PODSTAWY METROLOGII 2
PODSTAWY METROLOGII 2
Tekstura (topografia) powierzchni
Parametry chropowatości powierzchni
Parametry chropowatości 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-A
ucyk
Struktura geometryczna powierzchni
Na strukturę geometryczną powierzchni składają się:
- odchyłki kształtu*/,
- falistość,
- chropowatość.
Odchyłki kształtu są skutkiem przede wszystkim błędów geometrycznych
obrabiarek, odkształceń cieplnych i odkształceń wywołanych siłami
mocowania elementów.
Falistość jest efektem głównie drgań obrabiarki lub narzędzia.
Chropowatość powstaje w wyniku odwzorowania ostrza narzędzia
oraz jako efekt procesu tworzenia się wióra (w obróbkach skrawaniem)
i lokalnych odkształceń materiału (w obróbkach plastycznych).
Wymagania dotyczące falistości oraz chropowatości podaje się w podobny
sposób, u\
ywając takich samych symboli i analogicznych parametrów.
*/ Sposób zapisywania wymagań dotyczących odchyłek kształtu
(podawanie tolerancji kształtu) omówiono na wykładzie 4.
Składowe profilu nierówności powierzchni
Profil pierwotny

d" 50
h
h
Chropowatość

50 < d"1000
Falistość
h

h
1000 d"

