מהו חספוס פני השטח?
בתקשורת במפעל, אנשים רבים רגילים להשתמש במונח "גימור משטח". עם זאת, "גימור פני השטח" מוצע מנקודת המבט של הראייה האנושית. על מנת לעמוד בקנה אחד עם התקן הבינלאומי (ISO), התקן הלאומי אינו משתמש יותר במונח "גימור משטח". לכן, בביטויים רשמיים וקפדניים, יש להשתמש במילה "חספוס פני השטח".
חספוס פני השטח מתייחס למרווח הקטן ולאי האחידות של פסגות ועמקים קטנים על פני השטח המעובדים. המרחק (מרחק הגלים) בין שתי הפסגות או שתי השקות קטן מאוד (מתחת ל-1 מ"מ), מה ששייך לשגיאת הצורה הגיאומטרית המיקרוסקופית. ככל שחספוס פני השטח קטן יותר, כך המשטח חלק יותר.
באופן ספציפי, זה מתייחס למידת הגובה והמרחק S של פסגות ועמקים זעירים. באופן כללי לחלק ב-S:
S<1mm is the surface roughness
1 פחות או שווה ל-S פחות או שווה ל-10 מ"מ הוא גלי
S>10 מ"מ הוא צורת f
תְמוּנָה
02
גורמים ליצירת חספוס פני השטח
חספוס פני השטח נוצר בדרך כלל על ידי שיטת העיבוד המשמשת וגורמים אחרים, כגון החיכוך בין הכלי למשטח החלק במהלך העיבוד, העיוות הפלסטי של מתכת שכבת פני השטח כאשר השבב מופרד, ורטט בתדר גבוה ב מערכת התהליך, בורות פריקה של עיבוד שבבי, וכו'. בשל שיטות העיבוד השונות וחומרי העבודה, העומק, הצפיפות, הצורה והמרקם של העקבות שנותרו על פני השטח המעובדים שונים.
תְמוּנָה
03
בסיס להערכת חספוס פני השטח
1) אורך הדגימה
אורך היחידה של כל פרמטר, אורך הדגימה הוא אורך קו ייחוס שצוין להערכת חספוס פני השטח. תחת תקן ISO1997, 0.08 מ"מ, 0.25 מ"מ, 0.8 מ"מ, 2.5 מ"מ ו-8 מ"מ משמשים בדרך כלל כאורך הייחוס.
ערכים נבחרים של אורך הדגימה L ואורך הערכה Ln של Ra, Rz, Ry:
תְמוּנָה
2) אורך הערכה
מורכב מ-N אורכי התייחסות. חספוס פני השטח של כל חלק של פני השטח של החלק אינו יכול לשקף באמת את הפרמטרים האמיתיים של החספוס באורך ייחוס, אך יש צורך לקחת N אורכי דגימה כדי להעריך את חספוס פני השטח. לפי תקן ISO1997, אורך ההערכה הוא בדרך כלל N שווה ל-5.
3) קו בסיס
קו הייחוס הוא קו האמצע של הפרופיל המשמש להערכת פרמטרי חספוס פני השטח.
04
פרמטרים להערכת חספוס פני השטח
1) פרמטרים אופייניים לגובה Ra, Rz
סטיית ממוצע אריתמטית של פרופיל Ra: הממוצע האריתמטי של הערך המוחלט של סטיית הפרופיל בתוך אורך הדגימה (lr). במדידה בפועל, ככל שמספר נקודות המדידה גדול יותר, כך Ra מדויק יותר.
גובה מקסימלי של פרופיל Rz: המרחק בין קו שיא הפרופיל לקו התחתון של העמק.
תְמוּנָה
Ra עדיף בטווח הרגיל של פרמטרים משרעת. בתקן הלאומי לפני 2006, היה פרמטר הערכה נוסף שהיה "גובה עשר הנקודות של מיקרו חספוס" המובע על ידי Rz, והגובה המרבי של קו המתאר הובע על ידי Ry. לאחר 2006, התקן הלאומי ביטל את גובה עשר הנקודות של מיקרו חספוס, והשתמש ב-Rz. מציין את הגובה המרבי של הפרופיל.
