Диаграма на грапавостта на повърхността: Окончателното инженерно ръководство за прецизно производство

Когато извършваме грапавост на повърхността в Dazao, ние не обсъждаме просто естетическия блясък на част. Обсъждаме невидимата архитектура, която решава дали високоскоростен-аерокосмически лагер издържа 10 000 часа. Или може да се задръсти на десет.

вCNC обработка, 3D печат и леене под налягане, повърхностното покритие често е най-неразбраната спецификация на CAD чертеж. Често срещано погрешно схващане е, че по-гладкото винаги е по-добро. В Dazao нашият 20-годишен опит-в магазините говори друго. Грешното покритие на повърхността може да причини повреда или загуба на пари.

В това ръководство разбиваме ключови концепции за грапавостта на повърхността. Сравняваме Ra и Rz. Ние покриваме производствените процеси, разходите и реалните инженерни приложения. Това ви помага да вземате информирани решения.

Какво еПовърхностно покритиев машиностроенето?

За да се разбере диаграмата на грапавостта на повърхността, първо трябва да се разбере какво всъщност е "повърхност". В идеалния евклидов свят равнината е плоска. В света на субтрактивното производство повърхността е хаотичен пейзаж от върхове, долини и вълни.

Грапавост срещу вълнообразност срещу форма: Ключови разлики в покритието на повърхността

Профилът на повърхността е съставен сигнал от три различни геометрични компонента:

· Грапавост (първичен профил):Това са високо{0}}честотни неравности, оставени от ръба на режещия инструмент. Те могат също така да идват от песъчинки от шлифовъчен диск или 3D отпечатване слой-по-слой. Това е шумът, който измерваме и определяме количествено с помощта на Ra и Rz.

· Вълнообразност (вторичен профил):Това са по--разположени неравности. Макро проблемите обикновено причиняват вълнообразност. Те включват тракане на машината, изтичане на шпиндела, топлинно разширение по време на рязане и нестабилно захващане. Можете да имате ниска стойност на Ra върху част, която е изключително вълнообразна, което пак ще доведе до повреда на уплътнението.

· Форма (грешка във формата):Това е пълното отклонение от предвидената геометрия. Например, един цилиндър може да има лек конус. Плоската чиния може да има лек лък.

Какво е повърхностно полагане и защо има значение при обработката?

Lay е посоката на преобладаващия модел на повърхността. Защо това има значение за вашия DFM (Проектиране за производство)?

· Надлъжно полагане:Ако следите на инструмента вървят успоредно на посоката на движение, те минимизират триенето.

· Радиално/кръгово полагане:Често се среща при челно фрезоване, където фрезата създава въртящи се дъги.

· Кръст-Щрихована плоча:От съществено значение за цилиндрите на двигателя (хонинговане), за да се осигури задържане на масло.

В Dazao ние не просто постигаме числото в диаграмата; ние ориентираме Lay към функционалното движение на вашата част.

Обяснение на параметрите на грапавостта на повърхността (Ra, Rz, Rq и други)

Най-съществената грешка в съвременното инженерство е прекомерното-разчитане на Ra (средна грапавост). Въпреки че Ra е lingua franca в индустрията, това е показател за осредняване, който често крие истината.

Какво е Ra в грапавостта на повърхността? Определение, формула и ограничения

Ra е средноаритметичната стойност на всички отклонения на профила от средната линия. отличен за общ контрол на качеството, защото е стабилен и повторяем.

Въпреки това Ра остава в неведение каква форма приемат върховете. Повърхност с остри, игловидни-върхове и повърхност със заоблени, подобни на хълм-върхове може да има Ra. Острите върхове ще разрушат свързващото пластмасово уплътнение; закръглените няма.

Какво е Rz и защо има значение за ефективността на уплътняването?

Rz измерва средното разстояние между петте най-високи върха и петте най-дълбоки долини.

Инженерното прозрение на Dazao: За хидравлични части, вакуумни уплътнения и фитинги за високо{0}}налягане има значение само Rz. Единична дълбока бразда (път на изтичане) може да позволи на течността да се изплъзне покрай уплътнение. Ra би осреднил тази долина и ще ви даде пропуск, но частта ще изтече в полето.

Rq (RMS грапавост): Когато чувствителността има повече значение от средните стойности

Средноквадратичният корен е по-чувствителен към случайни върхове и спадове от Ra.

