Výškové parametry textury povrchu

V normě ČSN EN ISO 25178-2 je definováno celkem sedm výškových parametrů textury povrchu. Jejich české názvy byly vytvořeny překladem z evropské normy EN ISO 25178-2:2012. V následujících částech článku jsou uvedeny navržené změny v názvosloví jednotlivých parametrů, které vznikly na základě analogie názvů profilových parametrů. V další části je pro názornost uveden příklad hodnocení textury dvou vybraných povrchů pomocí těchto výškových parametrů.

Výškové parametry jsou skupinou parametrů textury povrchu, které představují statistické charakteristiky výšky z (x,y) posuzované plochy [4], [6]. V tabulce 1 je uveden přehled nových názvů výškových parametrů.

Tab. 1. Navrhované názvy výškových parametrů

Konkrétně autoři navrhují zavedení jednotlivých pojmů s následujícím zdůvodněním

(v závorce je uvedeno číslo příslušného článku normy ČSN EN ISO 25178-2 [3]):
1. Průměrná aritmetická výška posuzované plochy Sa místo termínu „aritmetický průměr výšky omezené stupnice povrchu“ (čl. 4.1.7). Navržený termín je jazykově odvozen od termínu „průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu Ra“ (ČSN EN ISO 4287, čl. 4.2.1).

2. Průměrná kvadratická výška posuzované plochy Sq místo termínu „základ průměrné výšky čtvercem omezené stupnice povrchu“ (čl. 4.1.1) na základě analogie s parametrem „průměrná kvadratická úchylka posuzovaného profilu Rq“ (ČSN EN ISO 4287, čl. 4.2.2).

3. Šikmost posuzované plochy Ssk místo termínu šikmost omezené stupnice povrchu (čl. 4.1.2) podle analogie s pojmem „šikmost posuzovaného profilu Rsk“ (ČSN EN ISO 4287, čl. 4.2.3).

4. Špičatost posuzované plochy Sku místo termínu „špičatost omezené stupnice povrchu“ (čl. 4.1.3) podle analogie s názvem „špičatost posuzovaného profilu Rku“ (ČSN EN ISO 4287, čl. 4.2.4).

5. Maximální výška vrcholu posuzované plochy Sp místo termínu „maximální výška piku omezené stupnice povrchu“ (čl. 4.1.4) podle analogie s pojmem „největší výška výstupku profilu Rp (ČSN EN ISO 4287, čl. 4.1.1). Pojem „pik“ je nahrazen pojmem „vrchol“. Anglický termín „peak“ je u profilové metody překládán jako výstupek, například v normě ČSN EN ISO

v čl. 3.2.10, 4.1.1 atd. V našem návrhu chceme jazykově odlišit pojem „výstupek“ (2D termín) od 3D pojmu „vrchol“ (obr. 1).

6. Maximální hloubka dna posuzované plochy Sv místo „maximální hloubka prohlubně omezené stupnice povrchu“ (čl. 4.1.5) jako analogie s termínem „největší hloubka prohlubně profilu“ (ČSN EN ISO 4287, čl. 4.1.2). Anglický termín „pit“ je zde vyjádřen termínem „dno“ (3D pojem) ve snaze jej odlišit od 2D pojmu „prohlubeň“, blíže viz obr. 1.

7. Maximální výška posuzované plochy Sz (obr. 1) je navržena místo termínu „maximální výška omezené stupnice povrchu“ (čl. 4.1.6) na základě analogie s pojmem „největší výška profilu Rz“ (ČSN EN ISO 4287, čl. 4.1.3).

Pomocí přístroje Talysurf CCI Lite (obr. 2) byla provedena pro účely demonstrace výškových parametrů textury 3D analýza povrchu dvou vybraných vzorků.

Na následujícím obr. 3 jsou znázorněny 3D modely použitých vzorků. Prvním je soustružený vzorek s periodickým profilem a druhým je lapovaný vzorek s neperiodickým profilem povrchu. Oba vzorky byly nasnímány pomocí objektivu Mirau se zvětšením 10x.

Obr. 3. Vzorky pro demonstraci výškových parametrů, vlevo periodický, vpravo nepriodický povrch.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

První vzorek s periodickým povrchem (dále jen soustružený vzorek), jehož charakteristický profil ve směru osy X je znázorněn na obr. 4, představuje typický povrch s vysokými hroty, které výrazně vyčnívají nad střední rovinou.

Druhý vzorek s neperiodickým povrchem (dále jen lapovaný vzorek), kterého charakteristický profil ve směru osy X je znázorněn na obr. 5, představuje typický lapovaný povrch s relativně kvalitní kontaktní plochou bez výrazných výstupků s určitým počtem relativně hlubokých prohlubní.

V následující tabulce 2 jsou uvedeny hodnoty výškových parametrů textury povrchu obou vzorků.

Na základě doposud uvedeného můžeme prohlásit, že pro zpřesnění výškových charakteristik posuzovaného povrchu nutně potřebujeme v technické praxi další druhy výškových parametrů.

