Struktura povrchu

Struktura povrchů vybranýchstrojních součástíIng. Petr Šperka 2009

STRUKTURA POVRCHŮ VYBRANÝCHSTROJNÍCH SOUČÁSTÍOBSAH• Rozdělení• Parametry povrchů• Příklady povrchů reálnýchstrojních součástí• Porovnání• Závěr2/20

• Broušení (grinding, polishing)Při broušení součásti získají požadovanou přesnost a drsnost povrchu.Lze: • Dobře obrábět kalené a těžko obrobitelné materiály• Dělit materiály (rozbrušování)• Lapování (lapping)Jde o dokončovací operaci, při které dochází k úběru materiálu účinkem volných zrn brusiva, kterése přivádí mezi lapovací nástroj a lapovaný povrch. Řezný pohyb volných zrn je vyvolán pohybemlapovacího nástroje, který je vůči lapované ploše nepravidelný. Lapovací nástroj má negativní tvarlapované plochy. Lapují se např. těsnící plochy ventilů spalovacích motorů.• Honování (honing)Je dokončovací technologie, jež má za cíl zajistit především geometrickou přesnost a dokonaloujakost povrchu. Cílem může být, také zlepšení textury povrchu, protože nástroj na rozdíl odbroušení vykonává složitější pohyb než rotační. Honují se válcové součásti: vnitřní a vnější plochy.• Ševingování (shaving)STRUKTURA POVRCHŮ VYBRANÝCHSTROJNÍCH SOUČÁSTÍDokončovací způsoby obráběníPoužívá se např. u ozubených kol, kde nástroj tvoří druhé kolo se speciál. (rýhovaným) povrchem.5/20

Dokončovací způsoby obrábění• Leštění (polishing, glazing)Leštění je dokončovací operace při niž získáme dobrou jakost povrchu (zrcadlový), alenezlepšujeme jeho geometrickou přesnost. Leštit můžeme ručně/strojně pomocí hadrového neboplstěného kotouče upnutého v bruskách nebo za pomoci leštiček, atd. Při těchto způsobechnanášíme na hadrové kotouče lešticí pasty.Leštění může být: Mechanické leštění: tvrdá brousicí zrna jsou zachycena na plátně nebo papíře.Chemické leštění: mechanické leštění + chemická látka.Elektrochemické leštění: úběr materiálu se děje elektrochem. rozpouštěním.• Superfinišování (Superfinishing, micromachining, short‐stroke honing)Superfinišování je dokončovací technologie, jež má za cíl zajistit nejpřesnější jakost povrchu strojnísoučásti. Zpravidla pro dokončování vnějších válcových ploch. K superfinišování se používásuperfinišovací hlava. Vytváříkřížovou texturu na povrchu.Výhody: zvýšená životnost součástí, snížení opotřebení, vyšší přesnost, únosnější povrchy (vyššímateriálový poměr), lepší těsnost ploch a kratší záběh stroje.Nevýhody: vysoká cenaSTRUKTURA POVRCHŮ VYBRANÝCHSTROJNÍCH SOUČÁSTÍ6/20

HODNOCENÍ POVRCHUObecný povrchObecný povrch lze rozdělit na tyto třikomponenty, které odlišuje vlnová délka.Tvar plochyVlnitost1 proloženíObecný povrchDrsnost2 filtraceVlnitost + drsnostVlnitostDrsnost7/20

HODNOCENÍ POVRCHUObecný postup zpracování1 Fitování (proložení)• odtranění náklonu (nebo tvaru)• 2D: přímka, kruh, elipsa, parabola atd.• 3D: plocha, válec, koule, elipsouid, paraboloid atd.2 Filtrování• rozdělení povrchu: vlnitost a drsnost• možné provést:• filtrování ve frekveční oblasti• konvoluceFiltrování vefrekveční oblastiDrsnost Vlnitost Tvarvlnová délkaKonvoluce3 Analýza drsnosti (parametrizace) 4 Analýza chyb, přesnosti a nejistot• parametry povrchu8/20

HODNOCENÍ POVRCHURozdělení parametrů• Param. profilu (2D) R‐parametry• Param. oblasti (3D) S‐parametryAmplitudové parametry• Rp největší výška výstupku profilu• Rv největší hloubka prohlubně profilu• Rz největší výška profilu• Rc prům. výška prvku profilu• Ra prům. aritmetická úchylka profilu• Rq prům. kvadratická úchylka profilu• Rsk šikmost profilu• Rku špicatost profiluPlošné a objemové parametry• Smr nosný poměr v dané hloubce• Rsm průmerná šírka prvku profilu• Sds hustota výstupků povrchu• Std směr textury povrchu• Str poměrný aspekt textury povrchu• Sfd fraktální dimense povrchu• Sal délka odpovídající nejrychlejšímu poklesu ACFHybridní param.• Ssc arit. průměrzakřivení výstupkůpovrchu• Sdq kvadratický sklonpovrchu• Sdr poměrnározvinutá stykováplochaFunkční parametry• Sbi index únosnosti• Sci index udržení kapaliny v jádře• Svi index udržení kap. v prohlubních• Sr1 Sr2 horní, dolní materiál. Poměr• Sa1 Sa2 horní, dolní plocha• Sk hloubka jádra drsnosti• Spk redukovaná výška výstupku• Svk redukovaná hloubka prohlubní9/20

