masurarea rugozitatii suprafetelor

As. Dr. Ing. Pop Grigore Marian

1

CONTROLUL ȘI MĂSURAREA RUGOZITĂȚII SUPRAFEȚELOR

Cuprins

1. Scopul lucrării ................................................................................................................. 2

2. Considerații teoretice ...................................................................................................... 2

2.1. Notarea rugozității pe desene ...................................................................................... 4

3. Măsurarea rugozității suprafețelor utilizând rugozimetrul ............................................. 5

3.1. Sistemele Skid și Skidless ........................................................................................... 6

3.2. Măsurarea rugozității utilizând rugozimetrul Namicon Tr 220 .................................. 7

4. Evaluarea calitativă a rugozităţii, prin comparare cu mostre etalon de rugozitate ....... 11

4. Rezultate și modul de lucru ........................................................................................... 12


2

CONTROLUL ȘI MĂSURAREA RUGOZITĂȚII SUPRAFEȚELOR

1. Scopul lucrării

Lucrarea are ca scop cunoașterea de către studenți a metodelor moderne de determinare a

rugozității suprafețelor. Studenții vor verifica calitatea suprefețelor plane şi cilindrice,

prelucrate prin diferite procedee de aşchiere, prin compararea parametriilor de rugozitate

măsurați, utilizând rugozimetrele aflate în doatarea laboratorului, cu parametrii de rugozitate

prescriși.

2. Considerații teoretice

Rugozitatea suprafețelor este definită ca fiind ansamblul neregularităților ce formează

relieful suprafeței reale și a căror pas este relativ mic în raport cu adâncimea lor. Rugozitatea

este caracterizată de neregularitățile inerente procesului de producție, cauzate de factorii care

contribuie la prelucrarea suprafeței, cum ar fi așchierea, ruperea și oboseala suprafeței.

Forma și dimensiunile neregularităților sunt considerate abateri de ordinul III si IV (figura 1).

Figura 1. Abaterile suprafețelor [CRI 04]

Neregularităţile care pot fi urme ale sculei de prelucrare pe suprafaţa piesei, pori,

zgârieturi, smulgeri de material, etc., apar datorită mişcării oscilatorii a tăişului sculei


3

(datorate elasticităţii inerente a sistemului maşină unealtă – sculă – piesă), sau frecării dintre

scula așchietoare şi piesă.

Mărimea rugozității se estimează prin calcularea unor parametrii definiți în standarde

(ISO 4287). De multe ori se utilizează linia medie a profilului, care este linia ce împarte

profilul astfel încât în limitele lungimii de bază, suma pătratelor abaterilor profilului să fie

minimă.

Ra– abaterea medie aritmetică a profilului – valoarea medie a modulului abaterilor profilului față de linia medie. Este cel mai utilizat parametru de rugozitate. Acesta se calculează pe fiecare lungime de referință, lr.

Precision is our business.

Roughness measuring systems from Hommel-Etamic – Surface texture parameters in practice

2

Surface texture is very important where it has a direct influence on the quality of the part. Therefore, it has to be defined as precisely as possib-le with the help of standardized surface texture parameters.

This leaflet gives you an overview of the most important definitions, standards, and parameters of surface texture measurement.

Hommel-Etamic manufactures a wide range of roughness measuring systems providing a large variety of evaluation possibilities – in the measuring lab as well as on the production line.

One particularly important aspect is the continuous monitoring of the roughness measuring systems for optimum accuracy. Our DKD calibrati-on laboratory can calibrate your standards based on different surface texture parameters. For parameters not requiring accreditation, we offer an in-house calibration certificate..

DKD-K-02401

3

The traverse length (lt) is the total length of the probe movement during the scanning process. It must be greater than the evaluation length in order to be able to form the roughness profile with the profile filter. With the exception of Rt and Rmr(c), the roughness parameters are defined within an evaluation length ln, which is determined using an average of five sampling lengths lr.

The sampling length lr corresponds to the cut-off c.