Стандартът в оптичната индустрия и за високо-прецизни стъклени и огледални компоненти.

Разширени параметри за грапавост на повърхността: Rsk (изкривяване) и Rku (ексценат)

За да помогнете на вашия дизайн да достигне високо ниво на EEAT, помислете за следното.

Rsk (изкривяване):Това показва дали повърхността е по-върхова-доминираща или вдлъбнатина-доминираща. Отрицателното изкривяване (повече вдлъбнатини) е идеално за смазани плъзгащи се повърхности, тъй като вдлъбнатините действат като микроскопични маслени резервоари.

Rku (Куртоза):Това измерва остротата. Стойност на ексцеса 3 е разпределение на Гаус. Стойност над 3 означава, че повърхността е абразивна и ще доведе до бързо първоначално износване (период-на прекъсване).

Диаграма на грапавостта на повърхността (степени Ra, Rz, N и методи на обработка)

(По-долу е ядрото на данните за техническата справка на Dazao. Обърнете внимание на включването на N-множителите на оценка и цена.)

Обяснение на стандарта за грапавост на повърхността ISO 21920

Повечето „Диаграми за грапавост на повърхността“ в мрежата са остарели и все още се позовават на ISO 4287. Ние в Dazao се гордеем с това, че сме на върха на метрологичните стандарти. През 2021 г. ISO пусна ISO 21920, за да замени стареещия 4287.

Защо Shift?

Инженерите изградиха стария стандарт за ера на аналогови измервателни уреди със стилус. Новият стандарт поддържа оптична профилометрия и цифрова обработка на данни.

· Настройки на филтъра (Изключен-):Новият стандарт предефинира начина, по който изчисляваме дължината на „прекъсване-“ (λc). В миналото инженерите често пренебрегваха прекъсването-. Това доведе до различни измервания за доставчика и клиента.

· Функционален фокус:ISO 21920 свързва числата на хартия с реалната функция на частта. Ако сегашният ви доставчик не е ISO 21920, той изостава от глобалната крива.

Как различните материали влияят на повърхностното покритие?(Алуминий, стомана, титан)

Не можете да посочите Ra 0,4 за всеки материал и да очаквате същите резултати.

Алуминий(6061-T6, 7075): Управление на натрупания ръб и размазване

Алуминият е мек и има висок коефициент на топлинно разширение. Ако режещият инструмент не е „огледално-полиран“ и оборотите не са достатъчно високи, алуминият ще се размаже, а не ще среже. Това създава изграден-ръб (BUE), който разваля покритието на повърхността. ние използваме инструменти с покритие Diamond-Like Carbon (DLC), за да постигнем Ra 0,4 върху алуминий без вторично полиране.

Неръждаема стомана(304, 316L): Преодоляване на работата-Втвърдяване при довършителни работи

Неръждаемата стомана е изключително издръжлив материал. Ако инструментът остане на повърхността дори за милисекунда твърде дълго, повърхността се-втвърдява.

Тогава става невъзможно да завършите до нисък Ra. Ние използваме високо{1}}налягане, през-охлаждащата течност на шпиндела за бързо премахване на топлината. Това спомага за поддържането на постоянно N6 покритие.

Титан: Предизвикателства с нисък-модул при тънкостенни-части за аерокосмическа техника

Титанът е гъвкав. Когато инструментът го натисне, материалът бързо изскача назад. Това прави постигането на фина стойност на Rz невероятно трудно в тънко-стенни аерокосмически части. Ние използваме специализирани държачи за-инструменти за намаляване на вибрациите, за да противодействаме на това бърборене.

Разходи за покритие на повърхността спрямо грапавост (Ra 6,3 до 0,05 обяснение)

Има "стена" при Ra 0,8 (32 µin).

Крива на разходите за грапавост на повърхността: Защо Ra 0.4 е скъп

· От Ra 6.3 до 1.6:Увеличението на разходите е линейно. Става въпрос най-вече за скорости на подаване и време на цикъл.

· От Ra 1,6 до 0,8:Кривата на разходите започва да се извива нагоре. Трябва да въведем вложки "Wiper", да намалим очаквания живот на инструмента и да извършваме инспекции по средата на-процеса.

