Témata
Reklama

Zvyšování kvality hodnocení struktury povrchu

První část našeho dvoudílného seriálu o metrologii povrchu se týkala metodiky hodnocení povrchových charakteristik. Dnes budeme v podobném duchu pokračovat a závěrem se zamyslíme nad budoucím vývojem v této oblasti.

Velikost stykových ploch je významnou vlastností dvou kluzně spojených součástí. Při vzájemném posuvu součástí se postupně opotřebovávají vrcholky profilu povrchů a linie styku se posunuje směrem do materiálu, tzn. že se zvětšuje styková plocha. To popisují parametry nazvané materiálový poměr profilu (nosný podíl) a křivka materiálového poměru profilu (nosná křivka), které poskytují významné informace pro strojírenskou praxi.
Křivka materiálového poměru profilu povrchu, charakteristická pro jednotlivé metody dokončování, má především význam pro posuzování zatěžovaných funkčních povrchů, řešení problémů tření, mazání a opotřebení. Pro praktické využití je křivka nahrazována přímkami, potom horní část (Rpk) odpovídá výstupkům povrchu, střední část (Rk) odpovídá jádru profilu a spodní část křivky (Rvk) popisuje velikost a četnost prohlubní na povrchu.
Parametry křivky materiálového poměru profilu jsou vztaženy k funkční významnosti částí křivky.
Výška jádra profilu drsnosti Rk má největší význam pro funkční vlastnosti povrchu. Je rozhodující pro zatěžování povrchu. Malá hodnota Rk (malý sklon střední části nosné křivky) odpovídá jemným dokončovacím operacím (např. lapování). Jako zatěžovaná styková plocha se pomalu opotřebovává, tzn., že dochází k malým změnám měrného tlaku. To vše ukazuje na prakticky neměnné kontaktní (funkční) podmínky. Čím menší bude hloubka jádra, tím rovinnější bude charakter povrchu. Větší hloubce jádra odpovídá, při postupném opotřebovávání, výraznější změna měrného tlaku. Opotřebení stykových ploch v tomto případě probíhá rychleji a teprve v dolní části hloubky jádra profilu se dosahuje vyššího nosného podílu profilu povrchu.
Redukovaná výška vrcholů Rpk vyjadřuje podíl výšky vrcholů nad základním jádrem profilu, redukovaný o vliv výšek ojediněle velkých výstupků. Hodnota Rpk představuje část profilu povrchu, která se při zatížení rychle opotřebovává a je využitelná pro posuzování charakteru i rychlosti např. zabíhání kluzných i valivých ložisek. Cílem technologie výroby by mělo být dokončení funkčního povrchu s nejmenší hodnotou Rpk. Limitující mírou drsnosti povrchu pro uložení součástí s vůlí by měla být hodnota částí nosné křivky profilu Rk + Rpk.
Redukovaná výška prohlubní Rvk charakterizuje podíl rozměru prohlubní pod jádrem profilu, výpočtem redukovaný o vliv ojedinělých velkých prohlubní. Velikost Rvk může být významná, např. pro mazání kontaktních povrchů (tj. pro udržení maziva v místě styku povrchů). Například pro litinové vložky válců se ukázalo vhodné dokončení povrchu s velkými hodnotami Rvk.
Funkce povrchu je ovlivněna i polohou jádra nosné křivky, určenou materiálovým podílem horní meze Mr1 a dolní meze Mr2 jádra. Za stejných podmínek, čím menší bude vzdálenost mezi Mr1 Mr2, tím menší bude kontaktní spolehlivost povrchu při zatížení. Materiálový poměr profilu obsahuje důležitou charakteristiku povrchu, jako např. předpokládaný průběh záběhu, opotřebení i podmínek mazání.
Norma ISO 13565 uvádí dvě sady parametrů získaných z křivky materiálového poměru, určené k charakteristice povrchů, jejichž funkční vlastnosti se mění v závislosti na výšce profilu. Jedná se jednak o parametry užívané v německém automobilovém průmyslu (ISO 13565-2:1996, filtrace dle ISO 13565-1), a dále parametry navržené americkým výrobcem motorů Cummins (ISO 13565-2:1996, filtrace dle ISO 12085).
