Témata
Reklama

Komplexní hodnocení jakosti povrchu

Význam stavu povrchů ve strojírenské praxi je znám již mnoho let. Z tohoto důvodu vznikly pro jejich popis, snímání a hodnocení obecně platná pravidla a metodiky, které se promítly do příslušných norem s obecně známými parametry drsnosti povrchu (Ra, Rz apod.). Pohled na drsnost bývá ovšem ve většině těchto případů pouze profilový - v jedné řezové rovině -, což způsobuje nemožnost objektivního podchycení všech jeho vlastností ve všech směrech (tj. v ploše). Proto vznikají způsoby komplexnějšího snímání - převážně optického v podobě 3D skenů -, ke kterým je nutné odpovídajícím přístupem vytvořit další parametry a metodiky pro jejich objektivní hodnocení.

Charakterizovat povrch pomocí profilových parametrů drsnosti se jeví v mnoha praktických příkladech jako nepřesné, jak je znázorněno na obr. 1 a 2. Pro názornost je jedno měření prováděno tzv. přes vrub (obr. 1) a druhé přes místo relativně bez vrubu (obr. 2). Nejen místo a směr měření povrchové profilové drsnosti, ale nakonec i rozdíl ve výsledných hodnotách parametrů drsnosti podněcuje ke změně přístupu a tvorbě nových metodik přesnějšího hodnocení povrchů.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Měření profilové drsnosti v místě „bez vrubu“: Ra = 333,62 nm, Rq = 437,42 nm, Rz = 2,8408 µm
Obr. 2. Měření profilové drsnosti v místě „s vrubem“: Ra = 1,0689 µm, Rq = 2,0907 µm, Rz = 8,2572 µm

Význam komplexního hodnocení topografie povrchu v praxi

Proto komplexní hodnocení topografie povrchu spočívá především ve snaze kvantitativního porovnání a hodnocení funkčních vlastností povrchu nebo soustavy povrchů, které jsou v jednotlivých aplikacích zvlášť požadovány(např. těsnost, nízká hlučnost, frikce, otěruvzdornost, vzhled, adheze, antivibrace apod.). K tomuto je však nutné nalézt příslušný parametr nebo parametry drsnosti, které s dostatečnou vypovídající hodnotou prokážou danou funkcionalitu povrchu.

Možnosti snímání a hodnocení povrchů s přístrojem od firmy Alicona

Přístroj Alicona umožňuje zachytit topografii povrchu včetně její skutečné barevné informace. Hlavní předností přístroje je integrované měření tvaru a drsnosti jak ve 2D, tak i ve 3D, čímž je skloubena funkcionalita několika podobných měřicích zařízení. Výstupem z měření jsou přehledné a názorné protokoly.

Obr. 3. 3D optický mikroskop Alicona Infinite Focus
Obr. 4. Nasnímaný broušený válcový povrch

Pro jednotlivá měření je zapotřebí nasnímaná data (hrubý profil) prostřednictvím příslušného softwaru upravit. První kroky úprav spočívají v prvotním oddělení tvaru a primárního profilu. Následuje zpracování – filtrování primárního profilu, přičemž se od sebe oddělí průběh vlnitosti povrchu (velké vlnové délky) a průběh samotné drsnosti povrchu (krátké vlnové délky). Vyhodnocování jednotlivých parametrů profilové a plošné drsnosti je možné na základě parametrů uvedených v odkazech na konci tohoto článku (doplňujících obr. 7 a 8). Bližší vysvětlení jednotlivých pojmů je možné najít například na webu Michigan Metrology (odkaz tamtéž).

Praktický příklad měření a hodnocení povrchu ve firmě Hofmeister

Úkolem v konkrétním příkladu bylo analyzování válcového broušeného povrchu charakterizovaného velkým množstvím pórů na povrchu (obr. 4) a současně referenčního válcového povrchu s cílem stanovit příslušné parametry drsnosti pro jejich kvantitativní hodnocení a porovnání. Oba válcové funkční povrchy jsou v provozu kromě jiného vystaveny vysokému namáhání v podobě hydrostatického tlaku. K měření a vyhodnocení stavu povrchů byl použit přístroj od firmy Alicona.
Při pohledu na zkoumaný povrch na obr. 4 lze vypozorovat, že obsahuje poměrně vysoký podíl defektů ve formě vytrhaných částeček povrchu či dalších nehomogenit. V některých případech jsou vidět jednotlivé mikrotrhliny či jejich sítě. Z tohoto stavu povrchu je možné vysledovat dva výrazné typy defektů, resp. vrubů, které jsou znázorněny na obr. 5 a 6.