· Под Ra 0,4:Цената експлодира. Вие вече не "обработвате"; вие "завършвате". Това изисква отделна настройка на шлифовъчна машина или ръчен труд от майстор полиращ.

Как да намалим разходите за обработка с функционално зониране на повърхността?

Избягвайте да определяте едно цялостно повърхностно покритие за цялата част. ние помагаме на нашите клиенти да използват функционално зониране:

· Свързващи повърхности: Ra 0.8

· Уплътнителни канали: Rz 3.2

· Открити/естетични повърхности: Ra 1.6

· Вътрешни/скрити джобове: Ra 6.3

Чрез разграничаване на тези зони, ние помогнахме на клиентите да намалят разходите си за BOM (сметка за материали) с до 40%.

Как повърхностните обработки влияят на грапавостта на повърхността (анодиране, полиране, бластиране)

Какво се случва, след като CNC машината спре? Пост{0}}обработката може или да запази, или да унищожи повърхностното ви покритие.

Бластиране на мъниста:Често се използва за скриване на следи от обработка. Обаче бластирането ще увеличи Ra на фино обработената част. Ако имате покритие Ra 0.8 и след това го струите, най-вероятно ще получите матово покритие Ra 2.0.

Анодиране (тип II срещу тип III):Твърдото анодиране (Тип III) създава дебел слой алуминиев оксид. Този слой следва оригиналната топография, но добавя своя собствена "зърнистост". Като цяло, трябва да приемете увеличение на Ra от 10-20% след твърдо анодиране.

Електрополиране:Спасителят на медицинската индустрия. Той премахва „микро-пикове“ с помощта на електрохимичен процес. Това намалява Ra и създава химически чиста, гладка повърхност.

Как се измерва грапавостта на повърхността (инструменти и методи)

Ако не можете да го измерите, не го притежавате. Нашата лаборатория за качество е оборудвана с:

· Стилус профилометри (контакт): За здрави, надеждни Ra/Rz данни за стандартни части.

· Конфокална микроскопия (без{0}}контакт): За деликатни материали или когато имаме нужда от 3D карта на повърхността (S-параметри).

· Визуални компаратори: За бързи проверки-по време на производствения цикъл, за да се гарантира, че не е настъпило износване на инструмента.

Как скоростта на подаване и радиусът на инструмента влияят върху грапавостта на повърхността?

Много инженери разглеждат диаграма на грапавостта на повърхността и приемат, че машината просто "извежда" това число. знаем, че повърхностното покритие е математически резултат от геометрията и движението на инструмента.

Rt и Ra от скоростта на подаване и радиуса на носа

Заобръщанеифрезоване, можете да изчислите теоретичната височина от пик-до-долина (Rt), като използвате скоростта на подаване (f). Имате нужда и от радиуса на носа на инструмента (r).

А средното аритметично (Ra) е приблизително:

Инженерното прозрение на Dazao:

За да намалите стойността на Ra наполовина, имате два избора:

· Намалете скоростта на подаване (f) наполовина, което удвоява времето ви за обработка (и разходите).

· Увеличете радиуса на върха на инструмента (r). Въпреки това, по-големият радиус увеличава натиска на инструмента и може да причини "тракане" (вълнообразност) в тънко-стенните части.

Това е мястото, където майсторите-машинисти на Dazao печелят постоянното-балансиране на радиуса и подаването, за да достигнат вашите спецификации, без да изразходват бюджета.

Изисквания за покритие на повърхността по индустрия (авиационна, медицинска, хидравлична)

Различните индустрии имат скрити изисквания, които не се показват в стандартната диаграма за грапавост на повърхността.

Космонавтика: Издръжливост на умора и устойчивост на стрес

В космическото пространство (напр. турбинни лопатки или структурни колесници) повърхността никога не е просто повърхност. Грубото покритие (Ra > 3.2) действа като поредица от щрангове. При циклично натоварване в дъното на тези микроскопични вдлъбнатини започват пукнатини.

Aerospace Protocol на Dazao: Ние често използваме Shot Peening след машинна обработка. Този метод удря повърхността с малки сферични среди.

Създава остатъчни напрежения при натиск. Тези напрежения запечатват вдлъбнатини в профила на грапавостта. Това може значително да удължи живота на умора.

Медицински: биосъвместимост и задържане на бактерии

За ортопедични импланти (тазобедрени стави, костни винтове) стойността Ra е въпрос на живот и смърт.

