Was ist Oberflächenbeschaffenheit? - Einheiten, Symbole und Diagramm

Was ist Oberflächenbeschaffenheit?

Die Oberflächenbeschaffenheit, auch bekannt als Oberflächenstruktur oder Oberflächentopographie, ist die Beschaffenheit einer Oberfläche, die durch die drei Merkmale Lage, Oberflächenrauhigkeit und Welligkeit definiert wird. Es umfasst die kleinen, lokalen Abweichungen einer Oberfläche vom perfekt flachen Ideal (einer echten Ebene).

Die Oberflächenbeschaffenheit ist einer der wichtigen Faktoren, die die Reibung steuern und die Schichtbildung während des Gleitens übertragen. Es wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um den Einfluss der Oberflächentextur auf Reibung und Verschleiß während Gleitbedingungen zu untersuchen.

Oberflächentexturen können isotrop oder anisotrop sein. Je nach Oberflächenbeschaffenheit können beim Gleiten gelegentlich Stick-Slip-Reibungsphänomene beobachtet werden.

Jeder Herstellungsprozess erzeugt eine Oberflächenstruktur. Der Prozess wird normalerweise optimiert, um sicherzustellen, dass die resultierende Textur verwendbar ist. Falls erforderlich, wird ein zusätzlicher Prozess hinzugefügt, um die anfängliche Textur zu modifizieren.

Das letztere Verfahren kann Schleifen (Schleifschneiden), Polieren, Läppen, Strahlen, Honen, Funkenerosion (EDM), Fräsen, Lithografie, industrielles Ätzen/chemisches Fräsen, Lasertexturieren oder andere Verfahren sein

Definition der Oberflächenbeschaffenheit

Die Oberflächenbeschaffenheit, auch bekannt als Oberflächenstruktur oder Oberflächentopographie, ist die Beschaffenheit einer Oberfläche, die durch die drei Merkmale Lage, Oberflächenrauhigkeit und Welligkeit definiert wird. Es umfasst die kleinen, lokalen Abweichungen einer Oberfläche vom perfekt flachen Ideal (einer echten Ebene).

Die Oberflächenbeschaffenheit ist ein Maß für die Gesamtstruktur einer Oberfläche, die durch Lage, Oberflächenrauhigkeit und Welligkeit der Oberfläche gekennzeichnet ist. Die Oberflächenbeschaffenheit, wenn alle drei Eigenschaften enthalten sein sollen, wird häufig als Oberflächenbeschaffenheit bezeichnet, um Verwirrung zu vermeiden, da Maschinisten die Oberflächenrauheit häufig als Oberflächenbeschaffenheit bezeichnen. Ein anderer Begriff, analog zu Oberflächentextur, ist Oberflächentopologie.

Dieses Diagramm gibt eine Vorstellung davon, wie man sich das Verhältnis von Welligkeit, Lage und Rauheit vorstellt:

Lay

Lay ist der Begriff, der verwendet wird, um das dominante Muster auf einer Oberfläche und die Ausrichtung dieses Musters zu beschreiben. Die Lage wird im Allgemeinen durch den Herstellungsprozess erzeugt und kann parallel, senkrecht, kreisförmig, schraffiert, radial, multidirektional oder isotrop (nicht gerichtet) sein. Wir werden die Symbole und die Interpretation von Lay im Abschnitt „Symbole“ weiter unten besprechen.

Welligkeit

Welligkeit ist der Begriff, der für die am weitesten auseinander liegenden Variationen der Oberflächenbeschaffenheit verwendet wird. Diese periodischen Unvollkommenheiten in der Oberfläche sind größer als die Rauheitsabtastlänge, aber klein, kurz und regelmäßig genug, dass sie nicht als Ebenheitsfehler betrachtet werden.

Häufige Ursachen für Oberflächenwelligkeit sind Verzug durch Erhitzen und Abkühlen sowie Bearbeitungsfehler durch Rattern oder Durchbiegung.

Die Welligkeit wird über eine Bewertungslänge gemessen und ein Welligkeitsprofil für diese Länge wird erzeugt. Das Welligkeitsprofil enthält keine Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche aufgrund von Rauheit, Ebenheit oder Formvariationen.

Der Welligkeitsabstand (Wsm) ist der Spitze-zu-Spitze-Abstand der Wellen, während die Wellenhöhe durch die Parameter der durchschnittlichen Welligkeit (Wa) oder der Gesamtwelligkeit (Wt) definiert wird.