h
Odchyłki kształtu
Znaczenie techniczne chropowatości powierzchni
Chropowatość powierzchni wpływa m.in. na:
" współczynnik tarcia,
" szybkość zu\
ywania siÄ™ powierzchni,
" efektywność smarowania,
" intensywność korozji,
" współczynnik odbicia światła.
" współczynnik odbicia światła.
Na ogół konstruktor formułuje wymagania dotyczące
przekrojów powierzchni (a nie całej powierzchni),
prostopadłych do śladów obróbki (jeśli struktura jest
kierunkowa).
toleruje siÄ™ i wyznacza podczas
Powierzchnia szlifowana, wycinek pomiaru profil powierzchni
o wymiarach 1,5 mm x 1,5 mm
.
Właściwości optyczne powierzchni
Chropowatość powierzchni
a jej właściwości
idealnie gładka powierzchnia
 pełne odbicie światła
Chropowatość wpływa na liczbę punktów
styku obu powierzchni; im więcej punktów
bardzo mała chropowatość
styku, tym wy\
sza sztywność kontaktowa
styku, tym wy\
sza sztywność kontaktowa
 znikome rozproszenie
 znikome rozproszenie
i mniejsza rezystancja złącza
średnia chropowatość
 średnie rozproszenie
Chropowatość wpływa na szybkość
du\
a chropowatość
procesu korozji
 silne rozproszenie
Chropowatość powierzchni  pomiar profilu za pomocą
przyrzÄ…du pomiarowego z ostrzem (profilometru)
kierunek
końcówka
środek
z przesuwu ostrza
przyrzÄ…du
przyrzÄ…du
końcówki
końcówki
(ostrze)
trajektoria środka
ostrza
x
materiał mierzonego
elementu
Przykłady pomiaru chropowatości za pomocą profilometrów
Hommel Tester P5
Surtronic
zakres pomiarowy 300 µm
zakres pomiarowy 300 µm
rozdzielczość 0,01 µm
PGM-1C, prod. Instytut Obróbki Skrawaniem,
Profilometr ręczny MMS 1209
zakres 250 µm, ostrze diamentowe r = 2 µm, nacisk 3 mN
Rozdzielenie profilu pierwotnego na dwie składowe 
chropowatość i falistość
Pomiar chropowatości profilu
z
z
lr1 lr2 lr3 lr4 lr5
ln
lr1= lr2= lr3= lr4= lr5  odcinki elementarne
ln  odcinek pomiarowy
ODCINEK ELEMENTARNY lr
długość w kierunku linii średniej stosowana
do identyfikacji nierówności
charakteryzujÄ…cych oceniany profil
Gładsze powierzchnie  krótszy odcinek elementarny
Typowe długości lr (w mm): 0,08 0,25 0,8 2,5 8
ODCINEK POMIAROWY ln
długość w kierunku linii średniej stosowana
do oceny profilu; wielokrotność odcinka elementarnego.
LINIA ÅšREDNIA PROFILU CHROPOWATOÅšCI
linia odniesienia dzieląca profil chropowatości tak,
\
e w przedziale odcinka elementarnego lr
suma kwadratów odchyleń profilu zi od tej linii
jest minimalna.
n
2
"z = min
i
i=1
z
lr
zi
zi
Grupy parametrów profilu
Podział według rodzaju profilu
R - parametry chropowatości (Rz, Ra, RSm, ... roughness)
W - parametry falistości (Wz, Wa, WSm,... waviness)
P - parametry profilu pierwotnego (Pz, Pa.. primary profile)
Podział według kierunku oceny profilu
" Parametry amplitudowe (wysokościowe)
" Parametry wzdłu\
ne
" Parametry hybrydowe
Parametry wysokościowe profilu chropowatości
Parametry zale\
ne tylko od wartości skrajnych (wysokości wierzchołków,
głębokości dolin)
Rz  największa wysokość (profilu chropowatości)
Rt  całkowita wysokość (profilu chropowatości)
Rp  wysokość najwy\
szego wzniesienia (profiluchropowatości)
Rv  głębokość najni\
szego wgłębienia (profilu chropowatości)
Parametry uśrednione charakteryzujące rozrzut rzędnych (wszystkie punkty
profilu wpływają na wartość wyznaczonego parametru)
Ra  średnia arytmetyczna rzędnych profilu
Rq  średnia kwadratowa rzędnych profilu
Największa wysokość profilu chropowatości Rz
(analogicznie definiowane sÄ… Pz, Wz)
lr
m
1
ln = mlr
Rz =
"Rz j
m
Standardowo m = 5
j=1
lr  długość odcinka elementarnego
ln  długość odcinka pomiarowego
m  liczba odcinków elementarnych
Rz
Największa wysokość profilu chropowatości Rz, cd
Rz = Rp + Rv
Rp (Pp, Wp) - wysokość najwy\
szego wzniesienia profilu
Rv (Pv, Wv) - głębokość najni\
szego wgłębienia profilu
lr
Rp
Rz
Rv
Relacje pomiędzy Rz, Rp, Rv
Rv H" Rp H" 0,5Rz
Rp < Rv
Im mniejszy jest stosunek Rp/Rv, tym większa odporność materiału
na ścieranie (wolniejsze zmiany wymiarowe podczas eksploatacji).
Całkowita wysokość profilu Rt
(Pt, Wt)
Rt = Zp + Zv
z
Zp
Zv
lr1 lr2 lr3 lr4 lr5
ln
Parametr Rt ma definicję podobną do Rz, ale dotyczy całego odcinka
pomiarowego (a nie odcinka elementarnego), dlatego Rt e" Rz
Średnia arytmetyczna rzędnych profilu Ra
(średnie odchylenie profilu od linii średniej
w przedziale odcinka elementarnego)
l
n
1 1
= z(x)dx E"
"
R z
a +" i
l n
i=1
0
z
z
lr
z
z
Średnia kwadratowa rzędnych profilu Rq
(średnie kwadratowe odchylenie profilu chropowatości od linii średniej
w przedziale odcinka elementarnego)
Parametr Rq jest odchyleniem standardowym rozkładu rzędnych profilu
l
n
1 1
2
= z(x)2dx E"
"
R z
q +" i
l n
i=1
0
z(x)
z(x)
zi
zi
lr
Rq > Ra
Powierzchnia losowa: Rq H" 1,25 Ra
Średnia szerokość rowków elementów profilu RSm
lr
element profilu  sąsiadujące z sobą wgłębienie i wniesienie
n  liczba elementów profilu na długości lr
n
1
RSm = Xsi
"
n
i=1
Kierunkowość struktury geometrycznej powierzchni
Rodzaj Odmiana Symbol
kierunkowości
równoległa do linii przedstawiającej
jednokierunkowa powierzchniÄ™
=
prostopadła do linii przedstawiającej
powierzchniÄ™
współśrodkowa względem środka C
powierzchni (coaxial)
skrzy\
owana X
wielokierunkowa
nieuporzÄ…dkowana (mess) M
promieniowa (radial) R
bezkierunkowa punktowa (point) P
Kierunkowość struktury geometrycznej powierzchni
Oznaczanie chropowatości powierzchni na rysunkach
PN-EN ISO 1302:2004 Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS) - Oznaczanie
struktury geometrycznej powierzchni w dokumentacji technicznej wyrobu
Symbole chropowatości
wskazanie wymagań dotyczących wymagane jest zastosowanie jednej zakaz stosowania technik
chropowatości bez podania sposobu z technik ubytkowych (nale\
y zdjąć ubytkowych (zakaz usuwania
ich uzyskania warstwę materiału) materiału)
wskazanie, \
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 Symbol graficzny powinien być tak
zakończona strzałką powinny stykać umieszczony aby mo\
na go było
się od zewnętrznej strony materiału odczytać od dolnej lub prawej strony
z liniÄ… przedstawiajÄ…cÄ… powierzchniÄ™ rysunku.
lub z jej przedłu\
eniem.
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 siÄ™ symbol tylko raz, nad tabliczkÄ… rysunkowÄ….
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, \
e wyjÄ…tki istniejÄ…).
Wartości parametrów
Parametr Jednostka Wartość
Ra µm 0,006 ÷ 80
Rz µm 0,025 ÷ 200
Rsm mm 0,013 ÷ 4
Rsm mm 0,013 ÷ 4
Odcinek mm 0,08 0,25 0,8 2,5 8
elementarny lr
Dobór lr
Profile periodyczne lrÄ™! , gdy RSmÄ™!
Profile losowe lrÄ™! , gdy RaÄ™! lub RzÄ™!
Przykłady oznaczania chropowatości na rysunkach
Przykłady oznaczania chropowatości na rysunkach