ความขรุขระของพื้นผิวคืออะไร?
ในการสื่อสารในโรงงาน หลายคนคุ้นเคยกับการใช้คำว่า "ผิวสำเร็จ" อย่างไรก็ตาม "การตกแต่งพื้นผิว" ถูกเสนอจากมุมมองของการมองเห็นของมนุษย์ เพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล (ISO) มาตรฐานแห่งชาติจะไม่ใช้คำว่า "พื้นผิว" อีกต่อไป ดังนั้นในการแสดงออกที่เป็นทางการและเคร่งครัด ควรใช้คำว่า "ความขรุขระของพื้นผิว"
ความขรุขระของพื้นผิวหมายถึงระยะห่างขนาดเล็กและความไม่สม่ำเสมอของยอดและหุบเขาเล็กๆ บนพื้นผิวที่ตัดเฉือน ระยะทาง (ระยะห่างของคลื่น) ระหว่างสองยอดหรือสองรางมีขนาดเล็กมาก (ต่ำกว่า 1 มม.) ซึ่งเป็นข้อผิดพลาดของรูปทรงเรขาคณิตระดับจุลภาค ยิ่งพื้นผิวมีความขรุขระน้อยเท่าใด พื้นผิวก็จะเรียบขึ้นเท่านั้น
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันหมายถึงระดับของความสูงและระยะทาง S ของยอดเขาและหุบเขาเล็กๆ โดยทั่วไปหารด้วย S:
S<1mm is the surface roughness
1 น้อยกว่าหรือเท่ากับ S น้อยกว่าหรือเท่ากับ 10 มม. คือความเป็นคลื่น
S>10 มม. เป็นรูปตัว f
รูปภาพ
02
ปัจจัยการขึ้นรูปความหยาบผิว
ความขรุขระของพื้นผิวมักเกิดจากวิธีการประมวลผลที่ใช้และปัจจัยอื่นๆ เช่น แรงเสียดทานระหว่างเครื่องมือกับพื้นผิวของชิ้นส่วนระหว่างการประมวลผล การเสียรูปพลาสติกของชั้นผิวโลหะเมื่อแยกเศษออก และการสั่นสะเทือนความถี่สูงใน ระบบกระบวนการ หลุมระบายของเครื่องจักรกลไฟฟ้า ฯลฯ เนื่องจากวิธีการประมวลผลและวัสดุชิ้นงานที่แตกต่างกัน ความลึก ความหนาแน่น รูปร่าง และพื้นผิวของร่องรอยที่เหลืออยู่บนพื้นผิวการประมวลผลจึงแตกต่างกัน
รูปภาพ
03
เกณฑ์การประเมินความหยาบผิว
1) ความยาวในการสุ่มตัวอย่าง
หน่วยความยาวของแต่ละพารามิเตอร์ ความยาวของตัวอย่างคือความยาวของเส้นอ้างอิงที่ระบุสำหรับการประเมินความหยาบของพื้นผิว ภายใต้มาตรฐาน ISO1997 โดยทั่วไปจะใช้ 0.08 มม., 0.25 มม., 0.8 มม., 2.5 มม. และ 8 มม. เป็นความยาวอ้างอิง
ค่าที่เลือกของความยาวสุ่มตัวอย่าง L และความยาวประเมิน Ln ของ Ra, Rz, Ry:
รูปภาพ
2) ระยะเวลาในการประเมิน
ประกอบด้วยความยาวอ้างอิง N ความขรุขระของพื้นผิวของแต่ละส่วนของพื้นผิวของชิ้นส่วนไม่สามารถสะท้อนพารามิเตอร์ที่แท้จริงของความหยาบบนความยาวอ้างอิงได้อย่างแท้จริง แต่จำเป็นต้องใช้ความยาวสุ่มตัวอย่าง N เพื่อประเมินความขรุขระของพื้นผิว ภายใต้มาตรฐาน ISO1997 ความยาวของการประเมินโดยทั่วไปคือ N เท่ากับ 5
