Messen und Verstehen der Oberflächenbeschaffenheit

Die Oberflächenbeschaffenheit ist ein Maß für die Gesamttextur einer Oberfläche, die aus drei Schlüsselelementen besteht:Lage, Welligkeit und Rauheit. Lage bezieht sich auf das vorherrschende Muster auf der Oberfläche, das oft durch den Herstellungsprozess selbst erzeugt wird, Welligkeit misst die periodische Variation der Oberflächenbeschaffenheit und Rauheit ist eine Berechnung der relativen Glätte eines Oberflächenprofils.

Die Oberflächenbeschaffenheit ist nicht nur für die Ästhetik wichtig – sie bestimmt oft, wie das Teil in seiner Endanwendungsumgebung reagiert und funktioniert. Eine raue Oberflächenbeschaffenheit kann anfällig für Verschleiß sein oder bei einigen Anwendungen Möglichkeiten für Brüche und Korrosion schaffen. Es kann jedoch auch dazu beitragen, Kratzer und Unebenheiten besser zu verbergen als eine perfekt glatte Oberfläche.

Rauheit ist das am häufigsten genannte Element der Oberflächenbeschaffenheit. Tatsächlich ist „Oberflächenrauheit“ das, was viele Maschinisten tatsächlich meinen, wenn sie „Oberflächenbeschaffenheit“ sagen. Für die Zwecke dieses Artikels verwenden wir „Oberflächenbeschaffenheit“ als Oberbegriff, der die Rauheit einschließt (aber nicht darauf beschränkt ist), wenn wir diskutieren, wie die Oberflächenbeschaffenheit gemessen wird.

So messen Sie die Oberflächenbeschaffenheit

Die Oberflächenbeschaffenheit kann auf verschiedene Weise gemessen werden, einschließlich direkter Messung, berührungsloser, Vergleichs- oder In-Prozess-Methoden.

Direkte Mess- oder „Kontakt“-Methoden verwenden einen Stift, wie die Nadel eines Plattenspielers, um die Oberflächenbeschaffenheit physikalisch zu messen, indem ein Profil seiner Rauheitsparameter erstellt wird. Berührungslose Methoden ersetzen diesen Stift durch optische Sensoren und Lichter oder Ultraschallimpulse.

Vergleichsmethoden umfassen die Erstellung eines Musters der Oberflächenbeschaffenheit unter Verwendung der gleichen Ausrüstung oder des gleichen Verfahrens. Diese Techniken, die typischerweise einfache visuelle oder taktile Überprüfungen umfassen, können nützlich sein, wenn Rauheitsparameter nur ungefähr sein müssen. Diese Methoden sind jedoch offensichtlich nicht ideal, um feine Details oder enge Toleranzen zu überprüfen. Prozessinterne Methoden bestimmen vergleichbare Rauheitsparameter während des Produktionsprozesses, die durch den Einsatz von Techniken wie maschinelles Sehen, magnetische Induktivität und Ultraschall erreicht werden.

Wenn es darum geht, speziell Oberflächenrauheitsmessungen durchzuführen, gibt es drei Hauptmethodentypen – Profilierungs-, Flächen- und Mikroskopietechniken. Profilierungstechniken messen die Oberfläche des Teils mit hochauflösenden Rastersonden. Flächentechniken wie optische oder Ultraschallstreuung messen einen Bereich der Oberfläche und verwenden statistische Modelle, um den Rest der Oberflächentopologie des Teils zu extrapolieren.

Elektronenmikroskopische Techniken ermöglichen es Maschinenbedienern, die Oberflächenbeschaffenheit bis ins kleinste Detail zu untersuchen, aber diese Werkzeuge sind durch ihre kleinen Sichtfelder begrenzt. Der Maßstab, auf dem Elektronenmikroskope arbeiten, ermöglicht nur die Betrachtung eines kleinen Abschnitts der Oberfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt, sodass mehrere Scans erforderlich sind, um durchschnittliche Rauheitsparameter zu ermitteln.

