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Die Oberfläche ist ein wichtiger Aspekt bearbeiteter Teile. Die Oberflächenbeschaffenheit hat einen erheblichen Einfluss auf die Haltbarkeit und Leistung eines Produkts. Daher ist es wichtig, die Oberflächenrauheit und ihre Rolle zu verstehen.
Was ist Oberflächenbeschaffenheit/Oberflächenrauheit?
Die Beschaffenheit einer Oberfläche wird als Oberflächenbeschaffenheit oder Oberflächentopographie bezeichnet. Sie bezieht sich auf die geringfügigen lokalen Abweichungen einer Oberfläche von einer vollkommen flachen Oberfläche (einer tatsächlichen Ebene).
Der Begriff „Oberflächenbeschaffenheit“ bezeichnet üblicherweise den Grad der Politur oder Texturierung der Oberfläche eines Teils oder einer Komponente. Einer der Oberflächenbeschaffenheitsparameter ist die Oberflächenrauheit. Diese Parameter quantifizieren die Oberflächenbeschaffenheitsmerkmale, um den Herstellungsprozess zu regulieren oder das Verhalten einer Komponente im Gebrauch vorherzusagen.
Oberflächengüteparameter
Oberflächengüteparameter werden auch als OberflächentexturparameterSie werden in drei Merkmale unterteilt: Rauheit, Welligkeit und Lage. Die Rauheit besteht in der Regel aus kleineren Unregelmäßigkeiten, während die Welligkeit aus größeren Wellen besteht. Die Lage bezieht sich auf die Richtung der vorherrschenden Maserung oder Textur auf der Oberfläche.
Bedeutung der Oberflächenrauheit in der technischen Fertigung
Hier sind einige wichtige Gründe für die Bedeutung der Oberflächenrauheit in verschiedenen Herstellungsprozessen.
• Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche können als Keimzellen für Risse oder Korrosion dienen. Daher ist die Rauheit ein starker Indikator für die zukünftige Leistung eines mechanischen Bauteils. Einige Anwendungen können auch erforderlich sein, um die Haftung kosmetischer Oberflächenbeschichtungen wie Lackierungen zu verbessern. Pulverbeschichtungoder Plattieren.
Ingenieure müssen die Oberflächenkontrolle aufrechterhalten, um für jedes Produkt konsistente und zuverlässige Produktionsverfahren zu entwickeln. Bei unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten kann die Oberflächenmessung ein entscheidender Faktor für die Kontrolle des Herstellungsprozesses sein, indem sie ihn überwacht, um sicherzustellen, dass er innerhalb bestimmter Parameter liegt, wenn präzise Oberflächenbearbeitung erforderlich ist. Der Ausfall eines konstruierten Bauteils beginnt häufig an der Oberfläche, entweder aufgrund eines einzelnen Fertigungsfehlers oder einer allmählichen Verschlechterung der Oberflächenqualität.
Die Oberflächenveredelung kann die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche optimieren und verbessern. Sie erhöht die Verschleißfestigkeit des Produkts, reduziert die Reibung und ist entscheidend für die Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit. Sie verleiht den Produkten zudem eine besondere Optik. Darüber hinaus verbessert sie die Haftung von Farben und Beschichtungen. Daher sind Veredelungsverfahren die bevorzugte Methode, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit auf verschiedenen bearbeiteten und gefertigten Produkten zu erzielen.
5 Faktoren, die die Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen
Wenn die Oberflächen zweier Objekte in Kontakt kommen, hat die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit einen erheblichen Einfluss auf deren Funktion und Lebensdauer. Folgende Faktoren beeinflussen die Oberflächenbeschaffenheit:
Temperatur
Das Volumen wird durch die Temperatur beeinflusst. Bei steigender Temperatur dehnen sich Metalle aus, während sich Polymere verformen können. Daher kann die Oberflächenbeschaffenheit eines Bauteils durch die Temperatur des zu schneidenden Materials beeinflusst werden. Temperaturen, die über dem für den Schneidprozess optimalen Material liegen, führen häufig zu unebenen Oberflächen und erhöhter Oberflächenrauheit, insbesondere bei der Verwendung mechanischer Verfahren.
Schneidtechniken
Metallklingen werden traditionell in Schneidgeräten und -maschinen verwendet. Laser und Hochdruckwasser hingegen haben sich zu beliebten Alternativen zu herkömmlichen mechanischen Schneidverfahren entwickelt. Die neuen Technologien erzielen insgesamt bessere Ergebnisse, darunter glatte Oberflächen. Laserschneiden bietet gegenüber herkömmlichen Schneidtechnologien zahlreiche Vorteile, wie höhere Schnittpräzision und weniger raue Oberflächen. Wasserstrahlschneider bieten Vorteile wie eine leistungsstärkere Oberflächenbearbeitung bei Kleinteilen.