3) พื้นฐาน
เส้นอ้างอิงคือเส้นกึ่งกลางของโปรไฟล์ที่ใช้ในการประเมินพารามิเตอร์ความหยาบของพื้นผิว
04
พารามิเตอร์การประเมินความหยาบของพื้นผิว
1) พารามิเตอร์ลักษณะความสูง Ra, Rz
ส่วนเบี่ยงเบนค่าเฉลี่ยเลขคณิตโปรไฟล์ Ra: ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของค่าสัมบูรณ์ของส่วนเบี่ยงเบนโปรไฟล์ภายในความยาวสุ่มตัวอย่าง (lr) ในการวัดจริง ยิ่งจำนวนจุดวัดมาก ค่า Ra ก็ยิ่งแม่นยำมากขึ้น
ความสูงสูงสุดของโปรไฟล์ Rz: ระยะห่างระหว่างเส้นสูงสุดของโปรไฟล์กับบรรทัดด้านล่างของหุบเขา
รูปภาพ
Ra เป็นที่ต้องการในช่วงพารามิเตอร์แอมพลิจูดปกติ ในมาตรฐานแห่งชาติก่อนปี 2549 มีพารามิเตอร์การประเมินอื่นคือ "ความสูงสิบจุดของความหยาบระดับไมโคร" แสดงโดย Rz และความสูงสูงสุดของเส้นขอบแสดงโดย Ry หลังจากปี 2549 มาตรฐานแห่งชาติได้ยกเลิกความสูงสิบจุดของความหยาบระดับไมโคร และใช้ Rz ระบุความสูงสูงสุดของโปรไฟล์
2) พารามิเตอร์ลักษณะระยะห่าง Rsm
Rsm ความกว้างเฉลี่ยขององค์ประกอบรูปร่าง ภายในความยาวสุ่มตัวอย่าง ค่าเฉลี่ยของระยะห่างระหว่างความผิดปกติระดับจุลภาคของโปรไฟล์ ระยะห่างระหว่างความหยาบระดับจุลภาคหมายถึงความยาวของจุดสูงสุดของโปรไฟล์และหุบเขาโปรไฟล์ที่อยู่ติดกันบนเส้นกึ่งกลาง ในกรณีที่ค่า Ra เท่ากัน ค่า Rsm ไม่จำเป็นต้องเท่ากัน ดังนั้น พื้นผิวที่สะท้อนออกมาจะแตกต่างกัน พื้นผิวที่ให้ความสนใจกับพื้นผิวมักจะให้ความสนใจกับตัวบ่งชี้ทั้งสองของ Ra และ Rsm
รูปภาพ
พารามิเตอร์คุณลักษณะรูปร่าง Rmr แสดงโดยอัตราส่วนความยาวส่วนรองรับรูปร่าง ซึ่งเป็นอัตราส่วนของความยาวส่วนรองรับรูปร่างต่อความยาวตัวอย่าง ความยาวส่วนรองรับโปรไฟล์คือผลรวมของความยาวของเส้นส่วนที่ได้จากการตัดส่วนกำหนดค่าด้วยเส้นตรงขนานกับเส้นกึ่งกลาง และระยะห่าง c จากเส้นจุดสูงสุดของส่วนกำหนดค่าภายในความยาวตัวอย่าง
05
วิธีการวัดความหยาบผิว
1) วิธีการเปรียบเทียบ
วิธีการเปรียบเทียบนั้นง่ายต่อการวัดและใช้สำหรับการวัดในสถานที่จริงในเวิร์กช็อป และมักใช้สำหรับการวัดพื้นผิวขนาดกลางหรือพื้นผิวขรุขระ วิธีการคือการเปรียบเทียบพื้นผิวที่วัดได้กับตัวอย่างความหยาบที่ทำเครื่องหมายด้วยค่าหนึ่งเพื่อกำหนดค่าของความหยาบของพื้นผิวที่วัดได้ วิธีการที่ใช้ในการเปรียบเทียบ: เมื่อ Ra > 1.6 μm ใช้การตรวจสอบด้วยสายตา เมื่อ Ra1.6~Ra0.4 μm ใช้แว่นขยาย และเมื่อ Ra < 0.4 μm ให้ใช้กล้องจุลทรรศน์เปรียบเทียบ