4

Selection of the cut-off (profile filter) accordi ng to ISO 4288:1998 and ISO 3274:1998

5

The cut-off is selected depending on the work piece surface either ac-cording to the valley spacing, or the expected roughness values. At the same time the total evaluation length and the corresponding traverse

Application exampleIn a periodic profile the mean width of the profile elements RSm is used. With an RSm between 0.4 and 1.3 mm the following measuring conditions result:c = 2.5 mm / ln = 12.5 mm / lt = 15 mm / rtip = 5 µm / s = 8 µm.

Periodic profilese.g. turning, milling

RSm (mm)

> 0.013 ...0.04

> 0.04 ...0.13

> 0.13 ...0.4

> 0.4 ...1.3

> 1.3 ...4

RSm

* If not otherwise specified, the default values are A = 0.5 mm and B = 2.5 mm, respectively.

6 7

Surface texture parameters

Rz, Rz1max, Rt according to ISO 4287

Measurement conditions for Motif parame ters according to ISO 12085A* B* Traversing length Evaluation length s Maximum stylus tip radiusmm mm mm mm µm µm

0.02 0.1 0.64 0.64 2.5 2 ± 0.5

0.1 0.5 3.2 3.2 2.5 2 ± 0.5

0.5 2.5 16 16 8 5 ± 1

2.5 12.5 80 80 25 10 ± 2

Measuring conditions

lr sampling length

ln evaluation length

lt traverse length

c cut-off

s shortwave profile filter

rtip stylus tip radius

!X digitization distance 1)

c = lr (mm ln (mm) lt (mm) rtip (µm) s (µm)

0.08 0.4 0.48 2 2.5

0.25 1.25 1.5 2 2.5

0.8 4 4.8 2 or 5 * 2.5

2.5 12.5 15 5 8

8 40 48 10 25

1) The digitization distance is also standardized. This is set auto-matically by most roughness measuring instruments.

length are defined according to standards. Deviations are necessary if the work piece does not allow the required traverse length. See drawing entries.

Shortened standard evaluation lengthIf the actual possible traverse length on the work piece surface is not enough for lt, the num-ber of sampling lengths is reduced accordingly and specified in the drawing.If the actually available traverse length is less than a sampling length, the total height of profile Pt of the primary profile is evaluated instead of Rt or Rz.

Aperiodic profilese.g. grinding, eroding

Ra (µm)

> (0.006) …0.02

> 0.02 …0.1

> 0.1 …2

> 2 …10

> 10 …80

Rz (µm)

> (0.025) …0.1

> 0.1 …0.5

> 0.5 …10

> 10 …50

> 50 …200

Rz

Surface texture measurement Measurement conditions Surface texture parameters

Surface texture measurement with Hommel-Etamic

Division of a surface

Unfiltered P-profile

Filtered W-profile

Filtered R-profile

* At Rz ! 2 µm the stylus tip radius is 2 µm, at Rz > 2 µm it is 5 µm. The distance between two measuring points is ! 0.5 µm.

Ra according to ISO 4287

Rz – maximum height of profileAverage value of the five Rz values.

Rz1max – maximum height of profileGreatest Rz value from the five sampling lengths lr.

Rt – total height of profileRt is the distance between the highest peak and the deepest valley of the profile of the total evaluation length ln.

RPc – standardized number of peaksRPc corresponds to the number of local peaks, which successively exceed an upper section line c1 and a lower section line c2. The number of peaks is related to a length of 10 mm irrespective of the evaluation length selected.

RPc according to EN 10049

RSm – mean width of the profile elementsRSm is the arithmetic mean value of the width of the roughness profile elements within the sampling length and requires the defi-nition of height discriminations (c1, c2) matching the function of the surface.

RSm according to ISO 4287

Ra – arithmetical mean deviationRa is the arithmetic mean roughness value from the amounts of all profile values. Ra does not differentiate between peaks and valleys and has therefore a relatively weak information character.

Measurement conditionsSurface texture measurement

Centre line

Centre line

Mittellinie

Surface profile is measured two-dimensionally using the tracing system.

The unfiltered primary profile (P-profile) is the actual measured surface profile. Filtering it in accordance with ISO 11562 produces the waviness profile (W-profile) and the roughness profile (R-profile). The variable for determining the limit between waviness and roughness is the cut-off c.