Materialabtragsrate und Vorschub
Das Zeitspanvolumen (MFR) ist die pro Zeiteinheit abgetragene Materialmenge. Es gibt an, wie lange es dauert, eine bestimmte Materialmenge von einem Werkstück abzutragen. Der Vorschub ist definiert als die Distanz, die das Werkzeug pro durchlaufenem Werkzeugpunkt pro Zeiteinheit entlang oder in das Werkstück zurücklegt. Beide Aspekte beeinflussen die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit.
Schneidinstrumente
Die Oberflächenbeschaffenheit eines Bauteils wird durch die Art und Qualität der zum Schneiden verwendeten Maschinen bestimmt. Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Tiefe lassen sich an Schneidemaschinen verändern. Diese Variablen werden je nach Materialart und Bauteilgröße angepasst, um eine zu raue Oberfläche zu vermeiden.
Schnitttiefe und Schnittgeschwindigkeit
Senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche gibt die Schnitttiefe das Eindringen der Werkzeugschneide in das Werkstückmaterial bei jedem Durchgang an. Die Schnittgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich die Werkzeugschneide in einer bestimmten Zeit über die Werkstückoberfläche bewegt. Bei zu hoher Schnittgeschwindigkeit kann das Werkzeug aufgrund übermäßiger Hitzeentwicklung stumpf werden. Eine höhere Schnittgeschwindigkeit verlängert die Bearbeitungszeit und verringert die Produktivität.
Wie misst man die Oberflächenrauheit?
Die Oberflächenrauheit ist ein Maß für die Anzahl der Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche. Der Ra-Parameter stellt den arithmetischen Durchschnitt aller gemessenen Oberflächenhöhen einer bestimmten Fläche dar. Wie bereits erwähnt, werden sie in drei Merkmale unterteilt: Rauheit, Welligkeit und Form. Diese Faktoren können die Oberflächeneigenschaften beeinflussen.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Oberflächenrauheit zu messen. Die wichtigsten Messverfahren sind Direktmessung, Vergleichsmessung, berührungslose Messung und In-Prozess-Messung.
• Direkte Methoden Bewerten Sie die Oberflächenbeschaffenheit, indem Sie einen Stift senkrecht zur Oberfläche entlangführen. Eine weitere Methode zur Bewertung der Oberflächenrauheit magnetischer Materialien ist die Induktivität. Bei dieser Methode misst ein Induktivitätsaufnehmer mithilfe elektromagnetischer Strahlung den Abstand zur Prüfoberfläche. Dieser Test liefert einen Parameterwert, der zum Vergleich der Rauheitsgrade verwendet werden kann.
• VergleichstechnikenFür Vergleichsverfahren werden Oberflächenrauheitsproben verwendet, die mit derselben Ausrüstung, demselben Verfahren und demselben Material wie die zu bewertende Oberfläche hergestellt wurden. Visuelle und taktile Sinne vergleichen eine Probe mit bekannter Oberflächenrauheit. Aufgrund der subjektiven Natur des Prozesses eignet sich diese Technik am besten für nichtkritische Anwendungen.
• Anstatt einen Stift bei Kontaktmethoden zu verwenden, berührungslose Methoden Verwenden Sie Schall oder Licht. Optische Instrumente werden in zahlreiche Kategorien unterteilt, darunter konfokale und Weißlichtinterferenz-Instrumente. Sie unterscheiden sich durch das zugrunde liegende Prinzip. Auch Elektronenmikroskopietechniken werden eingesetzt, die verwendeten Geräte sind jedoch aufgrund ihrer kleinen Sichtfelder eingeschränkt.
• In-Prozess-Methoden ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung der Oberfläche während der Bearbeitung oder anderer Prozesse und liefern dem Bediener wertvolles Feedback. Darüber hinaus liefern In-Process-Methoden möglicherweise genauere Ergebnisse als andere Methoden, da sie die Oberfläche unter Bedingungen messen, die der tatsächlichen Anwendung näher kommen.
Darüber hinaus wird Schall zur Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit genutzt. Bei der Ultraschallstreuung wird ein Ultraschallimpuls auf die Oberfläche gesendet. Die Ultraschallwellen werden im Prüfgerät transformiert und reflektiert. Anschließend werden anhand der reflektierten Wellen die Oberflächenrauheitseigenschaften berechnet.
