Шероховатость поверхности: определение, характеристики (ровность, шероховатость, волнистость) и влияние на трение и износ. Изотропные и анизотропные текстуры.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Небольшие локальные отклонения поверхности от идеально ровной поверхности.
Small, local deviations of a surface from a perfectly flat ideal
Поверхностная отделка, также известная как текстура поверхности или топография поверхности, характеризует природу поверхности посредством трех основных характеристик: направления, шероховатости и волнистости. Она включает в себя небольшие локальные отклонения поверхности от идеально ровной поверхности (истинной плоскости). Текстура поверхности – один из важных факторов, определяющих трение и образование переходного слоя при скольжении. Значительные усилия направлены на изучение влияния текстуры поверхности на трение и износ в условиях скольжения. Текстуры поверхности могут быть изотропными или анизотропными. В зависимости от текстуры поверхности, при скольжении иногда наблюдается явление рывкового скольжения. Каждый технологический процесс (например, различные виды механической обработки) формирует текстуру поверхности. Процесс обычно оптимизируется для обеспечения пригодности полученной текстуры. При необходимости добавляется дополнительный процесс для модификации исходной текстуры. Этот процесс может включать шлифование (абразивную обработку), полировку, притирку, абразивоструйную обработку, хонингование, электроэрозионную обработку (EDM), фрезерование, литографию, промышленное травление/химическое фрезерование, лазерную текстурирование или другие методы.
Surface finish, also known as surface texture or surface topography, is the nature of a surface as defined by the three characteristics of lay, surface roughness, and waviness. It comprises the small, local deviations of a surface from the perfectly flat ideal (a true plane). Surface texture is one of the important factors that control friction and transfer layer formation during sliding. Considerable efforts have been made to study the influence of surface texture on friction and wear during sliding conditions. Surface textures can be isotropic or anisotropic. Sometimes, stick slip friction phenomena can be observed during sliding, depending on surface texture. Each manufacturing process (such as the many kinds of machining) produces a surface texture. The process is usually optimized to ensure that the resulting texture is usable. If necessary, an additional process will be added to modify the initial texture. The latter process may be grinding (abrasive cutting), polishing, lapping, abrasive blasting, honing, electrical discharge machining (EDM), milling, lithography, industrial etching/chemical milling, laser texturing, or other processes.
Положись .
Направление узора – это направление преобладающего рисунка поверхности, обычно определяемое способом производства. Этот термин также используется для обозначения направления скрутки волокон и прядей веревки.
Lay is the direction of the predominant surface pattern, ordinarily determined by the production method used. The term is also used to denote the winding direction of fibers and strands of a rope.
Грубость поверхности
Шероховатость поверхности, обычно сокращаемая до шероховатости, является мерой суммарной неровности поверхности. Многие факторы влияют на качество обработки поверхности в процессе производства. В процессах формования, таких как литье или штамповка, шероховатость инструмента определяет шероховатость детали. При механической обработке взаимодействие режущих кромок и микроструктура обрабатываемого материала вносят вклад в окончательное качество поверхности. В общем случае, стоимость изготовления поверхности возрастает по мере улучшения качества поверхности. Любой производственный процесс обычно достаточно оптимизирован, чтобы гарантировать, что полученная текстура пригодна для предполагаемого применения детали. При необходимости добавляется дополнительный процесс для модификации исходной текстуры. Затраты на этот дополнительный процесс должны быть оправданы добавлением ценности каким-либо образом – главным образом, улучшением функциональности или увеличением срока службы. Детали, находящиеся в скользящем контакте друг с другом, могут работать лучше или служить дольше при меньшей шероховатости. Эстетическое улучшение может добавить ценность, если оно повышает товарность продукта. Приведем практический пример. Производитель самолетов заключает контракт с поставщиком на изготовление деталей. Для детали указана определенная марка стали, поскольку она достаточно прочна и тверда для выполнения функции детали. Сталь поддается обработке, хотя и не является легкообрабатываемой. Поставщик решает фрезеровать детали. Фрезерование может достичь указанной шероховатости (например, ≤ 3,2 мкм), если фрезеровщик использует высококачественные сменные пластины в конце фрезы и заменяет их после каждых 20 деталей (вместо того, чтобы резать сотни деталей перед заменой пластин). Нет необходимости добавлять вторую операцию (такую как шлифование или полирование) после фрезерования, если фрезерование выполнено достаточно хорошо (правильные пластины, достаточно частая замена пластин и чистая охлаждающая жидкость). Пластины и охлаждающая жидкость стоят денег, но затраты на шлифование или полирование (больше времени и дополнительных материалов) будут еще выше. Отказ от второй операции приводит к снижению себестоимости единицы продукции и, следовательно, к снижению цены. Конкуренция между поставщиками повышает значимость таких деталей от незначительной до критической. Безусловно, детали можно было бы изготовить немного менее эффективным способом (в две операции) за немного более высокую цену; но контракт может получить только один поставщик, поэтому небольшая разница в эффективности, усиленная конкуренцией, превращается в огромную разницу между процветанием и банкротством компаний. Подобно тому, как различные производственные процессы производят детали с различными допусками, они также способны создавать поверхности с различной шероховатостью. Как правило, эти две характеристики связаны: производственные процессы, обеспечивающие высокую точность размеров, создают поверхности с низкой шероховатостью. Другими словами, если процесс может производить детали с узкими допусками по размерам, детали не будут сильно шероховатыми. Ввиду абстрактности параметров шероховатости поверхности, инженеры обычно используют инструмент, содержащий образцы поверхностей с различной шероховатостью, полученные с использованием различных методов производства.
Surface roughness, commonly shortened to roughness, is a measure of the total spaced surface irregularities. Many factors contribute to the surface finish in manufacturing. In forming processes, such as molding or metal forming, surface finish of the die determines the surface finish of the workpiece. In machining, the interaction of the cutting edges and the microstructure of the material being cut both contribute to the final surface finish. In general, the cost of manufacturing a surface increases as the surface finish improves. Any given manufacturing process is usually optimized enough to ensure that the resulting texture is usable for the part's intended application. If necessary, an additional process will be added to modify the initial texture. The expense of this additional process must be justified by adding value in some way—principally better function or longer lifespan. Parts that have sliding contact with others may work better or last longer if the roughness is lower. Aesthetic improvement may add value if it improves the saleability of the product. A practical example is as follows. An aircraft maker contracts with a vendor to make parts. A certain grade of steel is specified for the part because it is strong enough and hard enough for the part's function. The steel is machinable although not free machining. The vendor decides to mill the parts. The milling can achieve the specified roughness (for example, ≤ 3.2 μm) as long as the machinist uses premium quality inserts in the end mill and replaces the inserts after every 20 parts (as opposed to cutting hundreds before changing the inserts). There is no need to add a second operation (such as grinding or polishing) after the milling as long as the milling is done well enough (correct inserts, frequent enough insert changes, and clean coolant). The inserts and coolant cost money, but the costs that grinding or polishing would incur (more time and additional materials) would cost even more than that. Obviating the second operation results in a lower unit cost and thus a lower price. The competition between vendors elevates such details from minor to crucial importance. It was certainly possible to make the parts in a slightly less efficient way (two operations) for a slightly higher price; but only one vendor can get the contract, so the slight difference in efficiency is magnified by competition into the great difference between the prospering and shuttering of firms. Just as different manufacturing processes produce parts at various tolerances, they are also capable of different roughnesses. Generally, these two characteristics are linked: manufacturing processes that are dimensionally precise create surfaces with low roughness. In other words, if a process can manufacture parts to a narrow dimensional tolerance, the parts will not be very rough. Due to the abstractness of surface finish parameters, engineers usually use a tool that has a variety of surface roughnesses created using different manufacturing methods.