ในการเปรียบเทียบ วิธีการประมวลผล พื้นผิวการประมวลผล ทิศทางการประมวลผล และวัสดุของตัวอย่างจะต้องเหมือนกันกับพื้นผิวของชิ้นส่วนที่วัดได้
รูปภาพ
2) วิธีสไตลัส
สไตลัสหัวเพชรที่มีรัศมีความโค้งของปลายประมาณ 2 ไมครอนจะเลื่อนไปตามพื้นผิวที่วัดได้ช้าๆ การเลื่อนขึ้นและลงของสไตลัสหัวเพชรจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยเซ็นเซอร์วัดความยาวทางไฟฟ้า หลังจากขยายสัญญาณ กรอง และคำนวณ เครื่องมือแสดงผลจะระบุว่าพื้นผิวขรุขระ ค่าองศา เครื่องบันทึกยังสามารถใช้เพื่อบันทึกเส้นโค้งโปรไฟล์ของส่วนที่วัดได้ โดยทั่วไป เครื่องมือวัดที่สามารถแสดงค่าความหยาบของพื้นผิวเท่านั้นเรียกว่าเครื่องมือวัดความหยาบของพื้นผิว และเครื่องมือที่สามารถบันทึกเส้นโค้งโปรไฟล์พื้นผิวได้เรียกว่าเครื่องมือวัดความหยาบของพื้นผิว เครื่องมือวัดทั้งสองนี้มีวงจรคำนวณอิเล็กทรอนิกส์หรือคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถคำนวณค่าเบี่ยงเบนค่าเฉลี่ยเลขคณิต Ra ของรูปร่างโดยอัตโนมัติ ความสูงสิบจุด Rz ของความไม่สม่ำเสมอของกล้องจุลทรรศน์ ความสูงสูงสุดของ Ry ของรูปร่าง และพารามิเตอร์การประเมินอื่นๆ ด้วยค่าสูง ประสิทธิภาพการวัดและเหมาะสำหรับ ความหยาบผิวของ Ra คือ 0.025-6.3 ไมครอน
รูปภาพ
รูปภาพ
3) วิธีการแทรกแซง
ใช้หลักการของการรบกวนของคลื่นแสง (ดูผลึกแบน เทคโนโลยีการวัดความยาวด้วยเลเซอร์) เพื่อแสดงข้อผิดพลาดของรูปร่างของพื้นผิวที่วัดเป็นรูปแบบขอบการรบกวน และใช้กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูง (สูงสุด 50{ {3}} เท่า) เพื่อขยายส่วนจุลภาคของขอบสัญญาณรบกวนเหล่านี้ การวัดจะทำเพื่อให้ได้ความหยาบของพื้นผิวที่วัด เครื่องมือวัดความหยาบผิวด้วยวิธีนี้เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบสอดแทรก วิธีนี้เหมาะสำหรับการวัดความหยาบผิวด้วย Rz และ Ry ตั้งแต่ 0.025 ถึง 0.8 ไมครอน
รูปภาพ
06
ตารางเปรียบเทียบ VDI3400, Ra, Rmax
ตัวบ่งชี้ Ra มักใช้ในการผลิตจริงในประเทศ ตัวบ่งชี้ Rmax เป็นที่นิยมใช้ในญี่ปุ่น ซึ่งเทียบเท่ากับตัวบ่งชี้ Rz; มาตรฐาน VDI3400 มักใช้ในประเทศแถบยุโรปและอเมริกาเพื่อระบุความหยาบของพื้นผิว และโรงงานที่สั่งทำแม่พิมพ์ในยุโรปมักใช้ตัวบ่งชี้ VDI ตัวอย่างเช่น ลูกค้ามักจะพูดว่า "พื้นผิวของผลิตภัณฑ์นี้ผลิตตาม VDI30"
รูปภาพ