Obr. 5. Charakteristika defektu s ostrým přechodem na hranici (max. hloubka defektu 11 μm)
Obr. 6. Charakteristika defektu s hladkým přechodem na hranici (max. hloubka defektu 24 μm)

Defekt s ostrým přechodem je náchylnější k dalšímu zvětšování, neboť obsahuje koncentrátory napětí v podobě ostrých přechodů na hranicích, které mají při soustavném zatěžování (např. i hydrostatickým tlakem) za následek vznik mikrotrhlin a jejich šíření, a to až do okamžiku opětovného oddělení částečky povrchu. Tím vzniká buď nový defekt, nebo stávající defekt mění svoji velikost. Na obr. 5 je možné vypozorovat poměrně hustou síť mikrotrhlin, které jsou pro výsledné vlastnosti povrchu nežádoucí.

Naopak druhý charakter defektu (obr. 6) s ohledem na hladší hraniční přechod bude mít sklon k šíření menší. Zvýšení tohoto sklonu je však zvyšováno jeho velikostí, tvarem a především hloubkou, která umožní vyšší působení hydrostatického tlaku.

Vyhodnocení provedeného měření

Pro porovnání jednotlivých povrchů a komplexnější hodnocení (obr. 7 a 8) byla provedena srovnatelná měření na obou válcových površích. Z naměřených hodnot je patrný jejich vzájemný rozdíl, který ukazuje potenciál pro případné zlepšení jakosti zkoumaného broušeného povrchu. Z měření plošné drsnosti je patrno, že šířka pásu rýh pod jádrem drsnosti (Svk – analogie Rvk) je až 10x větší u zkoumaného broušeného povrchu, než je tomu u referenčního povrchu. Dále šířka samotného jádra je až 4x menší než Svk, což znamená, že vady povrchu patrné na obr. 8 rozšiřují toto pásmo Svk.

U referenčního povrchu je tomu naopak. Pásmo Svk je zde dokonce 2x menší než šířka samotného jádra Sk. Tento fakt potvrzuje i zkoumání maximálních hloubek defektů na referenčním povrchu, které zde byly naměřeny do 5 μm, zatímco v případě zkoumaného broušeného povrchu se hloubky defektů blížily až ke 30 μm. Z tohoto vyplývá několikanásobně lepší jakost a homogenita referenčního povrchu. Podobně by bylo možné najít další rozdíly v dalších parametrech plošné drsnosti.

Závěr

Hodnocení jakosti povrchu funkčních ploch přes parametr Ra se do budoucna ukazuje jako nedostatečné. Komplexnější hodnocení povrchu lze realizovat s využitím parametrů tzv. plošné drsnosti. K tomu je zapotřebí příslušné měřicí zařízení, jako je zmíněný přístroj od firmy Alicona. V případě praktického příkladu je nutné zaměřit se zvláště na parametry Svk (průměrná výška vrcholů nad jádrem drsnosti) a Vvv (objem prázdného místa pod jádrem drsnosti), které se bezprostředně týkají jednotlivých vrubů (pórů, vytrhaných částic) na povrchu a které je nutné do budoucna zabezpečit co nejnižší. Společně s tím může souviset snížení hloubky pórů na povrchu do 10 μm. Pomocí zmíněných parametrů plošné drsnosti je možné objektivněji a ve větším rozsahu hodnotit topografii povrchu.

-pk-

Obr. 7. Referenční povrch (3 x 0,5 mm) s vyhodnocením parametrů plošné drsnosti: Svk = 498,81 nm (průměrná výška vrcholů nad jádrem drsnosti), Vvv = 0,054312 ml.m-2 (objem prázdného místa pod jádrem drsnosti)

Pro ukázky dalších měřených parametrů klikněte na odkazy hodnoty 1hodnoty 2

Obr. 8. Broušený povrch (3 x 0,5 mm) s vyhodnocením parametrů plošné drsnosti: Svk = 5,44 µm, Vvv = 0,36 ml.m

-2.