Following ISO 4287, all parameter definitions are valid for both the roughness profile as well as for the primary and waviness profiles. The profile type is identified by the capital letters P, R or W.

The total height Pt, Wt or Rt of the respective profile type is the maxi-mum height between the highest peak and the deepest valley of the evaluation length profile.

.

Start-up length Roughness profile Run-off length

Evaluation lengths – cut-off

Surface profiles – total height of the profile

Rpi– înălțimea maximă a profilului – distanta dintre cel mai înalt vârf si linia medie în limitele lungimii de referință;

Rvi– adâncimea maximă a profilului - distanta maxima dintre punctul corespunzător celui mai adânc gol si linia medie, în limitele lungimii de referință;

Rzi - înălțimea totală a profilului calculată pe o singură lungime de referință (Rvi + Rpi);

Rt – înălțimea totală a profilului – distanța dintre cel mai înalt vârf si cel mai adânc gol. Acest parametru se calculează pe lungimea de măsurare (ln);

Rz – media aritmetică a înălțimilor totale calculate pentru fiecare lungime de referință (Rz1, Rz2,Rz3, Rz4, Rz5);

Rmax, Rz1max -cea mai mare valoare Rzi calculată pe o singură lungime de referință


4

2.1. Notarea rugozității pe desene

Suprafeţele, a căror rugozitate este indicată pe desenele de execuţie, se consideră că

sunt în stare finită din punct de vedere al prelucrării, inclusiv cu tratamente termice,

termochimice sau acoperiri electrochimice, însă înainte de vopsire, lăcuire sau acoperire

decorativă. Simbolul de bază utilizat pentru indicarea valorii rugozităţii este prezentat tabelul

2 alături fiind prezentate și alte variante posibile [CRI 04].

Tabelul 2

resistance to permanent indentation

d

Geometrical Product specifications

(GPS). Indication of surface texture in technical product documentation

=y Rz 10y

de baxc

L Rsm 0,1 U Rsm 0,3

Rt 1 Rmr (c = 0,3) 90%

0,8 - 25 / Wt 5 10

Pt 25

L Rz 1 U Rz 3

Ra 1Rz 5

CRz3 4

0,2Rzmax 3

Rz 5

Simbol de bază


d



=y Rz 10y

de baxc

L Rsm 0,1 U Rsm 0,3

Rt 1 Rmr (c = 0,3) 90%

0,8 - 25 / Wt 5 10

Pt 25

L Rz 1 U Rz 3

Ra 1Rz 5

CRz3 4

0,2Rzmax 3

Rz 5

Suprafață obținută prin îndepărtare de material


d



=y Rz 10y

de baxc

L Rsm 0,1 U Rsm 0,3

Rt 1 Rmr (c = 0,3) 90%

0,8 - 25 / Wt 5 10

Pt 25

L Rz 1 U Rz 3

Ra 1Rz 5

CRz3 4

0,2Rzmax 3

Rz 5

Îndepărtarea de material interzisă


d



=y Rz 10y

de baxc

L Rsm 0,1 U Rsm 0,3

Rt 1 Rmr (c = 0,3) 90%

0,8 - 25 / Wt 5 10

Pt 25

L Rz 1 U Rz 3

Ra 1Rz 5

CRz3 4

0,2Rzmax 3

Rz 5

a- reprezintă valoarea parametrilor de rugozitate; b- altă cerință de suprafață; c- procesul de prelucrare(rectificare, frzare, strunjire, acoperire elecrochimică, etc.); d- simbolul care indică orientarea neregularitățiilor; e- dimensiunea prelucrată; x- simbolul pentru indicarea simplificată în cazul în care spațiul este limitat

Alături de simbolul fundamental se înscrie valoarea parametrului de rugozitate

prescris, sau valorile limită admise, acolo unde este cazul. De asemenea mai pot fi înscrise şi

alte indicaţii privind realizarea sau măsurarea valorii parametrului de rugozitate prescris

Figura 2. Exemple de indicare a rugozității pe desenul de execuție


5

3. Măsurarea rugozității suprafețelor utilizând rugozimetrul

Profilul real al suprafeţei poate fi "extras" prin diferite metode: optice, mecanice cu palpare, optic tridimensional, etc.

