Pełny artykuł dostępny dla abonentów!

Charakterystyka parametrów chropowatości powierzchni

1.7.2008, , Źródło: Wydawnictwo Verlag Dashofer Sp. z o.o.

Rzeczywiste powierzchnie części maszyn różnią się od powierzchni teoretycznych idealnych. Charakteryzują się nierównościami, które umownie dzieli się na: chropowatość, falistość, odchyłki kształtu i wady powierzchniowe. Zbiór nierówności powierzchni rzeczywistej stanowi strukturę geometryczną powierzchni. Chropowatość powierzchni wg obecnie aktualnej normy PN-EN ISO 4287:1999 (dawnej PN-87/M-04256/02) jest to zbiór nierówności powierzchni rzeczywistej przedmiotu o małych odstępach wierzchołków.

W analizie struktury geometrycznej powierzchni wykorzystuje się najczęściej profile powierzchni prostopadłe do kierunku śladów obróbki. Jednym ze sposobów wydzielenia z profilu powierzchni profilu chropowatości i falistości może być dokonane poprzez badanie stosunku średniego odstępu nierówności S do średniej wysokości nierówności R, jak to podano poprzednio. Istnieją również inne sposoby podejścia do problemu wydzielenia profilu chropowatości i falistości oraz błędów kształtu, a mianowicie za pomocą odpowiednich filtrów, które są wbudowane w urządzenia pomiarowe.

Charakterystyki chropowatości powierzchni części maszyn stanowią ważną część specyfikacji geometrii wyrobów GPS (z ang. Geometrical Product Specifications). Norma PN-ISO 4288:1997 określa wymagania geometryczne wyrobów, ujmujące geometryczną strukturę powierzchni GST (z ang. surface texture) oraz zasady i procedury oceny jej parametrów. Inne normy określają zasady wykonywania pomiarów GPS. W literaturze polskiej spotyka się również oznaczenie SGP – struktura geometryczna powierzchni.

Do oceny parametrów chropowatości Ra mogą być stosowane przyrządy analogowe zgodnie z PN-ISO 3274:1975, które wykorzystują filtry, np. 2CR górno- i dolnoprzepustowe.

Można również stosować przyrządy pomiarowe stykowe z przetwornikiem analogowo- cyfrowym ADC (z ang. Analog to-Digital Converter). W zależności od wysokości nierówności profilu stosuje się ostrze odwzorowujące o odpowiednim promieniu wierzchołka rtip = 2,0; 5,0 lub 10,0 μm oraz kąt wierzchołkowy stożka 60° (najlepszy) lub 90°. Nominalny nacisk statyczny ostrza odwzorowującego profil powierzchni powinien mieć wartość 0,00075 N, tak aby ostrze nie zniekształcało powierzchni. W trakcie pomiaru profilu nierówności profilometrem stykowym, zmiany położenia ostrza odwzorowującego nierówności względem nieruchomych elementów głowicy pomiarowej są zamieniane na sygnał elektryczny. Profilometry najnowszej generacji wyróżniają się tym, że sygnał elektryczny po wzmocnieniu może być poddany filtracji, tzn. że przy pomiarach chropowatości z sygnału odfiltrowuje się składowe falistości i błędów kształtu (podobnie przy badaniach falistości lub błędów kształtu). Stosowane w profilometrach powiększenia pionowe wynoszą od 500 do 100000×, poziome od 2 do 100×. Sygnał reprezentujący profil chropowatości (lub falistości) może być zarejestrowany w pamięci komputera i poddany opracowaniu w celu wyznaczenia podstawowego lub pełnego zestawu parametrów chropowatości lub falistości). W przypadku pomiarów odchyłek kształtu przedmiotu (profil P) w określonym przekroju odcinkiem pomiarowym jest długość przedmiotu w rozważanym przekroju.

Parametry chropowatości są definiowane na odcinku elementarnym wg PN-ISO 4288:1997, rys. 4.3.4./1. W tym przypadku odcinek elementarny jest pojedynczym odcinkiem pomiarowym. Standardowo parametry chropowatości są wyznaczane na pięciu odcinkach elementarnych. Wyniki obliczeń są podawane jako średnie z pięciu odcinków elementarnych.

Odcinek elementarny lr ma znormalizowaną długość, która może mieć następujące wartości: 0,08, 0,025, 0,8, 2,5, 8 i 25 mm. Jest odcinkiem, na którym definiuje się parametry chropowatości, a jego długość zależy od parametru Ra.

Odcinek pomiarowy ln jest odcinkiem, na którym najczęściej wyznacza się średnie wartości parametrów chropowatości. Może on zawierać jeden lub więcej, a najczęściej standardowo pięć odcinków elementarnych. Odcinek pomiarowy składający się z pięciu odcinków elementarnych jest odcinkiem znormalizowanym.

Linia odniesienia to umownie przyjęta linia, względem której określa się parametry profilu, która ma położenie odpowiadające ogólnej orientacji profilu.

Rys. 4.3.4./1. Podstawowe parametry chropowatości: a) średnie arytmetyczne odchylenie profilu Ra i średnie kwadratowe odchylenie profilu Rq, b) dziesięciopunktowa wysokość nierówności wg dawnej normy PN-87/M-04251, c) parametry Rp, Rv oraz wg nowej normy PN-EN ISO 1302:2004 największa wysokość profilu chropowatości Rz i całkowita wysokość profilu chropowatości Rt, d) średni odstęp chropowatości Sm, e) krzywa nośności profilu Rmr(C) – krzywa Abbota, f) rozkład nośności profilu chropowatości i jego parametry ważne z punktu widzenia konstruktora.

Linia średnia profilu m wg starej normy to linia odniesienia dzieląca profil chropowatości na odcinku elementarnym, tak że suma kwadratów odchyleń profilu od niej jest minimalna. Wg nowej normy PN-EN ISO 4287:1999 to jest linia odniesienia odpowiadająca składowym długofalowym profilu, które są tłumione filtrem λc.

Odchylenie profilu to odległość między punktem profilu i linią odniesienia. Oznaczenie zi odniesione jest do pomiarów chropowatości w przestrzeni trójwymiarowej 3D. Według dawnej normy odchylenie profilu oznaczane było przez yi ponieważ było odniesione do pomiarów w przestrzeni dwuwymiarowej 2D.

Podstawowe parametry chropowatości są zdefiniowane następująco: Ra – średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości, rys. 4.3.4./1.a.

Wartość Ra [μm] jest równa wysokości prostokąta o długości odcinka elementarnego, którego pole powierzchni jest równe sumie pól zawartych między linią średnią i profilem po obu stronach tej linii, rys. 4.3.4./1.a. Parametr Ra określany był w Wielkiej Brytanii jako CLA (skrót od Centre-Line-Average), natomiast w Stanach Zjednoczonych oznaczany był symbolem AA (skrót od Arithmetic Average). Przy czym parametry CLA i AA podawane są zwykle w mikrocalach oznaczanych μin. Rq – średnie kwadratowe odchylenie profilu chropowatości (rys. 4.3.4./1.a).

Parametr Rq w literaturze angielskiej nazywany jest RMS (z ang. Root Mean Square).

Wg dawnej wycofanej normy PN-87/M-04256 parametr chropowatości Rz [μm] zdefiniowany jako średnia wysokość pięciu kolejnych wierzchołków nierówności lub częściej jako wysokość chropowatości wg dziesięciu punktów był określony następująco:

Rz – wysokość chropowatości wg 10 punktów:

Wartość Rz [μm] (Rz wg DIN lub oznaczana Rtm wg ISO) jest w tym przypadku średnią wartością sum średnich wartości wysokości pięciu najwyższych wzniesień i pięciu najniższych wgłębień mierzonych na pięciu odcinkach elementarnych stanowiących odcinek pomiarowy, rys. 4.3.4./1.b.

Wg obecnej normy PN-ISO 4288:1997 parametr Rz ma inne znaczenie, a mianowicie: Rz – największa wysokość profilu chropowatości jest sumą największego wzniesienia i głębokości najniższego wgłębienia na odcinku elementarnym wyrażonym w [μm], rys. 4.3.4./1.c. (wg dawnej normy odpowiada to parametrowi Rmax – maksymalnej wysokości chropowatości)

Należy zaznaczyć, że istnieje jeszcze w laboratoriach wiele przyrządów do pomiaru chropowatości powierzchni, które mierzą parametr Rz według starej normy. Wobec tego w celu spełnienia wymagań konstruktora, który określił na rysunku konstrukcyjnym wartości parametru Rz, należy w miarę możliwości sprawdzić według jakiej normy konstruktor miał na uwadze zdefiniowanie tego parametru (np. na podstawie określonej metody obróbki, stosunku parametrów Rz/Ra itp.). Mierząc parametr Rz przyrządami, które określają ten parametr wg starej normy, należy ten fakt zaznaczyć przy podawaniu wyników. Jeżeli jest możliwość, należy zmierzyć parametr odpowiadający definicji parametru Rz wg nowej normy.

Rt – całkowita wysokość profilu chropowatości jest sumą największego wzniesienia i głębokości najniższego wgłębienia na odcinku pomiarowym (rys. 4.3.4./1.c).

Sm – średni odstęp chropowatości jest to średnia wartość odstępów profilu Smi występujących wzdłuż linii średniej na odcinku elementarnym, rys. 4.3.4./1.d.

RΔa – średni arytmetyczny wznios profilu chropowatości jest średnią wzniosów pojedynczych stron profilu. Wartości wzniosów obu stron profilu przyjmuje się dodatnie. Są one bardzo czułe na odległości między punktami pomiarowymi.

RΔq – średni kwadratowy wznios profilu wyraża się wzorem:

Rmr (tp) – nośność profilu, jest podawanym w % stosunkiem długości przekroju profilu wypełnionej materiałem do całkowitej długości odcinka pomiarowego ln na danej wysokości c przekroju równoległego do linii średniej, rys. 4.3.4./1.e.

Rozkład nośności profilu chropowatości i jego parametry w szczególnym ujęciu przystosowanym do potrzeb przemysłu motoryzacyjnego i maszynowego (rys. 4.3.4./1.f) reprezentują związki z właściwościami użytkowymi powierzchni, np.: zmiany odporności na zużycie ścierne w czasie, zdolność do utrzymywania środka

 

Używamy plików cookie, żeby ciągle poprawiać jakość witryny.
Dowiedz się więcej.