Overflatefinhet

/

Overflatefinhet er et bredt tema og krav til dette omhandler tilvirkningsmetoder, sluttprosesser, definisjoner og toleranser.

Ved design og produksjon spiller overflatefinhet en betydelig rolle for funksjonen og levetiden til komponenter og maskiner.

Det er f.eks viktig at deler som skal være i kontakt med hverandre, og spesielt dersom de skal gli eller på andre måter være i bevegelse under kontakt, har fin overflate for å sikre så lav friksjon som mulig.

Kulelagerdelen til høyre har krav til fin overflate for å sikre korrekt og god funksjon og vi kan se forskjellen mellom grovforming (øverst) og presisjonssliping og polering (nederst).

Økt glans og refleksjon kommer av at fine overflater er mer uniform i hvor de kaster lyset, i motsetning til grove overflater som kan spre lyset i flere retningen som får det til å se mer diffust ut.

Definisjonen av en overflates natur er tredelt:

  1. Legge (Bearbeidingsretning)
  2. Ruhet
  3. Bølgethet

En annen måte å se dette på er at bølgethet er makro-overflate og ruhet er mikro-overflate.

En fjerde faktor som kan påvirke overflater er enkelte feil, hakk, hull, groper eller riper. Dette regnes vanligvis ikke som en del av den totale overflatefinheten, men har allikevel stor betydning og kan ha utslag for funksjonen.

Mange ulike overflater er ønskelig basert på komponentens funksjon og som i eksempelet over er det svært viktig at bærende overflater i bevegelse, som i kulelagere, har en fin overflate for lav friksjon og lav slitasje. Andre funksjoner som krever ulike overflater:

  • Termisk konduksjon - Krever maksimal kontakt mellom to overflater. Dette fører til speilblanke og rette overflater.
  • Dekorasjon - Varierer veldig mellom ønsket utseende, men krever ofte spesifikke og uniforme legger og sluttprosesser.
  • Adhesjon - Krever maskimal kontakt mellom overflate og substans som lim eller maling, derav grov, men uniform overflate.
  • Friksjon - Dersom stor friksjon ønskes kreves det grove overflater med høye topper og lav kontaktoverflate.
  • Forsegling - Krever fin overflate og lav bølgethet for å oppnå maksimal kontakt mellom de forseglende overflatene, samt lav slitasje.

 

Legge

Legge er en måte å definere topografien av en overflate og hvordan den er arrangert, sett vinkelrett ned på overflaten. Praktisk sett er det retningen på bølgeprofilen som følge av produksjonsmetoden brukt.

poor_finish-n.jpg

Over er et eksempel på ulike typer legge, vertikal (A) og sirkulær (B). Denne typen legge er normalt for dreiing.

Til venstre er et eksempel på en overflate som er bearbeidet med fresing, mest sannsynlig en planfres, og viser en blanding av sirkulær og krysset legge. Øverst på bildet er et skille mellom de to passeringene som vil bidra til at det totale legget blir horisontale striper med kryssede sirkler. Dette kan føre til en ujevn oveflate.

Legge kan også beskrives selv om vi ikke kan se mønsteret eller det ikke er videre tydelig, men det fortsetter å representere i stor grad tilvirkningsmetoden og hvordan verktøyet har bearbeidet materialet.

Kompliserte legger kan gjøre det vanskelig å bestemme finheten til en overflate ettersom overflatefinhet i stor grad er en visuell og taktil sammenligning mellom overflaten og forhåndsdefinerte overflatetolker, ofte kalt en My som i den greske bokstaven µ for 'mikro', og kan se slik ut:

 

Ruhet & Bølgethet

Ruhet måles vanligvis i Ra (Roughness Average) som er den gjennomsnittlige høydeforskjellen mellom mikroskopiske daler og topper i overflaten. Ra måles i mikrometer (µm) eller mikrotommer (µin / µ"). Dette kan også kalles AA eller CLA som står for Arithmetic Average og Center Line Average respektivt.

Som sagt så kan ruhet og bølgethet sees på som to størrelser av samme mål, kun i ulik skala, men der er ikke nødvendigvis slik.         Ruhet sammenlignes ofte med sandpapir, der finere sandpapir føles gjevnere men sandpapiret trenger ikke å være plant, det kan bukte seg og ha bølger men fremdeles ha en fin overflate. De to definisjonene brukes ofte sammen for å definere en profil av en overflate men de har ulike enheter og bruk. Det kommer ann på testlengden av målingen, men de brukes sammen for å definere den gjennomsnittlige ruheten over en gitt testlengde.

Det er mange verdier å ta hensyn til når det kommer til måling og kvantifisering av overflatefinhet og om hvordan dette skal måles strides de lærde:

Det hovedsaklig to enheter, Ra og RMS (Root Mean Square) som er en annen måte å kalkulere ruhet på, men bruker de samme målingene og rådataene.

  • Ra (Roughness average) - Mest vanlig enhet, gjennomsnitt
  • Rz / Rmax (Roughness total) - Totale høyden mellom høyeste topp og laveste dal innen en testlengde
  • Rp (Roughness peak) - Høyeste topp
  • Rv (Roughness valley) - Laveste dal

Ra og Rz og andre benevnelser kan brukes individuelt og hvilken som brukes er mye opp til industristandarden som kan variere mellom industrier. Selve matematikken bak alt dette er noe utenfor hva jeg har behov eller ønske om å gå i dybden av, men Ra kalkuleres hovedsaklig slik:

Man velger en linje som skal representere den teoretiske fysiske størrelsen til delen og regner ut medianen fra den. Noen måter å regne dette på snur også dalene rundt slik:

Ruheten kan også oppgis som et ISO N-nummer fra N1 til N12 der N1 er finest.

Denne måten å måle ruhet på, den mest normale, er ikke nødvendigvis det på grunn av at det er den beste måten, men det kommer mer fra gammelt av, men den er helt kurant.

Noen problemer som Ra og lignende måter å oppgi ruhet på er at det er vanskelig å skille mellom topografier som er toppdominert eller daldominert og andre rare former.

Bølgethet brukes så vidt jeg fortstår ikke innen ISO standardene lenger.

For å måle dette finnes det mange forskjellige apparater, en portabel en kan se slik ut:

Normale overflatefinheter man kan forvente av ulike bearbeidingsmetoder:

Toleransesetting av overflatefinhet beskrives med en 60° V med et langt bein, på den overflaten toleransen gjelder:

En åpen V uten horisontal strek betyr ingenting alene. Dersom materiale må fjernes markeres dette ved å lukke V-en med en strek slik at det blir en trekant. Dersom dette ikke er tillat og flaten enten ikke skal gjøres noe med eller overflaten bare kan forbedres ved tilleggingsprosesser markeres dette med en sirkel inne i V-en.

Dersom en spesifikk produksjonsmetode kreves markeres dette med en lengre horisontal strek på punkt b.

Over er de parametriske symbolene for bearbeidingsretning for punkt d.

Symbolet settes på flaten eller dimensjonen som gjør at den representerer korrekt flate i forhold til projiseringsplanet.