Figura 3. Extregerea profilelor prin palpare

Filtrul de profil este definit în standardele: ISO 4287, ISO 11562 ca fiind filtrul care separă profilul în componente cu lungime de undă lungă și componente cu lungime de undă scurtă. Filtrul de profil λc definește separarea între componentele de rugozitate și componentele de ondulație. Profilul de rugozitate se obține din profilul primar prin aplicarea filtrului λc (ISO 4287, ISO 3274).

Figura 4. Profil de rugozitate extras prin palpare

În figura 4 este prezentat profilul de rugozitate extras prin palpare unde:

• a reprezintă punctul de start;


6

• b reprezintă direcția de măsurare;

• c reprezintă pozitia de stop;

• Pre-T(Pre-travel), P-T(Post-travel) sunt lungimile de poziționare respectiv retragere a palpatorului;

• lr reprezintă lungimea de referință;

• ln reprezintă lungimea de măsurare;

• lt reprezintă lungimea de palpare/ lungimea totală;

3.1. Sistemele Skid și Skidless

Există două tipuri de instrumente utilizate pentru măsurarea rugozității suprafetelor, prezentate în figurile de mai jos:

1. Skid (cu patină de ghidare, figura 5)- cu ajutorul acestuia poate fi extras prin palpare profilul de rugozitate și pot fi măsurați doar parametrii de rugozitate (Ra, Rz, Rp, Rv, Rt, etc). Patina va urma întodeauna forma conturului realizându-se o filtrare mecanică cu ajutorul aceteia;

Figura 5. Rugozimetrul SKID(cu patină de ghidare)

2. Skidless (fară patină de ghidare, figura 6)- cu ajutorul căruia pot fi măsurati parametrii de rugozitate, ondulație(Wt, Wa, Wq, etc) cât și parametrii de profil primar (Pa, Pt, Pq, etc).


7

Figura 6. Sistemul SKIDLESS(fară patină de ghidare)

3.2. Măsurarea rugozității utilizând rugozimetrul Namicon Tr 220

Măsurarea propriuzisă a parametriilor de rugozitate se va realiza cu un rugozimetru de tip Skid, Namicon Tr220, a carui principiu de funcționare este prezentat în figura 7.

Figura 7. Componente Rugozimetru SKID

Figura 8. Rugozimetrul Namicon Tr 220

Rugozimetrul Namicon Tr 220 este utilizat pentru măsurarea, analiza și interpretarea

diferiţilor parametrii de rugozitate. Aparatul pentru măsurarea rugozităţii suprafeţelor


8

Namicon Tr 220 este compus dintr-o unitate de afişaj și unitatea palpatorului. Unitatea

palpatorului, are vârful confecționat din diamant sau rubin și poate fi montată sau demontată

din corpul unităţii de afişaj. Rezultatele obţinute fiind afişate pe ecranul aparatului sau, cu

ajutorul soft-ului Tracesurf datele pot fi salvate pe un calculator.

Pentru asigurarea unei măsurări corecte şi a unei uzuri minime a palpatorului,

suprafaţa de verificat trebuie să fie curăţată de: grăsimi, materiale abrazive, şpan, etc.

rezultate în urma procesului de prelucrare.

Pașii care trebuie urmați pentru măsurarea parametriilor de rugozitate:

1. Identificarea de pe desen a parametriilor de rugozitate care trebuie verificați

(figura 9);

P1-1

1:1

DesenatVerificat

A4Aces

t des

en ap

artin

e UTC

-NTo

ate dr

eptur

ile as

upra

lui

sunt

reze

rvate UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ-NAPOCA

Piesa 1

As.Dr.Ing.G. Pop

Rz 12Ra 1.6Frezare

66 ±0,5

53° ±1,5° 45° ±

1,5°

53

±0,5

15

2x

+

0,4

21

±1

-

+0,2

5-+ -

18

0,5

0,2 0,

35

23

0,3

0,30,4

12 -

0,

3

0,5

8 ±0,3

-+

10

+

33 +-0,50,4

20 ±0,8

10 ±0,4

10

±0,4

2 X 45°

60° ±2°

0,2

49° ±2°

15

±0,4

35

±0,5

14

±0,3

5

0,3

36 ±0,6

48

+ -

= Rz 10Ra 0.8Frezare

Figura 9. Indicarea pe desen a parametrilor de verificat

2. Conectarea la calculator a rugozimetrului cu ajutorul cablului de date ( figura

8);

3. Deschierea programului Timesurf și conectarea cu rugozimetrul. Faceți click

pe Operate, în meniul principal după care click Connect(figura 10).