· Капанът:Ако повърхността е твърде гладка (Ra < 0,05), костните клетки може да не прилепнат (остеоинтеграция).

· Опасността:Ако е твърде груб (Ra > 0,8), долините могат да приютят бактерии, които са устойчиви на стерилизация.

· Решението на Dazao:Ние използваме центробежно барелно покритие, за да създадем не-насочено, изотропно покритие. Отговаря на строги медицински изисквания за Rz.

Хидравлика: Повърхността „убиец-на тюлени“.

При хидравличните цилиндри буталния прът трябва да е достатъчно гладък, за да се избегне износването на уплътнението. Освен това трябва да е достатъчно груб, за да побере тънък слой масло.

Sweet Spot: Ra от 0,2 до 0,4 µm е стандартен. Но по-важното е, че трябва да контролирате Rmax. Един единствен шип може да разкъса полиуретаново уплътнение под високо{4}}налягане, което води до катастрофални течове на течност.

Често срещани дефекти на повърхностното покритие и как да ги коригирате

Когато дадена част излезе от машината и не отговаря на стандарта Dazao, ние търсим тези четири Surface Killers:

1. Бъбрене (вълнистост):

· Външен вид:Периодични вълни или "тигрови ивици".

· Причина:Липса на твърдост в настройката или хармоничен резонанс.

· Решение:Променете скоростта на шпиндела (SSV - Промяна на скоростта на шпиндела) или използвайте променлива-спирална фреза.

2. Разкъсване (BUE - Built-Up Edge):

· Външен вид:Остъргана или матова повърхност, подобна-на шкурка.

· Причина:Скоростта на рязане е твърде ниска. материалът е заварен към върха на инструмента.

· Решение:Увеличете скоростта на рязане (Vc) и преминете към високо-смазващо PVD покритие.

3. Знаци за подаване:

· Външен вид:Видими резби на детайла.

· Причина:Скоростта на подаване е твърде висока спрямо радиуса на носа.

· Решение:Използвайте вложка Wiper, която има малка плоска зона на режещия ръб, за да изгладите следите от подаване.

4. Полиране:

· Външен вид:Блестяща, но размазана повърхност.

· Причина:Инструментът е тъп и по-скоро трие, отколкото реже.

· Решение:Незабавна смяна на инструмента и проверка за-работно втвърдяване на материала.

Въздействие върху околната среда на повърхностната обработка в производството

Като отговорен производител, Dazao взема предвид и устойчивостта на повърхностните спецификации. Високо{1}}прецизното довършване (шлайфане, прилепване, полиране) използва много енергия.

Освен това произвежда стружки. Стружките са фин метален прах, смесен с охлаждаща течност. Стружките се рециклират по-трудно от стандартните CNC чипове.

Нашият съвет:
Като използвате Ra 1.6 вместо Ra 0.4, където все още работи, можете да намалите въглеродния отпечатък с около 25%. Това е по-малко машинно време и по-малко отпадъци от консумативи.

3D параметри на грапавостта на повърхността (обяснение на ISO 25178)

Светът преминава от 2D (профил) към 3D (площно) измерване на повърхността. Това е стандартът ISO 25178.

Sa (Средна площна грапавост): Вместо една линия, ние измерваме квадратна площ.

Sp (Максимален пик): От съществено значение за идентифициране на "неравности" или високи петна в 3D отпечатани метални части.

Sv (Максимална долина): От съществено значение за проверка на резервоарите за смазка.

В Dazao инвестираме в интерферометрия на бялата светлина (WLI). Това ни помага да предоставим пълни 3D карти на повърхността за-критично важни части.

Заключение

Диаграмата на грапавостта на повърхността е повече от набор от числа; това е пътна карта за инженерен успех.

Вярваме, че прозрачността е ключът към успешното партньорство. Като знаете, че покритието Ra 0.8 струва повече от покритието Ra 3.2, вие проектирате по-добре. Освен това проектирате по-добре, когато знаете кога да използвате Rz вместо Ra.

Нашата мисия е да преодолеем пропастта между „Дигитален дизайн“ и „Физическа реалност“. Независимо дали имате работа с бърборене на титаниева аерокосмическа част, нашият инженерен екип може да ви помогне.

Ние също можем да ви помогнем да намалите цената на автомобилен корпус.