Auch die Oberflächenrauheit lässt sich mit Licht messen. Dazu wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche gerichtet und die Intensität des reflektierten Lichts gemessen. Je rauer die Oberfläche, desto stärker wird das Licht gestreut und desto geringer ist die Intensität des reflektierten Lichts.
Arten von Geräten zur Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit
Zahlreiche Methoden nutzen unterschiedliche Geräte zur Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit oder rauer Oberflächen. Nachfolgend sind einige der Geräte aufgeführt:
Profiling-Technik
Die Oberfläche wird mit einem hochauflösenden Messtaster vermessen. Die Messempfindlichkeit entspricht dabei eher der einer Grammophonnadel. Ein CNC-Messtaster ist möglicherweise nicht effektiv.
Mikroskopietechnik
Bei diesen qualitativen Ansätzen liegt der Schwerpunkt auf dem Vergleichen und Gegenüberstellen zweier verschiedener Dinge. Die Ergebnisse liefern nützliche Informationen zu den Spitzen und Tälern auf verschiedenen Oberflächen.
Flächentechnik
Diese Methoden messen eine begrenzte Oberfläche. Sie liefern einen statistischen Durchschnitt der Oberflächenspitzen und -tiefen. Beispiele hierfür sind Ultraschallstreuung, Kapazitätssonden, optische Streuung und andere. Flächenbasierte Ansätze sind einfacher zu automatisieren und umzusetzen.
Oberflächenrauheitssymbole verstehen: Von RA bis RZ
Die korrekte Messung der Rauheit ist in technischen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, da Oberflächen aus Qualitätsgründen innerhalb der gewünschten Rauheitsgrenzen liegen müssen. Statistische, Intensitätswert- und Texturdeskriptoren können zur Bewertung der Oberflächenbeschaffenheit verwendet werden.
Ra (durchschnittliche Oberflächenrauheit)
Die am häufigsten verwendete Kennzahl zur Beurteilung der Oberflächengüte ist Ra (arithmetische Mittenabweichung), die die durchschnittliche Oberflächenrauheit eines Teils misst. Ra quantifiziert die Abweichung einer Rauheitskurve von der Mittellinie. Darüber hinaus wird das Ra-Oberflächengütediagramm häufig für absolute Werte bei der Beschreibung, Messung und Reproduktion der Oberflächentopologie verwendet. Es weist jedoch erhebliche Mängel auf, die zusätzliche Faktoren nützlich machen.
Rmax (vertikaler Abstand vom Gipfel zum tiefsten Tal)
Grate und Kratzer sind die häufigsten Ursachen für diese Rauheitseigenschaft. Die Ra-Oberflächengütetabelle kann dies jedoch nicht eindeutig wiedergeben. Rmax hingegen reagiert äußerst empfindlich auf diese Unregelmäßigkeiten.
Rz (maximale Durchschnittshöhe des Profils)
Rz misst typischerweise die maximale Durchschnittshöhe einer Oberflächentrajektorie. Dieser Parameter wird durch die Durchschnittswerte der fünf größten Abweichungen zwischen den höchsten Gipfeln und den tiefsten Tälern im gesamten Gebiet bestimmt. Der Ra-Parameter kann in manchen Extremen unberücksichtigt bleiben, was zu ungenauen oder unpräzisen Messungen führt. Rz kann helfen, einige dieser Fehler zu beseitigen.
Mittelliniendurchschnitt (CLA)
Der Mittelliniendurchschnitt ist definiert als die arithmetische Mittelhöhe von Spitzen und Tälern, die ein Profilometer oder optisches Interferometer bei der Messung der Oberflächenrauheit ermittelt. Er gilt als die am besten geeignete Methode zur Messung der Oberflächenrauheit.
Ra vs. RMS
Wie Sie wissen, werden in der Oberflächengütebearbeitung verschiedene Abkürzungen verwendet, darunter Ra, Rsk, Rq, Rku, Rz, RMS usw. Diese Einheiten dienen zur Messung der Oberflächengüte. Mikrometer oder sogar Mikrozoll sind die gängigsten Einheiten. Je kleiner die Zahl, desto feiner die Oberflächengüte. Die folgende Oberflächenrauheitstabelle vergleicht die beiden Skalen Ra und RMS für Fertigungsprozesse.