2) פרמטר מאפיין ריווח Rsm
Rsm רוחב ממוצע של רכיבי מתאר. בתוך אורך הדגימה, הערך הממוצע של המרחק בין האי סדרים המיקרוסקופיים של הפרופיל. מרווח החספוס המיקרו מתייחס לאורך פסגת הפרופיל ולעמק הפרופיל הסמוך על קו האמצע. במקרה של אותו ערך Ra, ערך Rsm אינו בהכרח זהה, ולכן המרקם המשתקף יהיה שונה. משטחים ששמים לב למרקם בדרך כלל שמים לב לשני האינדיקטורים של Ra ו-Rsm.
תְמוּנָה
פרמטר תכונת צורת Rmr מיוצג על ידי יחס אורך תמיכת קווי המתאר, שהוא היחס בין אורך תמיכת המתאר לאורך הדגימה. אורך תמיכת הפרופיל הוא סכום אורכי קווי החתך המתקבלים על ידי חיתוך הפרופיל בקו ישר המקביל לקו האמצע ובמרחק של c מקו שיא הפרופיל בתוך אורך הדגימה.
05
שיטת מדידת חספוס פני השטח
1) שיטה השוואתית
שיטת ההשוואה קלה למדידה ומשמשת למדידה במקום בסדנה, ולרוב משמשת למדידה של משטחים בינוניים או מחוספסים. השיטה היא להשוות את המשטח הנמדד עם דגימת חספוס המסומנת בערך מסוים כדי לקבוע את ערך החספוס הנמדד. שיטות שניתן להשתמש בהן להשוואה: כאשר Ra > 1.6 מיקרומטר, השתמש בבדיקה ויזואלית, כאשר Ra1.6~Ra0.4 מיקרומטר, השתמש בזכוכית מגדלת, וכאשר Ra < 0.4 מיקרומטר , השתמש במיקרוסקופ השוואה.
בהשוואה, שיטת העיבוד, מרקם העיבוד, כיוון העיבוד והחומר של המדגם נדרשים להיות זהים לפני השטח של החלק הנמדד.
תְמוּנָה
2) שיטת חרט
חרט היהלום בעל רדיוס עקמומיות של כ-2 מיקרון מחליק באיטיות לאורך המשטח הנמדד. התזוזה למעלה ולמטה של חרט היהלום מומרת לאות חשמלי על ידי חיישן אורך חשמלי. לאחר הגברה, סינון וחישוב, מכשיר התצוגה מציין שהמשטח מחוספס. ערך מעלות, ניתן להשתמש במקליט גם כדי להקליט את עקומת הפרופיל של הקטע הנמדד. בדרך כלל, כלי המדידה שיכול להציג רק את ערך החספוס של פני השטח נקרא מכשיר מדידת חספוס פני השטח, וזה שיכול לתעד את עקומת פרופיל פני השטח נקרא פרופיילר חספוס פני השטח. לשני כלי המדידה הללו יש מעגלי חישוב אלקטרוניים או מחשבים אלקטרוניים, שיכולים לחשב אוטומטית את סטיית הממוצע האריתמטי Ra של המתאר, את גובה עשר הנקודות Rz של אי האחידות המיקרוסקופית, את הגובה המרבי Ry של המתאר ופרמטרי הערכה אחרים, עם גבוהים יעילות מדידה ומתאים לחספוס פני השטח של Ra הוא 0.025-6.3 מיקרון נמדד.