พื้นผิวของ VDI3400 มีความสัมพันธ์สอดคล้องกับมาตรฐาน Ra ที่ใช้กันทั่วไป หลายคนมักจะต้องค้นหาข้อมูลเพื่อหาค่าที่สอดคล้องกัน ตารางต่อไปนี้สมบูรณ์มากและแนะนำให้รวบรวม
ตารางเปรียบเทียบระหว่างมาตรฐาน VDI3400 และ Ra:
รูปภาพ
ตารางเปรียบเทียบ Ra และ Rmax:
รูปภาพ
07
อาการหลักของอิทธิพลของความขรุขระของพื้นผิวในชิ้นส่วน
1) ส่งผลต่อความต้านทานการสึกหรอ
ยิ่งพื้นผิวขรุขระ พื้นที่สัมผัสที่มีประสิทธิภาพระหว่างพื้นผิวผสมพันธุ์ก็ยิ่งน้อยลง แรงกดยิ่งมากขึ้น ความต้านทานแรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้น และการสึกหรอเร็วขึ้น
2) ส่งผลต่อความมั่นคงในการประสานงาน
เพื่อให้พอดีกับระยะห่าง พื้นผิวยิ่งหยาบ ยิ่งสวมใส่ง่าย เพื่อให้ช่องว่างค่อยๆ เพิ่มขึ้นในระหว่างกระบวนการทำงาน ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อ
3) ส่งผลต่อความเมื่อยล้า
มีร่องขนาดใหญ่บนพื้นผิวของชิ้นส่วนที่ขรุขระ ซึ่งเช่น รอยบากและรอยร้าวที่แหลมคม ไวต่อความเข้มข้นของความเค้นมาก จึงส่งผลต่อความล้าของชิ้นส่วน
4) ส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อน
พื้นผิวของชิ้นส่วนที่ขรุขระสามารถทำให้ก๊าซหรือของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแทรกซึมเข้าไปในชั้นในของโลหะได้อย่างง่ายดายผ่านหุบเขาขนาดเล็กบนพื้นผิว ทำให้เกิดการกัดกร่อนของพื้นผิว
5) ส่งผลต่อความรัดกุม
พื้นผิวที่ขรุขระไม่สามารถติดแน่นได้ และก๊าซหรือของเหลวจะรั่วผ่านช่องว่างระหว่างพื้นผิวสัมผัส
6) ส่งผลต่อความแข็งของการติดต่อ
ความแข็งของหน้าสัมผัสคือความสามารถของพื้นผิวรอยต่อของชิ้นส่วนในการต้านทานการเปลี่ยนรูปหน้าสัมผัสภายใต้แรงกระทำจากภายนอก ความแข็งของเครื่องจักรส่วนใหญ่กำหนดโดยความแข็งของหน้าสัมผัสระหว่างชิ้นส่วน
7) ส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด
ความขรุขระของพื้นผิวของชิ้นส่วนที่วัดได้และพื้นผิวการวัดของเครื่องมือวัดจะส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำของการวัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวัดที่มีความแม่นยำ
นอกจากนี้ ความขรุขระของพื้นผิวจะมีอิทธิพลในระดับที่แตกต่างกันไปต่อการเคลือบผิว การนำความร้อนและความต้านทานการสัมผัสของชิ้นส่วน ประสิทธิภาพการสะท้อนและการแผ่รังสี ความต้านทานต่อการไหลของของเหลวและก๊าซ และการไหลของกระแสบนพื้นผิวของตัวนำ