| Ungefähre Umrechnungstabelle für Oberflächenrauheit | ||||
| Nummern der Rauheitsgrade | Amerikanisches System | Metrisches System | ||
| Ra (µin) | Effektivwert (µin) | Ra(µm) | Effektivwert (µm) | |
| N12 | 2000 | 2200 | 50 | 55 |
| N11 | 1000 | 1100 | 25 | 27.5 |
| N10 | 500 | 550 | 12.5 | 13.75 |
| N9 | 250 | 275 | 8.3 | 9.13 |
| N8 | 125 | 137.5 | 3.2 | 3.52 |
| N7 | 63 | 69.3 | 1.6 | 1.76 |
| N6 | 32 | 35.2 | 0.8 | 0.88 |
| N5 | 16 | 17.6 | 0.4 | 0.44 |
| N4 | 8 | 8.8 | 0.2 | 0.22 |
| N3 | 4 | 4.4 | 0.1 | 0.11 |
| N2 | 2 | 2.2 | 0.05 | 0.055 |
| N1 | 1 | 1.1 | 0.025 | 0.035 |
Wie wählt man die geeignete Oberflächenrauheit für die CNC-Bearbeitung aus?
CNC-Bearbeitung ist ein präzises Fertigungsverfahren, mit dem Teile mit Toleranzen von bis zu 0.025 mm hergestellt werden können. Bearbeitungsprozesse können jedoch Schnittspuren auf der Oberfläche des Endprodukts hinterlassen. Die Oberflächenrauheit eines Teils nach der Bearbeitung ist selten zufällig.
Stattdessen werden Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass eine bestimmte Rauheit erreicht wird. Dies bedeutet, dass die Rauheitswerte der Oberfläche vorgegeben sind. Spezifische Ra-Werte gelten als Industriestandard in der Fertigung, wie in ISO 4287 festgelegt.
Bei der CNC-Bearbeitung sind dies die Werte, die angegeben werden können. Sie werden in verschiedenen Fertigungs- und Nachbearbeitungsverfahren verwendet und reichen von 25 µm bis 0.025 µm. Je niedriger der Ra-Wert, desto mehr Bearbeitungsaufwand/-schritte sind erforderlich und somit eine Qualitätskontrolle erforderlich.
Nachfolgend sind einige der Ra-Werte aufgeführt:
3.2 μm Ra
Dies ist die typische Oberflächenbehandlung für gewerbliche Maschinen. Sie ist für die meisten Verbraucherteile und glatten Oberflächen geeignet; es sind jedoch Schnittspuren sichtbar.
1.6 μm Ra
Bei dieser Option sind Schnittspuren in der Regel nur geringfügig sichtbar. Dieser Ra-Wert eignet sich für langsam bewegte und leicht belastete Oberflächen und wird für enge Passungen und beanspruchte Teile empfohlen.
0.8 μm Ra
Diese hochwertige Oberflächenbearbeitung erfordert eine sorgfältige Detailarbeit, die den Aufwand erhöht. Sie ist bei Teilen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, unerlässlich.
0.4 μm Ra
Eine Oberflächenrauheit dieses Grades erfordert den größten Arbeitsaufwand und sollte nur dann gewählt werden, wenn höchste Glätte oberste Priorität hat. Sie ist ideal für Bereiche, die hoher Spannung oder Beanspruchung ausgesetzt sind.
Fazit
Oberflächengüte bezeichnet den Prozess, bei dem die gewünschte Oberflächenrauheit auf einem gefertigten Teil erzeugt wird. Sie ist das Ergebnis der verwendeten Fertigungsprozesse und kann einen großen Einfluss auf Funktion, Ästhetik und Haltbarkeit des Endprodukts haben.
Das Erreichen einer präzisen Oberflächenrauheit ist jedoch nicht einfach und kann kostspielig sein. Hier finden Sie ein professionelles Finishing-Team, das Sie bei dieser Herausforderung unterstützt. Als Komplettanbieter für die Bearbeitung bearbeitet WayKen Ihr Projekt nach strengen Standards der Oberflächengüte und bietet Ihnen eine kostengünstige Lösung.
FAQ
Was sind die Einheiten von Ra?
Die Einheiten für Ra sind Mikrometer und Mikrozoll.
Was ist eine 125-Oberflächenbeschaffenheit?
Ein 125-Finish entspricht 0.000125 Millionstel Zoll.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen Ra und Oberflächenglätte?
Je niedriger der Ra-Wert, desto glatter ist die Oberfläche und umgekehrt.
Was bedeutet RMS 63?
RMS 63 zeigt an, dass die Oberfläche glatter ist und ein besseres Finish aufweist.