תְמוּנָה
תְמוּנָה
3) שיטת התערבות
השתמש בעקרון של הפרעות גלי אור (ראה גביש שטוח, טכנולוגיית מדידת אורך לייזר) כדי להציג את שגיאת הצורה של המשטח הנמדד כתבנית שולי הפרעה, והשתמש במיקרוסקופ עם הגדלה גבוהה (עד 50{ {3}} פעמים) כדי להגדיל את החלק המיקרוסקופי של שולי הפרעות אלה נלקחות מדידות כדי לקבל את החספוס של המשטח הנמדד. כלי מדידת חספוס פני השטח בשיטה זו נקרא מיקרוסקופ הפרעות. שיטה זו מתאימה למדידת חספוס פני השטח עם Rz ו-Ry הנעים בין 0.025 ל-0.8 מיקרון.
תְמוּנָה
06
טבלת השוואה של VDI3400, Ra, Rmax
מחוון Ra משמש לעתים קרובות בייצור מקומי בפועל; מחוון Rmax נפוץ ביפן, המקביל למחוון Rz; תקן VDI3400 נמצא בשימוש נפוץ במדינות אירופה ואמריקה כדי לציין חספוס פני השטח, ומפעלים המייצרים הזמנות עובש אירופאיות משתמשים לעתים קרובות במחווני VDI. לדוגמה, לקוחות אומרים לעתים קרובות "המשטח של מוצר זה עשוי לפי VDI30".
תְמוּנָה
לפני השטח של VDI3400 יש קשר תואם לתקן Ra הנפוץ. אנשים רבים צריכים לעתים קרובות לחפש את הנתונים כדי למצוא את הערך המתאים. הטבלה הבאה מלאה מאוד ומומלצת לאיסוף.
טבלת השוואה בין תקן VDI3400 ל-Ra:
תְמוּנָה
טבלת השוואה של Ra ו-Rmax:
תְמוּנָה
07
הביטויים העיקריים של השפעת חספוס פני השטח על חלקים
1) להשפיע על עמידות ללבוש
ככל שהמשטח מחוספס יותר, שטח המגע האפקטיבי בין משטחי ההזדווגות קטן יותר, הלחץ גדול יותר, התנגדות החיכוך גדולה יותר והבלאי מהיר יותר.
2) להשפיע על יציבות הקואורדינציה
להתאמה למרווח, ככל שהמשטח מחוספס יותר, כך קל יותר ללבוש אותו, כך שהפער גדל בהדרגה במהלך תהליך העבודה; חוזק חיבור.
3) להשפיע על חוזק העייפות
יש שקתות גדולות על פני השטח של חלקים גסים, שכמו חריצים חדים וסדקים, רגישים מאוד לריכוז מתח, ובכך משפיעים על חוזק העייפות של חלקים.
4) משפיע על עמידות בפני קורוזיה
פני השטח של חלקים מחוספסים יכולים בקלות לגרום לגז מאכל או לנוזל לחדור לתוך השכבה הפנימית של המתכת דרך העמקים המיקרוסקופיים על פני השטח, ולגרום לקורוזיה של פני השטח.
5) להשפיע על ההידוק
משטחים מחוספסים אינם יכולים להתאים היטב, וגז או נוזל דולפים דרך הרווחים בין משטחי המגע.
6) להשפיע על נוקשות מגע
קשיחות מגע היא היכולת של משטח המפרק של חלקים להתנגד לעיוות מגע תחת פעולת כוח חיצוני. קשיחות המכונה נקבעת במידה רבה על ידי קשיחות המגע בין החלקים.
7) להשפיע על דיוק המדידה
חספוס פני השטח של המשטח הנמדד של החלק ומשטח המדידה של כלי המדידה ישפיע ישירות על דיוק המדידה, במיוחד במדידה מדויקת.
בנוסף, לחספוס פני השטח תהיה דרגות שונות של השפעה על ציפוי הציפוי, מוליכות תרמית והתנגדות למגע של חלקים, ביצועי השתקפות וקרינה, התנגדות לזרימת נוזל וגז וזרימת זרם על פני המוליכים.