Welligkeitsanforderungen sind weniger üblich als Rauheitsanforderungen, können aber für bestimmte Teile wichtig sein, wie z. B. Lagerlaufringe oder Dichtungsflächen.

Oberflächenrauheit

Oberflächenrauhigkeit, häufig abgekürzt mit Rauhigkeit, bezieht sich auf kleine Unregelmäßigkeiten in der Oberflächengeometrie. Rauheit ist der am häufigsten spezifizierte, gemessene und berechnete Aspekt der Oberflächenbeschaffenheit, und viele Menschen verwenden den Begriff „Oberflächenbeschaffenheit“, um nur die Rauheit zu beschreiben.

Symbole für die Oberflächenbeschaffenheit

Das Symbol für die grundlegende Oberflächengüte ist ein Häkchen, dessen Spitze auf der zu spezifizierenden Oberfläche ruht. Variationen dieses Symbols bieten zusätzliche Anweisungen, wie in der folgenden Tabelle beschrieben.

Oberflächenbeschaffenheitseinheiten

Ra – Durchschnittliche Rauheit

Ra ist auch als arithmetischer Durchschnitt (AA) oder Mittelliniendurchschnitt (CLA) bekannt. Es ist die durchschnittliche Rauheit im Bereich zwischen dem Rauheitsprofil und seiner Mittellinie. Grafisch ist Ra die Fläche zwischen dem Rauheitsprofil und seiner Mittellinie dividiert durch die Auswertungslänge. Die Bewertungslänge beträgt normalerweise fünf Probenlängen, wobei jede Probenlänge gleich einer Cutoff-Länge ist.

Ra ist bei weitem der am häufigsten verwendete Parameter für die Oberflächenbeschaffenheit. Ein Grund dafür, dass es so häufig vorkommt, ist, dass es ziemlich einfach ist, den Absolutwert eines Signals zu nehmen und das Signal mit analoger Elektronik zu integrieren, sodass Ra mit Instrumenten gemessen werden könnte, die keine digitalen Schaltkreise enthalten.

Ra ist zwar üblich, reicht aber nicht aus, um die Rauheit einer Oberfläche vollständig zu charakterisieren. Je nach Anwendung können Oberflächen mit gleichem Ra ganz unterschiedlich abschneiden. Hier sind 4 Oberflächen mit dem gleichen Ra und ganz unterschiedlichen Formen.

Um diese Unterschiede zu unterscheiden, werden weitere Parameter benötigt.

Rmax – Vertikaler Abstand vom höchsten Gipfel zum niedrigsten Tal

Rmax ist besonders empfindlich gegenüber Anomalien wie Kratzern und Graten, die aus Messungen wie Ra, die sich auf Durchschnittswerte stützen, möglicherweise nicht offensichtlich sind.

Rz – Von vielen Europäern bevorzugt

Rz wird in Europa und besonders in Deutschland oft gegenüber Ra bevorzugt. Anstatt wie Ra von der Mittellinie aus zu messen, misst Rz den Durchschnitt der 5 größten Spitzen-zu-Tal-Unterschiede innerhalb von fünf Abtastlängen. Während Ra gegenüber einigen Extremen relativ unempfindlich ist, ist Rz ziemlich empfindlich, da es die Extreme misst, die es messen soll.

Tabelle der Oberflächenbeschaffenheit

Wichtige Erkenntnisse

• Die Oberflächenbeschaffenheit besteht aus Welligkeit, Lage und Rauheit, aber es ist üblich, dass nur die Rauheit auf technischen Zeichnungen angegeben wird.
• Ra ist die durchschnittliche Rauheit und unterschätzt die Schwankungen der Oberflächenhöhe.
• Rz ist die mittlere Rauheitstiefe und nähert sich der Größe der stärksten Schwankungen der Oberflächenhöhe an.
• Ra
• Es ist wichtig zu wissen, ob die Rauheit in SI-Einheiten (Mikrometer) oder englischen Einheiten (Mikrozoll) angegeben wird.
• Glattere Oberflächen sind teurer, da mehr Herstellungsprozesse erforderlich sind. Daher sollte die gröbste akzeptable Oberfläche spezifiziert werden, um die Kosten zu minimieren.