Pro ukázky dalších měřených parametrů klikněte na odkazy hodnoty 1hodnoty 2

www.hofmeister.eu
www.michmet.com
www.alicona.at

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 140519
Datum: 13. 05. 2014
Rubrika: Výroba / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Kontrola rotačních součástek v sériové výrobě

Hřídelové a kotoučové součástky patří k nejrozšířenějším ve strojírenství. S nástupem elektromobility jejich podíl zřejmě ještě poroste. Sériová výroba běžně pracuje v sekundovém taktu, a stejně tak rychlá musí být nově i kontrolní technika. Stoprocentní kontrola se již stává samozřejmostí.

Plováčkové průtokoměry na olej

Výrobou přístrojů pro polní instrumentaci se dlouhodobě a úspěšně zabývá celosvětově působící společnost Kobold Messring. Do jejího hlavního programu patří průtokoměry, teploměry, hladinoměry a tlakoměry.

Jak dokonale měřit průtok

Pro měření průtoků v průmyslových závodech nebo pro testování složení protékající tekutiny dnes existuje řada snímačů průtoku a průtokoměrů, které lze použít v nejrůznějších pracovních prostředích. Mnohé z nich pocházejí z dílny společnosti Kobold Messring GmbH.

Související články
Optický CMM skener

Firma Creaform letos v dubnu představila nový model 3D skeneru MetraScan 3D, který díky svým inovacím a parametrům nastavuje nový standard v oblasti metrologie a laserového 3D skenování.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Střípky ze svátku metrologie

Ještě před letošním svátkem metrologů, jenž se slaví 20. května, se konala tradiční metrologická událost světového rozsahu – veletrh Control v německém Stuttgartu.

Expimer - expresní zařízení pro rychlé stanovení materiálových vlastností

Expimer, prezentovaná instrumentovaná měřicí soustava pro stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou, může být alternativním způsobem, jak rychle definovat materiálové vlastnosti. Celý proces spočívá v tom, že na základě parametrů získaných v průběhu makroprocesu automatizovaného vtlačovaní indentoru kulového tvaru (ABI) do povrchu materiálu bez porušení konstrukce, lze rychle zjistit požadované materiálové vlastnosti. Tato metoda je jedinečná vzhledem k jednoduchosti, rychlosti vyhodnocení, manipulovatelnosti a užitečnosti pro stanovení mechanických vlastnosti materiálů během jejich vývoje, výroby a zejména v pracovních podmínkách provozu.

Multisenzorová souhra - měřicí stroje s pevným portálem

Po mnoho let se souřadnicové měřicí stroje společnosti Werth Messtechnik GmbH osvědčují při měření s více snímači umístěnými na dvou nezávislých osách. Nebezpečí kolize mezi snímačem a obrobkem se tak podstatně sníží, protože senzory, které nejsou používány, jsou zasunuty.

Měření a korekce chyb obráběcího stroje ve výrobním procesu

Vlivem kolísání teplot ztrácejí obráběcí stroje svoji přesnost. Již rozdíl několika málo stupňů vede k nedodržení požadovaných výrobních tolerancí. Pro zvládnutí tepelné roztažnosti částí stroje se dosud používají nákladná klimatizační zařízení. Fraunhofer Institut – IPT jde nyní jinou cestou: nová měřicí technika zjišťuje deformaci stroje a koriguje chyby přímo během jeho práce.

Měřicí technika na Control 2015

Letošního stuttgartského mezinárodního veletrhu Control 2015, zaměřeného na problematiku kvality, se účastnilo na 917 vystavovatelů. Jejich setkání s návštěvníky dokumentovalo novinkami a inovovanými technologiemi současnou úroveň dané oblasti, ale bylo inspirativní také pro další rozvoj oboru.

Sondy pod lupou

Pro koupi jakéhokoliv produktu platí jednoduché pravidlo: Hledáme produkt s nejlepším poměrem výkon/cena. Zatímco srovnání cen je triviální matematickou záležitostí, porovnat výkon produktu, respektive jeho přidanou hodnotu, bývá někdy složité.

Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

Měření v rámci celého výrobního řetězce

Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit