Почему [[L1]]успешное измерение шероховатости [[/L1]] по Ra может не отражать всей картины

Успешное измерение параметра Ra воспринимается как зеленый свет. На чертеже указано Ra 1,6, прибор показывает 1,4, и деталь отправляется дальше. Затем начинает течь уплотнение, подшипник перегревается, или клиент замечает царапины при свете цеховой лампы. Как получается, что деталь, прошедшая контроль, выходит из строя? Ответ кроется в том, что именно одиночное число может и не может описать, а также в том, что следует проверить, когда этого числа оказывается недостаточно.

Основные выводы

• Ra — это среднее значение, поэтому успешный результат измерения не обязательно выявляет отдельные заусенцы, царапины, раковины или другие локальные дефекты.
• Если деталь соответствует требованиям по Ra, но все же выходит из строя, причиной обычно является то, что скрывает среднее значение, например дефекты кромок, направление царапин, шаг неровностей, дробление, пористость, волнистость или форма профиля поверхности.
• Параметр Ra следует оценивать в контексте назначения детали, допусков и технологического процесса, при этом меньшее значение не всегда автоматически означает лучшее.
• Небольшая последовательность проверок, включающая визуальный осмотр, измерения в нескольких точках и оценку площади подозрительных участков, позволяет обнаружить большинство дефектов, пропускаемых при единичном измерении.
• Соотнесите глубину контроля с риском отказа, поскольку кронштейн и гидравлический шток не требуют одинакового плана проверки.

Что подтверждает и чего не подтверждает успешное измерение Ra

Измерение Ra сводит поверхность к одному числу — среднему арифметическому абсолютных значений отклонений профиля от средней линии на базовой длине, выраженному в микрометрах или микродюймах. Его быстро проводить, легко сравнивать, и оно понятно практически каждому в цехе, поэтому оно и фигурирует на стольких чертежах.

Успешный результат действительно говорит о многом. Общая текстура укладывается в диапазон, заданный конструктором, техпроцесс, вероятно, стабилен, а инструмент не имеет сильного износа. Для деталей, не работающих на трение или уплотнение, этого может быть вполне достаточно. Отслеживаемые во времени показания шероховатости Ra также помогают сравнивать партии и выявлять медленный износ до того, как он превратится в брак.

Чего такое измерение сделать не может, так это описать форму поверхности или наличие каких-либо локальных дефектов. Прибор сканирует короткую линию, поэтому царапина в полудюйме от нее может остаться незамеченной. Даже если линия пересекает дефект, среднее значение может сгладить его, поскольку одна глубокая риска на в остальном гладкой поверхности добавляет к результату очень мало. Кроме того, две разные поверхности могут иметь одинаковое значение Ra, выглядя при этом совершенно по-разному: например, с тонкой однородной текстурой у одной и плоским плато с несколькими острыми пиками у другой. Ra также не показывает расположение элементов. Одинаковое значение может быть получено как от равномерно распределенных пиков, так и от пиков, сгруппированных в одной зоне, причем сгруппированные пики могут концентрировать нагрузку на сопрягаемой поверхности. Более подробно о том, почему среднее значение скрывает форму и как ее меняют ареальные измерения , читайте в нашем сравнении шероховатости поверхности Ra с ее трехмерными аналогами, а также в обзоре того, что шероховатость поверхности говорит о детали.

Когда деталь проходит контроль по Ra, но все же выходит из строя

Вернемся к протекающему уплотнению. Когда деталь успешно проходит контроль, а затем выходит из строя в процессе эксплуатации или у клиента, наиболее продуктивным действием будет движение от симптома к причине. Предел шероховатости Ra ничего не говорит о кромках, направлении, шаге или локальных дефектах. В таблице ниже приведены распространенные симптомы, проблемы текстуры, которые часто стоят за ними, и то, что следует проверить в первую очередь. Это отправная точка, а не диагноз, поскольку назначение детали и материал имеют значение.

Утечка в уплотнении или по уплотняемой поверхности

Вероятная причина текстуры

Заусенец, забоина или царапина, пересекающие линию уплотнения; редко расположенные элементы или ярко выраженная направленность текстуры, создающие непрерывные каналы для утечки

Что проверить

Осмотрите кромку и уплотняемую поверхность под увеличением; проверьте направление царапин; оцените шаг элементов (RSm), а не только Ra

Шум или вибрация в шлифованной вращающейся или контактирующей детали

Вероятная причина текстуры

Периодическая волнистость (огранка) от шлифования или вибрации, которую фильтр шероховатости удаляет

Что проверить

Оцените волнистость или форму на большей длине; сравните тихие и шумные детали

Подшипник или скользящая поверхность перегреваются или преждевременно изнашиваются

Вероятная причина текстуры

Острые пики на плато; поверхность слишком шероховатая или слишком гладкая для удержания смазки

Что проверить

Изучите форму профиля, а не только Ra; сравните с функциональными требованиями

Коррозия или поверхностная ржащина на деталях, соответствующих требованиям по Ra

Вероятная причина текстуры

Глубокие впадины, способные удерживать воду после промывки, технологические жидкости или загрязнения

Что проверить

Посмотрите на глубину и распределение впадин (например, Sv или Svk), а не только на среднее значение

Претензии клиента из-за видимых следов

Вероятная причина текстуры

Царапины, дробление или следы инструмента, которые практически не влияют на среднее значение

Что проверить

Осмотрите при ярком направленном свете; сравните с согласованным стандартом внешнего вида

Проблемы с адгезией покрытия или краски

Вероятная причина текстуры

Текстура слишком мелкодисперсная или неоднородная для данного покрытия

Что проверить

Проверьте шероховатость в нескольких точках и процесс предварительной обработки

Деталь проходит контроль на одном предприятии и не проходит на другом

Вероятная причина текстуры

Различное расположение точек измерения, направление или настройки фильтра

Что проверить

Согласуйте методику измерений между предприятиями

Некоторые из этих причин встречаются достаточно часто, чтобы рассмотреть их подробнее.

Заусенцы и дефекты кромок

Кромки и уплотняемые поверхности — это места, где небольшой дефект наносит наибольший ущерб. Крошечный заусенец на уплотняющей кромке может вызвать утечку, в то время как соседняя плоская поверхность будет иметь показатели строго в пределах нормы. Поскольку щуп или оптическая линия обычно сканируют плоскую поверхность, а не кромку, заусенец часто вообще не попадает в расчет. Вам следует напрямую тщательно осматривать кромки и сопрягаемые участки.

Направление царапин, направление текстуры (lay) и шаговые параметры

После проверки кромок следующим шагом следует проверить направление. Царапина, идущая вдоль направления уплотнения, может не причинить большого вреда, тогда как царапина, пересекающая его, способна создать путь для утечки. Именно поэтому для некоторых уплотняемых поверхностей регламентируется не только шероховатость, но и направление текстуры, а измерение Ra не может показать, в каком направлении идет царапина.

Шаг также имеет значение. Поверхность с низким значением Ra, но с редко расположенными элементами может казаться гладкой, оставляя при этом непрерывные каналы для прохода газа или жидкости, в то время как чуть более шероховатая поверхность с часто расположенными элементами может уплотнять лучше. Вот почему RSm (средний шаг неровностей профиля) часто проверяют наряду с Ra на уплотняемых поверхностях. Наше руководство по пространственным параметрам шероховатости объясняет, как работают шаговые параметры.

Волнистость и то, что удаляет фильтр шероховатости

Одни из самых неприятных отказов происходят из-за особенностей, которые Ra изначально не предназначался выявлять. Ra рассчитывается после того, как фильтр удаляет длинноволновую составляющую профиля, известную как волнистость. Это сделано намеренно, поскольку шероховатость и волнистость имеют разные причины возникновения. Но это означает, что деталь может обладать волнистостью, критичной с функциональной точки зрения (например, периодической огранкой от шлифования или вибрацией с периодом в несколько миллиметров), и при этом с запасом проходить контроль по Ra. Волнистость может открывать каналы утечки на уплотняемых поверхностях и создавать шум в компонентах, которые вращаются или контактируют с другой поверхностью. Если деталь с допустимым значением Ra течет или шумит, сравните хорошие и дефектные детали на больших длинах волн, прежде чем менять требования к шероховатости.

Дробление, пористость и следы инструмента

Вибрационная дробь, пористость в отливках и отчетливые следы инструмента — все это может скрываться за хорошим числом. Тупая режущая пластина также может рвать материал и оставлять размазанную текстуру, которую среднее значение сглаживает. Шаг тоже может уплывать. По мере износа шлифовального круга расстояние между его режущими кромками увеличивается, поэтому RSm может смещаться, в то время как Ra остается стабильным. Знание того, какой техпроцесс создал деталь, помогает определить, что именно искать, поскольку токарная обработка, фрезерование, шлифование и хонингование оставляют свой уникальный след, и внезапное изменение этого следа часто является первым признаком того, что параметры вышли из нормы.

Как проверить качество поверхности за пределами Ra

Когда вы понимаете, что может скрываться за проходным числом, следующим шагом становится короткая повторяемая процедура контроля. Начните с того, какую функцию должна выполнять поверхность. Она скользит, уплотняет, удерживает покрытие или просто находится на своем месте? Ответ на этот вопрос определяет, какие из следующих проверок имеют наибольшее значение.

• 1. Сначала осмотрите. Быстрый осмотр при ярком наклонном свете, а также под увеличением кромок и уплотнительных поясков часто позволяет обнаружить то, что пропустил прибор.

Сначала осмотрите. Быстрый осмотр при ярком наклонном свете, а также под увеличением кромок и уплотнительных поясков часто позволяет обнаружить то, что пропустил прибор.

• 2. Подтвердите единицы измерения, стандарт и метод. Простое обозначение вроде «32» может означать микродюймы или микрометры, которые отличаются примерно в 40 раз. Параметры профиля, такие как Ra, определены в серии стандартов ISO 21920, а параметры площади (3D) — в ISO 25178, поэтому проверьте, на какой именно ссылается чертеж. Результаты также меняются в зависимости от места и направления относительно следа обработки (текстуры), поэтому следуйте методу, указанному на чертеже или в применимом стандарте.

Подтвердите единицы измерения, стандарт и метод. Простое обозначение вроде «32» может означать микродюймы или микрометры, которые отличаются примерно в 40 раз. Параметры профиля, такие как Ra, определены в серии стандартов ISO 21920, а параметры площади (3D) — в ISO 25178, поэтому проверьте, на какой именно ссылается чертеж. Результаты также меняются в зависимости от места и направления относительно следа обработки (текстуры), поэтому следуйте методу, указанному на чертеже или в применимом стандарте.

• 3. Проверьте чертеж. Если в качестве требования указан только предельный показатель шероховатости Ra, уточните, не требует ли функционал детали большего, например максимальной высоты пиков, ограничения шага или направления текстуры. Короткий разговор на раннем этапе может избавить от дорогостоящего брака в будущем.

Проверьте чертеж. Если в качестве требования указан только предельный показатель шероховатости Ra, уточните, не требует ли функционал детали большего, например максимальной высоты пиков, ограничения шага или направления текстуры. Короткий разговор на раннем этапе может избавить от дорогостоящего брака в будущем.

• 4. Добавьте параметры там, где это необходимо. Rz отражает высоту от пика до впадины и сильнее реагирует на отдельные царапины и выступы, чем Ra, хотя его определение различается в разных стандартах. В ISO 21920-2 высота от пика до впадины усредняется по базовым длинам (обычно пяти), в то время как в ASME B46.1 он обычно определяется как среднее значение пяти самых высоких пиков и пяти самых глубоких впадин. Укажите, какой именно стандарт применяется, и ознакомьтесь с нашим руководством по расчету высоты поверхности от Ra до Rz для обоих случаев. RSm и параметры длины волны λa и λq могут помочь выявить проблемы с шагом и вибрационную дробь, а асимметрия описывает, преобладают ли на поверхности пики или впадины. Примеры совместного использования Ra и Rz см. в примерах измерения шероховатости в автомобильной и металлообрабатывающей промышленности.

Добавьте параметры там, где это необходимо. Rz отражает высоту от пика до впадины и сильнее реагирует на отдельные царапины и выступы, чем Ra, хотя его определение различает в разных стандартах. В ISO 21920-2 высота от пика до впадины усредняется по базовым длинам (обычно пяти), в то время как в ASME B46.1 он обычно определяется как среднее значение пяти самых высоких пиков и пяти самых глубоких впадин. Укажите, какой именно стандарт применяется, и ознакомьтесь с нашим руководством по расчету высоты поверхности от Ra до Rz для обоих случаев. RSm и параметры длины волны λa и λq могут помочь выявить проблемы с шагом и вибрационную дробь, а асимметрия описывает, преобладают ли на поверхности пики или впадины. Примеры совместного использования Ra и Rz см. в примерах измерения шероховатости в автомобильной и металлообрабатывающей промышленности.

• 5. Используйте измерение по площади для подозрительных участков. Микроскопы и приборы для измерения шероховатости поверхности, захватывающие 3D-данные, отображают царапины, раковины и узоры по всей площади, а не по одной линии, восполняя то, что упускает единичное измерение. Оптические методы имеют свои ограничения — например, для сильно отражающих или прозрачных поверхностей и крутых склонов, — поэтому выбирайте метод в соответствии с деталью и ознакомьтесь с нашим сравнением 3D-оптических профилометров и контактных профилометров. Чтобы понять, когда имеет смысл переходить к данным по площади, узнайте, почему производители переходят от 2D- к 3D-измерению шероховатости.

Используйте измерение по площади для подозрительных участков. Микроскопы и приборы для измерения шероховатости поверхности, захватывающие 3D-данные, отображают царапины, раковины и узоры по всей площади, а не по одной линии, восполняя то, что упускает единичное измерение. Оптические методы имеют свои ограничения — например, для сильно отражающих или прозрачных поверхностей и крутых склонов, — поэтому выбирайте метод в соответствии с деталью и ознакомьтесь с нашим сравнением 3D-оптических профилометров и контактных профилометров. Чтобы понять, когда имеет смысл переходить к данным по площади, узнайте, почему производители переходят от 2D- к 3D-измерению шероховатости.

• 6. Проверьте функционал для деталей с высоким уровнем риска. Проверка на посадку или герметичность подтверждает то, как поверхность работает на самом деле.

Проверьте функционал для деталей с высоким уровнем риска. Проверка на посадку или герметичность подтверждает то, как поверхность работает на самом деле.

Сочетание измерения Ra с визуальным и функциональным контролем

В совокупности эти проверки образуют единый план, причем лучшие планы масштабируются в зависимости от последствий отказа. Одиночного измерения шероховатости поверхности по параметру Ra часто достаточно для простой детали без критических применений. Этого почти никогда не бывает достаточно для гидравлического штока или медицинского имплантата, где качество поверхности Ra — это лишь отправная точка.

Низкий

Пример

Кронштейны, простые корпуса, крышки

Рекомендуемый контроль

Измерение Ra плюс визуальный осмотр

Средний

Пример

Сопрягаемые поверхности, стандартные детали с трением

Рекомендуемый контроль

Ra в нескольких точках, осмотр кромок и контактных зон под увеличением

Высокий

Пример

Гидравлические поршни, уплотнительные поверхности, медицинские имплантаты, вакуумные уплотнения

Рекомендуемый контроль

Измерение площади критических зон, добавленные параметры (например, Rz и RSm), оценка волнистости и проверка на посадку или герметичность

Когда параметр Ra привязан к визуальному контролю и реальной функциональности, статус «годно» начинает означать именно то, на что все надеялись в день, когда прибор показал 1.4. Если ваши текущие приборы дают вам лишь однострочный обзор, узнайте, почему ваши текущие инструменты измерения поверхности могут не давать полной картины.

Часто задаваемые вопросы

Да. Параметр Ra усредняет короткий профиль, поэтому отдельная царапина, заусенец или раковина могут едва изменить число. Волнистость также отфильтровывается до расчета Ra. Деталь может пройти проверку на приборе и при этом не пройти визуальный или функциональный контроль.

Достаточно, чтобы покрыть важные поверхности в местах и направлениях, указанных на чертеже или в применимом стандарте. Одиночное измерение охватывает лишь небольшую часть поверхности, поэтому критические участки обычно требуют более одного измерения.

Проверьте уплотняющую поверхность и кромки под увеличением, подтвердите направление царапин относительно пути уплотнения, оцените шаг неровностей (RSm) и волнистость, а для ответственных деталей рассмотрите возможность измерения площади и испытания на герметичность.

Нет. Слишком гладкие поверхности могут плохо удерживать смазку и покрытия. Правильная чистота обработки зависит от трения, уплотнения, износа и посадки.

Одинаковое среднее значение может получаться при совершенно разных профилях. Одна поверхность может быть ровной, в то время как другая имеет острые пики или глубокие канавки. Технологический процесс, инструмент, шаг неровностей и направление следов инструмента влияют на внешний вид и поведение поверхности.

Ra — это средняя шероховатость или среднее абсолютное отклонение профиля поверхности от его средней линии, выражаемое в микрометрах или микродюймах. Оно описывает общую текстуру, а не отдельные пики или дефекты.

• Широкоформатный оптический профилометр серии VR-6000

Широкоформатный оптический профилометр

Серия VR-6000