HODNOCENÍ POVRCHUAmplitudové parametry• Rp největší výškavýstupku profilu• Ra ‐ průměrná aritmetická úchylka profilu• Rq ‐ průměrná kvadratická úchylka profilu• Rv největší hloubkaprohlubněprofilu• Rsk ‐ šikmost profilu• Rz největší výškaprofilu• Rku ‐ špicatost profilu• Rc průměrnávýška prvkuprofilu10/20

HODNOCENÍ POVRCHUPlošné a objemové parametryTyto parametry jsou na rozdíl od amplitudovýchzávislé na vzdáleností vrcholků a prohlubní.Hybridní parametryHybridní parametry charakterizují spojení kritériíamplitudovýchs prostorovými jako jsou sklony,zakřivení, atd.Autokorelační funkce ACFAutokorelační funkce ACF je funkce, kterápopisuje korelaci mezi povrchem a stejnýmpovrchem posunutým o rozpětí posunutí.Z jejího průběhu lze usuzovat o periodičnosti,nahodilosti hodnoceného povrchu.Funkční parametryFunkční parametry (také parametry nosnéhopodílu) jsou skupinou parametrů charakterizujícífunkční aspekty povrchu, především mazánía opotřebení. Parametry představují cennéinformace o schopnosti povrchu udržetmazací médium nebo umožní predikci životnostifunkčního povrchu z hlediska opotřebení.Křivka materiálového poměrua hustota pravděpodobnostiReprezentuje plošný materiálový poměr topografickéhopovrchu jako funkci úrovně. Je kumulativ.suma hustoty pravděpodobnosti amplitudy.11/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍSoustružení• Píst spalovacího motoru (Brit & Stratton viz. 6KM)3D pohled2D výšková mapa12/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍSoustružení• Píst spalovacího motoru (Brit & Stratton viz. předmět 6KM)Křivka mat. poměru a hustota pravděpodobnostiAmplitudové parametryFunkční parametryRa = 2,2 μmRq = 3,0 μmRsk = 1,83Rku = 4,04Autokorelační funkce3D2D13/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍSoustružení• Hřídel z převodovky (SEW eurodrives viz. 6KT)3D pohled2D výšková mapa14/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍSoustružení• Hřídel z převodovky (SEW eurodrives viz. 6KT)Křivka mat. poměru a hustota pravděpodobnostiAmplitudové parametryFunkční parametryRa = 2,6 μmRq = 3,1 μmRsk = 1,44Rku = 2,32Autokorelační funkce3D2D15/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍ• Ozubené kolo (Brit & Stratton viz. předmět 6KM)3D pohled2D výšková mapa16/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍ• Ozubené kolo (Brit & Stratton viz. předmět 6KM)Křivka mat. poměru a hustota pravděpodobnostiAmplitudové parametryFunkční parametryRa = 4,7 μmRq = 5,35 μmRsk = 1,25Rku = 1,68Autokorelační funkce3D2D17/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍFrézování• Víko převodovky (SEW eurodrives viz. předmět 6KT)Povrch podtěsněním3D pohled2D výšková mapa18/20

HLAVNÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍFrézování• Víko převodovky (SEW eurodrives viz. předmět 6KT)Křivka mat. poměru a hustota pravděpodobnostiPovrch podtěsněnímAmplitudové parametryFunkční parametryRa = 2,7 μmRq = 3,1 μmRsk = 1,36Rku = 2,07Autokorelační funkce3D2D19/20

DOKONČOVACÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍBroušení• Hřídel – lícovaný průměr pro ložisko (SEW viz. 6KT)3D pohled2D výšková mapa20/20

DOKONČOVACÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍBroušení• Hřídel – lícovaný průměr pro ložiskoKřivka mat. poměru a hustota pravděpodobnostiAmplitudové parametryFunkční parametryRa = 1,7 μmRq = 2,0 μmRsk = 1,40Rku = 2,20Autokorelační funkce3D2D21/20

DOKONČOVACÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍLapování, nebo Superfinišování• Kuličky z valivých ložisek3D pohled2D výšková mapa23/20

DOKONČOVACÍ ZPŮSOBY OBRÁBĚNÍLapování, nebo Superfinišování• Kuličky z valivých ložisekKřivka mat. poměru a hustota pravděpodobnostiAmplitudové parametryRa = 0,012 μmRq = 0,017 μmRsk = 2,2Rku = 6,8Autokorelační funkce3DFunkční parametry2D24/20

POROVNÁNÍ25/20

POROVNÁNÍ26/20

ZÁVĚRSTRUKTURA POVRCHŮ VYBRANÝCHSTROJNÍCH SOUČÁSTÍ• Moderní interferometrické metody mohou poskytnout rychlé, bezkontaktnía přesné měření topografie povrchů běžných strojních součástí.• Použitá metoda Skenovací interferometrie s využitím bílého světla (WLSI –white light scanning interferometry) poskytuje nezbytný vertikální rozsahpro tyto měření (až několik jednotek milimetrů).• Hodnocení drsnosti povrchu je vícekrokový proces, ve kterém je nutnéodstranit pomocí proložení a filtrování tvar a vlnitost povrchu. Existujeřada parametrů, které popisují drsnost z různých hledisek.• Kvalita povrchu je jedním z významných činitelů ovlivňující cenu výrobku aproto je nutné volit přiměřenou hodnotu vzhledem k dané funkci.27/20