Hodnocení křivky materiálového poměru profilu povrchu umožňuje lépe posuzovat vhodnost dosažené drsnosti povrchu pro funkci nebo lépe zhodnotit změny povrchu způsobené provozem. Např. ze změny velikosti Rpk lze usuzovat na rychlost opotřebování výstupků profilu a hodnotit tak průběh zaběhávání dvojice povrchů; proces honování lze hodnotit podle změn velikosti Rk v závislosti na době honování apod.
I když materiálový poměr profilu simuluje postup opotřebení, nelze jej zaměňovat za výsledky provozních testů, a to z těchto důvodů:
  • materiálový poměr je stanoven z délek stykových povrchů, tedy ne z dotykové plochy?
  • parametr je určen z relativně krátké dráhy a zanedbává vliv vlnitosti a tvaru povrchu?
  • na celkovém opotřebení stykových ploch se většinou žádná z nich nepodílí stejným způsobem.
  • Hodnotu materiálového poměru lze využít i pro stanovení polohy linie odpovídající určité velikosti nosného podílu. Např. pro provozní aplikaci bude mezní hodnota materiálového podílu 60 %. K tomu lze určit maximální výšku opotřebení z původního profilu povrchu.
    Na okraj lze konstatovat, že v souvislosti s určováním Rz z profilu povrchu nebo počtu výstupků na základní délce vyvstává otázka, co tvoří výstupek a prohlubeň. Zpravidla je výstupek tvořen profilem povrchu, který dvakrát protne střední čáru. Na profilu se ovšem objevují i menší místní výstupky, které nedosahují střední čáry. Příčinou vzniku těchto menších nerovností je nestabilita řezného nástroje, nečistoty a chvění při řezání. Všeobecně se předpokládá, že na začátku provozního využití povrchu tyto místní výstupky zmizí (vyhladí se) dříve, než stačí výrazněji ovlivnit funkci povrchu.
    Průměrný kvadratický sklon posuzovaného profilu R?q je tvarovým parametrem hodnocení struktury povrchu a představuje kvadratický průměr sklonu pořadnic dZ/dX v rozsahu základní délky. Průměrný sklon profilu je úhel, který svírá se směrem střední čáry. Hodnota parametru, stejně jako velikost místního sklonu, kriticky závisí na rozteči pořadnice ?x. Příkladem využití parametru je měření rozvinuté (skutečné) délky profilu, což je délka přímky, která vznikne "vyrovnáním" všech výstupků a prohlubní profilu. Vyšší hodnota parametru (průměrný sklon je strmější) představuje větší skutečnou délku profilu v porovnání s nominální velikostí. Parametr může být užitečným vodítkem při posuzování možností nanášení nátěrů nebo povlaků na povrch.
    Průměrný sklon profilu může pomoci při posuzování funkčních vlastností povrchu, např. kontaktní vlastnosti - kdy parametr může být vztažen k tvrdosti nebo pružnosti povrchu a může charakterizovat jeho odolnost proti otlačení, či optické vlastnosti - kdy při malé hodnotě R?q má povrch dobré reflexní vlastnosti a naopak. Poněvadž průměrný sklon profilu závisí na amplitudě a rozteči nerovností, lze tento parametr označit za hybridní.
    Přínos některých těchto méně užívaných parametrů, např. funkce hustoty pravděpodobnosti souřadnic, není jen v rozšíření popisu vlastností povrchu, ale i v možnosti hodnocení změn struktury povrchu v průběhu provozu v případech, kdy hodnoty klasických parametrů drsnosti (Ra, Rz) zůstávají beze změn, ačkoliv se změní počet a tvar nerovností povrchu, což ovlivní (někdy výrazně) jeho funkční vlastnosti.
    Reklama
    Reklama
    Reklama

    Jak dále v hodnocení struktury povrchu?

    Kvantifikované hodnocení struktury povrchu je složitý problém, poněvadž vlastnosti povrchu jsou ovlivněny různými metodami jejich dokončení a současně působícími vlivy způsobů a podmínek jejich funkce. Pro hodnocení struktury povrchu současné standardy ISO doporučují 57 různých parametrů 2D, připravuje se nová norma se 14 parametry 3D, současně národní a podnikové předpisy obsahují řadu dalších parametrů a charakteristik. Přitom řada stávajících hodnoticích parametrů popisuje více či méně stejné vlastnosti povrchu. Ukazuje se nutnost snížení počtu parametrů nebo příprava směrnice s jednoznačným doporučením pro výběr vhodné metody hodnocení v praxi. Analytický přístup k hodnocení parametrů umožní jejich klasifikaci podle významu, např. amplitudové parametry apod., a stanovení jejich vzájemných vztahů. Že řešení nebude jednoduché, lze ukázat např. na všeobecně uznávaném vztahu mezi RaRq. Analýzy jejich vzájemného vztahu jsou komplikovány tím, že u některých typů povrchů je korelace větší, u jiných menší (např. u některých parametrů náhodných povrchů je korelace větší, kdežto u periodického profilu povrchu se ukáží zcela jiné vztahy). Na řešení uvedených problémů začala pracovat skupina CIRP STC "S", která má připravit návrh skupiny parametrů umožňujících hodnocení struktury povrchu ve vztahu k jeho funkčním vlastnostem. Cílem práce má být vytvoření experimentálně ověřené databáze, která by byla využitelná k výběru vhodných parametrů pro hodnocení dané funkce nebo k nalezení aplikační oblasti pro daný parametr struktury povrchu.
    Výzkum v oblasti měření a hodnocení struktury povrchu (oblast GPS - Geometrical Product Specification) je v současné době zaměřen na řešení následujících hlavních úkolů:
  • na základě analýzy všech používaných parametrů a metod hodnocení struktury povrchu snížit počet hodnoticích parametrů;
  • zpracovat podklady k výběru vhodné metody kvantifikované kontroly struktury povrchu pro průmyslovou praxi;
  • ověřovat navržené metody kontroly povrchu a jejich přesnost s cílem jednoznačně zajistit splnění geometrických požadavků na výrobky;
  • vývoj prostředků k analýze a řešení funkčních problémů struktury povrchu.
  • Charakterizovat vlastnosti povrchu ve vztahu k jeho funkci není jednoduché, zejména proto, že se vesměs jedná o více navzájem propojených vlastností tvořících komplex, např. vlastnosti třecí, těsnicí, adhezní, optické apod. Přitom většina používaných "funkčních" parametrů se vztahuje jen k některým jednotlivým funkcím, např. nosným vlastnostem stykových ploch, udržení maziva na povrchu apod.
    Při výpočtu parametrů statistickým způsobem se často jednotlivé vlastnosti charakteristiky povrchu potlačují nebo úplně ztrácejí. Např. povrch s danou nosnou křivkou se bude chovat různě v závislosti na tvaru a vzájemné poloze jednotlivých výstupků a prohlubní. Zatímco spojování výstupků bude rozhodující pro kvalitu styku povrchů, spojování prohlubní ovlivní mazání a bude rozhodující pro těsnění ploch.
    Ing. Zdeněk Novák
    Reklama
    Vydání #12
    Kód článku: 41213
    Datum: 15. 12. 2004
    Rubrika: Inovace / Metrologie
    Autor:
    Firmy
    Související články
    3D analýzy a filtrace profilu povrchu

    Kvalitativní rozvoj měřicích a zejména vyhodnocovacích metod pro posuzování kvality textury povrchu urychlil praktickou aplikovatelnost dokonalejší prostorové charakteristiky jeho profilu. Komplexnější popis vlastností povrchu je přínosný nejen pro jeho detailnější poznání, ale především rozšířením poznatků o vztahu stavu povrchu k jeho funkčnímu chování.

    Výškové parametry textury povrchu

    Článek formuluje návrh změny názvosloví výškových parametrů textury povrchu uvedených v normě ČSN EN ISO 25178-2. Návrh vychází z analogie termínů profilových parametrů definovaných v ČSN EN ISO 4287. Jeho cílem je ulehčit zavádění nových 3D parametrů textury povrchu do praxe podniků.

    Kam oko nedohlédne…

    Inspekční kamery a boroskopy jsou určeny pro zkoumání obtížně přístupných míst. Široké uplatnění najdou v automobilovém a opravárenském průmyslu, stavebnictví nebo při kontrole potrubí a vedení. Tedy vždy, když potřebujeme nahlédnout do skrytých míst. Inspekční kamery využívají také složky záchranného integrovaného systému, speciální jednotky a silové složky.

    Související články
    Letošní veletrh Formnext slibuje hojnou účast

    Formnext, přední světový veletrh aditivní výroby a průmyslové produkce nové generace, slaví úspěšný start do nového veletržního roku – navzdory poněkud utlumené ekonomické situaci v Německu a globálním politickým výzvám se do konce února přihlásilo již přibližně 574 společností z 35 různých zemí.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Plzeňské setkání strojařů

    Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

    Průmysl 4.0 v praxi

    Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

    MSV ve znamení měření a seřizování

    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 špičkových měřicích a seřizovacích přístrojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Karla Suchny, jednatele společnosti Zoller Czech.

    Kvalita v automobilovém průmyslu

    Co znamená, když se řekne kvalita v automobilovém průmyslu? Proč se na ni tolik dbá zrovna v tomto oboru? To byly otázky, na něž odpovědi zazněly z úst odborníků v rámci webináře Kvalita v automobilovém průmyslu. Ten uspořádala 9. listopadu Česká společnost pro jakost.

    Využití neuronových sítí v optické kontrole

    Většina moderních výrobních firem aktivně řeší, jak během výrobního procesu dosáhnout co nejvyšší kvality, za co nejnižší náklady. Přesto může dojít k chybě a vyráběný produkt není v požadované kvalitě. Důvodů může být mnoho, od špatného vstupního materiálu, přes poruchu některého ze strojů, či chyby operátora.

    Indukční průtokoměry MIM: další vývoj

    S indukčním průtokoměrem model MIM jsme vás seznámili již v minulosti. Jedná se o jedinečný přístroj ve své kategorii. Jak se lidově říká, tento přístroj nabízí „za málo peněz hodně muziky“.

    Automatické rovnání součástek

    Při výrobě zejména rotačních součástek s větším poměrem L/D dochází běžně k jejich prohnutí, a to bez ohledu na to, jestli mají hřídelový, nebo trubkový tvar. Pokud vznikne prohnutí při poslední operaci, je jedinou možností nápravy rovnání. To se ale často zařazuje i před konečné broušení.

    Průtokoměr s oválnými koly

    Potřeba měřit viskózní látky v průmyslu je velká. Společnost Kobold Messring pro tyto aplikace vyvinula průtokoměr s oválnými koly, model DON.

    Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

    Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

    Laserová i optická řešení a mnohem více

    Pravidelné podzimní dny otevřených dveří uspořádala pro své současné i potenciální zákazníky koncem září společnost Lascam systems. Po tři dny mohli zájemci o laserové technologie navštěvovat showroom dceřiné společnosti Elya Solutions v Horních Počernicích, kde bylo v provozu více než sedm různých aplikací dceřiných i zastupujících společností. Jednotlivá stanoviště prezentovala široké portfolio aplikací a služeb, jež integrátorská společnost Lascam nabízí.

    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