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
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:
Související články
Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

Související články
MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

Digitalizace: klíč k úspěchu

Již od roku 1919 zkoumá, vyvíjí a vyrábí zabezpečovací techniku společnost EVVA - rodinná firma se sídlem ve Vídni. To, že se nyní, přibližně o 100 let později, stala průkopníkem propojené výroby, je zásluhou její jasné strategie s důrazem na digitalizaci. Důležitým milníkem nové výrobní filozofie společnosti EVVA je soustružnické a frézovací centrum Hyperturn 65 Powermill v kombinaci se síťovým řídicím rozhraním Emconnect. S flexibilním výrobním systémem od společnosti Emco lze nyní kompletně automatizovat obrábění mosazných dílů v kusové výrobě i výrobě středních sérií.

MSV ve znamení obrábění

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i výrobci vynikajících obráběcích strojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Petra Odehnala z obchodního oddělení společnosti Pilart stroje.

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