcinka elementarnego

lr

.

Zwykle są uśredniane z pięciu odcinków
elementarnych

lr

.

Długość odcinka elementarnego

lr

odpowiada

długości fali

λc

.

Profil chropowatości i linia średnia po zastosowaniu
filtra λc



Odcinek elementarny

- długość linii

- długość linii

odniesienia przyjmowana do

odniesienia przyjmowana do

wyznaczenia wartości liczbowych

wyznaczenia wartości liczbowych

parametrów chropowatości (falistości).

parametrów chropowatości (falistości).



Odcinek pomiarowy

- może zawierać

- może zawierać

jeden lub więcej odcinków

jeden lub więcej odcinków

elementarnych.

elementarnych.

Odcinek pomiarowy = n x odcinek elementarny

odcinek elementarny

Dobór odcinka elementarnego



Powinien zawierać minimum 5

Powinien zawierać minimum 5

nierówności oraz powinien być dobrany

nierówności oraz powinien być dobrany

na podstawie tabeli:

na podstawie tabeli:

Ra [



m]

Rm,

Rz

[



m]

l

Sm [mm

]

l

L

pona

d

do

pona

d

Do

[mm

]

Pona

d

do

[mm

]

[mm

]

0.02

5

0.10

0.08

(0.01

)

0.03

2

0.08

0.4

0.02

5

0.4

0.10

1.6

0.25

0.03

2

0.1

0.25 1.25

0.4

3.2

1.6

12.5

0.8

0.1

0.32

0.8

4.0

3.2

12.5 12.5

50

2.5

0.32

1

2.5

12.5

12.5 100

50

400

8.0

1

3.2

8.0

40.0

Profil falistości



–

–

powstaje z profilu pierwotnego przez odfiltrowanie składowych

powstaje z profilu pierwotnego przez odfiltrowanie składowych

fal profilu

fal profilu



filtrem o granicznej długości fali

filtrem o granicznej długości fali

λc

λc



i składowych długofalowych o granicznej długości fali filtra

i składowych długofalowych o granicznej długości fali filtra

λf

λf

.

.

•

Parametry uzyskane z tego profilu oznaczone są literą

Parametry uzyskane z tego profilu oznaczone są literą

W

W

i

i

dotyczą odcinka elementarnego

dotyczą odcinka elementarnego

lw

lw

.

.

•

Zwykle są uśredniane z kilku odcinków elementarnych

Zwykle są uśredniane z kilku odcinków elementarnych

lw

lw

.

.

•

Długość odcinka elementarnego lw odpowiada długości fali

Długość odcinka elementarnego lw odpowiada długości fali

λf.

λf.

•

Liczba odcinków elementarnych nie jest normowana,

Liczba odcinków elementarnych nie jest normowana,

dlatego powinna być podawana na rysunku i zawierać się

dlatego powinna być podawana na rysunku i zawierać się

pomiędzy 5 a 10.

pomiędzy 5 a 10.

Profil pierwotny po zastosowaniu filtra λf

Profil pierwotny po zastosowaniu filtra λf

Profil falistości po zastosowaniu filtra λc

Profil falistości po zastosowaniu filtra λc



Parametry i funkcje profilu opisują

Parametry i funkcje profilu opisują

wartości średnie lub wartości

wartości średnie lub wartości

ekstremalne profilu klasyfikowane są

ekstremalne profilu klasyfikowane są

według własności opisujących cechy:

według własności opisujących cechy:

-

-

wysokościowe

wysokościowe

(amplitudowe)

(amplitudowe)

-

-

długościowe

długościowe

(wzdłużne),

(wzdłużne),

-

-

hybrydowe

hybrydowe

(mieszane)

(mieszane)

-

-

opisujące kształt nierówności,

opisujące kształt nierówności,

- rozkłady statystyczne, (parametry

- rozkłady statystyczne, (parametry

rozkładu),

rozkładu),

- funkcje częstotliwościowe

- funkcje częstotliwościowe

,

,



Wybrane parametry chropowatości według

Wybrane parametry chropowatości według

(PN-EN ISO 4287:1999)

(PN-EN ISO 4287:1999)



Obecnie w pomiarach chropowatości

Obecnie w pomiarach chropowatości

wykorzystuje się ponad trzydzieści

wykorzystuje się ponad trzydzieści

parametrów

parametrów

(Ra, Rq, Rt, Rtm, Rz, R3z,

(Ra, Rq, Rt, Rtm, Rz, R3z,

Rpm, Rv, Rp, Rsk, Rku, S, Sm, HSC, Pc,

Rpm, Rv, Rp, Rsk, Rku, S, Sm, HSC, Pc,





a,

a,





q,

q,





a, Lo, tp,

a, Lo, tp,

) oraz zależności opisujących

) oraz zależności opisujących

cechy powierzchni.

cechy powierzchni.



Polska norma (PN/M-04251) zaleca do

Polska norma (PN/M-04251) zaleca do

stosowania w praktyce warsztatowej sześć

stosowania w praktyce warsztatowej sześć

parametrów chropowatości

parametrów chropowatości

Ra, Rz, Rm, S,

Ra, Rz, Rm, S,

Sm i tp.

Sm i tp.

Parametry falistości



Norma PN-89/M-04255

Norma PN-89/M-04255

definiuje sześć parametrów

definiuje sześć parametrów

wysokościowych:

wysokościowych:

-

-

Wc, Wt, Wp, Wa, Wq, Wv

Wc, Wt, Wp, Wa, Wq, Wv

oraz jeden wzdłużny

oraz jeden wzdłużny

Swm

Swm

.

.

Rmr(c)

(tp)

– udział materiałowy

profilu

:

iloraz długości materiałowych
elementów profilu na zadanym
poziomie c (w µm) i odcinka
pomiarowego ln.

5.07.21

Rmr(c) udział materiałowy profilu,
zadany poziom cięcia c w odcinku
pomiarowym ln. (Krzywa Abbota-
Firestona)

RSm – średnia szerokość
elementów profilu:

wartość średnia

szerokości elementów profilu Xs
wewnątrz odcinka elementarnego.

5.07.21

Rt – całkowita wysokość profilu

:

suma wysokości najwyższego
wzniesienia profilu Zp i
największej głębokości wgłębienia
profilu Zv wewnątrz odcinka
pomiarowego ln.

5.07.21

Rz - najwyższa wysokość profilu

chropowatości

: suma wysokości

najwyższego wzniesienia profilu Zp i
głębokości najniższego wgłębienia
profilu Zv wewnątrz odcinka
elementarnego.

Dotyczy odcinka elementarnego lr.

W

procedurach obliczeniowych Rz zwykle jest
uśredniane spośród pięciu wartości w odcinkach
elementarnych lri składających się na odcinek
pomiarowy ln.

5.07.21

Rzi (JIS)– maksymalna wysokość
profilu

: suma wysokości najwyższego

wzniesienia Zp i głębokości
najniższego wgłębienia Zv wewnątrz
odcinka elementarnego lri

5.07.21

Rz1max (JIS) – maksymalna
wysokość chropowatości

: największa

wartość Rzi spośród pięciu wartości
w odcinkach elementarnych lri
składających się na odcinek
pomiarowy ln.

5.07.21

Ra – średnia arytmetyczna rzędnych
profilu:

średnia arytmetyczna

bezwzględnych wartości rzędnych
wewnątrz odcinka elementarnego.

Ra

-

(średnie arytmetyczne odchylenie profilu od

linii średniej)

5.07.21

Hybrydowe parametry

Skewness.

Symetria profilu względem linii

średniej.

Ujemna wartość tego parametru

wskazuje na dominację dolin w profilu

natomiast dodatnie wartości wskazują

na dominację wierzchołków.

.

Rsk

Właściwości parametrów

•

Rz1max

Rz1max

– maksymalna wysokość chropowatości –

– maksymalna wysokość chropowatości –

użyteczna jest dla powierzchni gdzie ze względu na

użyteczna jest dla powierzchni gdzie ze względu na

charakter pracy ważne są miejscowe zmiany, np.

charakter pracy ważne są miejscowe zmiany, np.

uszczelnienia.

uszczelnienia.

•

Rmr(c)

Rmr(c)

– udział materiałowy profilu - użyteczny jest

– udział materiałowy profilu - użyteczny jest

dla powierzchni prowadzących i dla szczelności

dla powierzchni prowadzących i dla szczelności

powierzchni poruszających się po innych.

powierzchni poruszających się po innych.

•

Rz

Rz

- największa wysokość profilu: użyteczny dla

- największa wysokość profilu: użyteczny dla

większości powierzchni.

większości powierzchni.

•

Ra

Ra

- średnia arytmetyczna wartości rzędnych

- średnia arytmetyczna wartości rzędnych

profilu, słabo reaguje na miejscowe zmiany a jej

profilu, słabo reaguje na miejscowe zmiany a jej

wartość nie daje jasnego obrazu stanu powierzchni.

wartość nie daje jasnego obrazu stanu powierzchni.

Oznaczenia na rysunku

(PN-EN ISO 1302:2004)

5.07.21

Kierunek równoległy do linii
reprezentującą powierzchnię do

której dotyka znak

Kierunek równoległy do linii

reprezentującą powierzchnię do

której dotyka znak

Ślady struktury powierzchni

skrzyżowane

Struktura wielokierunkowa

Ślady struktury koncentryczne

względem środka

Struktura o śladach przebiegających

promieniowo

Ślady rozmieszczone przypadkowo

Oznaczanie chropowatości

na rysunku

Oznaczanie chropowatości

na rysunku

Metoda pomiaru

Rodzaj przyrządu Zakres pomiarowy

[

m]

Błąd pomiaru

[%]

Profilometr

laboratoryjny

warsztatowy

Ra = 0.01- 10

3-10

10-20

Przekroju

świetlnego

uniwersalny

Rz = 0.8 - 80

7 - 24

Interferencyjna

laboratoryjny

specjalny

Rt = 0.02 - 1.5

Rt = 0.005 - 1.0

ok. 0.03m

ok. 0.003m

Reflektometryczna

produkcyjny

Ra  1.0

10 – 30

Dyfrakcyjna

Ra  0.2

Kontrastu plamek

0.1 - 3.0

 10

Wielopunktowa

warsztatowy

Ra  0.3

 15

Przenikania

warsztatowy

Ra  0.6

 20

Pneumatyczna

produkcyjny

Ra  0.5

Pojemnościowa

produkcyjny

Ra = 0.05 - 2.5

20

Koniec wykładu

Koniec wykładu