Šikmost posuzované plochy Ssk představuje míru symetrie hodnot výšky z (x,y) od střední roviny. Kladné znaménko indikuje převahu výšek vrchů nad hloubkami údolí. Záporné znaménko ukazuje na přítomnost výrazných údolí. Na základě obr. 4 vidíme, že soustružený vzorek má výrazně vyšší vrcholy než dna a tomu i odpovídá kladná vyšší hodnota šikmosti (Ssk 1,23). Naproti tomu lapovaný povrch (obr. 5) má minimální hodnotu vrcholů, ale převažují výrazná dna, a proto má šikmost zápornou hodnotu (Ssk –0,69).

Špičatost posuzované plochy Sku představuje specifickou míru srovnávající stupeň koncentrace hodnot výškových souřadnic bodů povrchu prostřední velikosti se stupněm „nahuštěnosti“ ostatních hodnot. Protože u obou vzorků je větší stupeň koncentrace prostředních hodnot výškových souřadnic ve srovnání s četností všech ostatních hodnot, jsou hodnoty špičatosti vyšší než hodnota 3,00. Vztah pro výpočet špičatosti posuzované plochy používá čtvrtý centrální moment výšky posuzované plochy, a proto není schopen rozlišit vrchy od údolí. Soustružený vzorek má výrazné vrcholy a lapovaný vzorek má výrazná dna, proto jsou hodnoty špičatosti obou vzorků řádově shodné – konkrétně pro soustružený vzorek je Sku 4,20 a pro lapovaný je Sku 5,21.

Poslední tři parametry Sp, Sv a Sz (obr. 1) jsou parametry, jejichž hodnoty specifikují absolutně nejvyšší a nejnižší body textury zkoumaného povrchu (v normě ČSN EN ISO 25178-2 [3] nejsou definovány pomocí vztahů, proto je zde uvádíme). Hodnota Sp je vzdálenost v mikrometrech mezi nejvyšším vrcholem povrchu a střední rovinou – vztah (1), kde zp(x,y) je výšková souřadnice vrcholu posuzované plochy. Obdobně hodnota Sv představuje vzdálenost v mikrometrech mezi nejhlubším bodem (dnem) posuzované plochy a střední rovinou – vztah (2), kde zv (x,y) je výšková souřadnice dna posuzované plochy. Maximální výška posuzované plochy Sz je vzdálenost mezi nejvyšším vrcholem a nejhlubším dnem – viz vztah (3).

(2)
(3)

Význam těchto tří výškových parametrů je obecně doplňkový a uplatní se pravděpodobně především u specifických výrobků (například optické prvky přístrojů, kontakty měřidel, etalony drsnosti atd.). Vždy si musíme uvědomit, že tyto parametry charakterizují hodnoty konkrétních dvou bodů na povrchu. V našem případě všechny tři parametry jednoznačně potvrzují odlišnost zvolených vzorků.

U soustruženého vzorku má nejvyšší vrchol výšku 8,96 µm a u lapovaného vzorku jen 0,75 µm, což je více než 12krát menší hodnota. Naopak maximální hloubka dna obou vzorků je řádově srovnatelná – u soustruženého vzorku je Sv přibližně 5,75 µm, u lapovaného vzorku je Sv přibližně 2,529 0 µm. Uvedeným hodnotám parametrů Sp a Sv odpovídají rovněž příslušné hodnoty maximální výšky posuzované plochy Sz (u soustruženého povrchu Sz přibližně 14,71 µm a u lapovaného Sz přibližně 3,28 µm).

Sledování, hodnocení a využívání drsnosti povrchu pro zvyšování kvality, a tedy i efektivnosti průmyslových výrobků je jedním ze základních úkolů současného rozvoje strojírenské výroby [1]. Výškové parametry textury povrchu, které představují charakteristiky výšky posuzované plochy, jsou definovány v normě ČSN EN ISO 25178-2. Jejich české názvy se postupně zavádějí do praxe podniků, úřadů, firem a organizací. Navržené zjednodušené názvosloví jednotlivých parametrů vzniklo na základě využití analogie názvů profilových parametrů definovaných v ČSN EN ISO 4287.

Autoři věří, že uvedený článek vyvolá diskusi, která by měla přispět k postupnému úspěšnému zavedení plošných parametrů textury povrchu do praxe.
Použitá literatura

[1] BUMBÁLEK, B., ODVODY, V. a OŠTÁDAL B. Drsnost povrchu. Praha: SNTL, 1989.

[2] ČSN EN ISO 4287. Geometrické požadavky na výrobky (GPS) – Struktura povrchu: Profilová metoda – Termíny, definice a parametry struktury povrchu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 1999.

[3] ČSN EN ISO 25178-2. Geometrické specifikace produktu (GPS) – Textura povrchu: Plocha – Část 2: Termíny, definice a parametry textury povrchu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2012.

[4] De CHIFFRE, L. et al. Quantitative Characterisationof Surface Texture. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 2000. Vol. 49, No. 2, s. 635–651.

[5] WHITEHOUSE, D. J. Surface metrology. Measurement Science and Technology. 1997-09-01, vol. 8, issue 9, s. 955–972.

[6] WHITEHOUSE, D. J. Handbook of Surface Metrology. Leicester: Rank Taylor Hobson Ltd, 1994.

[7] PÍŠKA, M., METELKOVÁ, J. On the comparison of contact and non-contact evaluations of a machined surface. MM Science Journal. Vol. 7, (2014), No. 6, s. 1–5.

Doc. Ing. Róbert Jankových, CSc.
Prof. Ing. Bohumil Bumbálek, CSc.

jankovych@fme.vutbr.cz