Oberflächenrauheitsdiagramme verstehen

Wenn Sie zum ersten Mal eine Oberflächengütetabelle sehen, werden Sie wahrscheinlich eine Reihe von Abkürzungen finden, denen Sie noch nie begegnet sind. Hier sind drei der am häufigsten verwendeten Symbole und Parameter für die Oberflächenrauheit, die Sie kennen sollten:

• Ra , die am häufigsten verwendete Metrik zur Messung der Oberflächengüte, ist das Maß für die durchschnittliche Oberflächenrauheit eines Teils. Ra misst die Abweichung eines Rauheitsprofils von der Mittellinie. Das Ra-Oberflächengütediagramm wird normalerweise für absolute Werte verwendet, weist jedoch einige Mängel auf, die andere Parameter von unschätzbarem Wert machen, wenn versucht wird, die Oberflächentopologie zu definieren, zu bewerten und zu replizieren. Ra wird am häufigsten in den Vereinigten Staaten verwendet.
• Rmax , das die vertikalen Abstände der Spitzen und Täler einer Oberfläche misst, ist ideal zum Erkennen von Graten, Kratzern und anderen Anomalien, die mit dem Ra-Diagramm für die Oberflächengüte nicht leicht zu erkennen sind.
• Rz ist ein Maß für die durchschnittliche maximale Höhe eines Oberflächenprofils. Dieser Parameter wird aus den Mittelwerten der fünf größten Unterschiede zwischen Gipfeln und Tälern über die gesamte Fläche berechnet. Der Ra-Parameter kann gegenüber einigen Extremen unempfindlich sein, was zu fehlerhaften oder ungenauen Messungen führt – Rz hilft, einige dieser Fehlermöglichkeiten zu eliminieren. Rz wird am häufigsten international verwendet.

Diagramme zur Oberflächenbeschaffenheit werden normalerweise in Mikrometern oder Mikrozoll gemessen – je kleiner die Messung, desto feiner die Oberflächenbeschaffenheit. Um ein paar praktische Zahlen zu nennen:

• Wenn Ihr Teil eine Mikrometer-Bewertung von 12,5 hat, hat es eine Mikrozoll-Bewertung von 500. Das bedeutet, dass das Teil eine raue, minderwertige Oberflächenbeschaffenheit hat, höchstwahrscheinlich aufgrund grober Vorschübe und schwerer Schnitte.
• Wenn Ihr Teil eine Mikrometer-Bewertung von 3,2 hat, hat es eine Mikrozoll-Bewertung von 125. Dies ist die raueste Art von Oberfläche, die für Teile empfohlen wird, und wird oft für solche verwendet, die hohen Spannungen, Lasten oder Vibrationen standhalten müssen.
• Wenn Ihr Teil eine Mikrometer-Bewertung von 0,8 hat, hat es eine Mikrozoll-Bewertung von 32. Dies ist eine hochwertige Bearbeitungsoberflächengüte, die streng kontrollierte Bedingungen erfordert, aber mit zylindrischen, spitzenlosen oder Flachschleifmaschinen relativ einfach zu erreichen ist. Ein ideales Oberflächenfinish für Teile, die keinen Dauerbewegungen oder schweren Belastungen standhalten.

Weitere Einzelheiten finden Sie in einer vollständigen Oberflächengütetabelle.

Erhalten Sie das richtige Oberflächenfinish mit dem richtigen Fertigungspartner

Das Erzielen einer angemessenen Oberflächenbeschaffenheit macht mehr als nur Teile für den Kunden ästhetisch ansprechend. Es hilft auch sicherzustellen, dass das Stück wie beabsichtigt funktioniert. Die Oberflächenrauheit kann auf verschiedene Weise gemessen werden, aber die in diesem Artikel aufgeführten Techniken sind ein sehr allgemeiner Überblick über die Methoden zur Messung der Oberflächengüte.

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