Dacă conectarea a fost reușită se va deschide fereastra din figura 11, Succes

to conect, iar butoanele de comandă vor deveni active;

Figura 10. Conectarea pentru schimbul de date

Figura 11. Mesaj informativ


9

4. Identificarea corectă a lungimii de referință, respectiv a filtrului de profil

(lr=λc) din standardul ISO 4288:1988 în funcție de parametrii de rugozitate

indicați pe desen. Conform standardului ISO 11562 se va selecta filtrul de

profil Gaussian. Faceți click pe Configure, în meniul principal și se va

deschide fereastra din figura 12. Se vor selecta conform standardului

următorii parametrii:

în câmpul Cutoff (lungime de referință) faceți click pe

0.8mm;

în câmpul Access o lungime de măsurare de 4 ori mai mare decât lr,

faceți click pe 4L;

filtrul de profil se va selecta prin click pe Gauss în câmpul

Filter;

în câmpul range se va selecta, prin click , 80µm, aceasta fiind

deplasarea maximă a palpatorului;

în câmpul Unit se va selecta prin click , Metric.

Figura 12. Fereastra Configure


10

5. Se așează pe suprafața piesei de măsurat palpatorul rugozimetrului și se

lansează operația de măsurare prin acționarea butonului de start. Faceți click

pe butonul Measure . În acest moment palpatorul începe deplasarea

pe suprafaţa piesei, iar după revenirea în poziţia iniţială valorile

parametriilor de rugozitate vor fi afișate. Dacă apare mesajul TR220 Error,

rezultatul trebuie neglijat deoarece în acest mod ne este semnalată apariţia

unei erori de calcul sau de măsurare. După identificarea erorii şi înlăturarea

eventualelor cauze care au condus la apariţia acesteia, se va relua

măsurarea;

6. Generarea raportului de măsurare (figura 13), care conține valorile

parametrilor de rugozitate, cât și profilul primar și de rugozitate.


11

��

��

��

� �!� ��"#$%& ! ��

�#�%� � ��#% �' ' '%'#'��'�

��

� �!� ��"#$%& ! ��

�

��

#

%

�

'

'

'%

'#

'��

��(�� )"$%*��!+��(��&) �*��(��")"$ *��(��)!��*��(�� )$%�*��+��(�� ) #�*��(��)�$!��(��)�##��(��)��&��,��(��!)$�"*��+-.��(��&)#��*��/��(�� )$%�*��0��(�� )$%�*��(��#�)��1��

Figura 13. Raport de măsurare Timesurf 2013

4. Evaluarea calitativă a rugozităţii, prin comparare cu mostre etalon

de rugozitate

Metoda constă în compararea vizuală sau tactilă a rugozității suprafeței prelucrate cu o

rugozitate etalon (figura 14.)


12

Figura 14. Comparaerea cu etaloane de rugozitate [MIT 11]

Evaluarea calitativă a rugozităţii prin comparare cu mostre etalon , constă în stabilirea

corespondenţei dintre un etalon de rugozitate şi piesa de măsurat, cercetând alternativ,

suprafaţa piesei căreia dorim să-i evaluăm rugozitatea şi suprafaţa activă a etalonului.

Aprecierea rugozităţii prin comparare cu etaloane de rugozitate se poate efectua cu ochiul

liber. Această metodă este foarte greu de aplicat în cazul valorilor mici ale rugozității, în

acest caz, tot prin metoda comparativă, utilizând mostre de rugozitate, se utilizează

microscopul comparator.

4. Rezultate și modul de lucru

Măsurătorile vor fi realizate prin ambele metode prezentate în lucrare. În urma efectuării

măsurătorilor se compară valoarea efectivă a parametrilor de rugozitate cu valorile prescrise

pe desenul de execuţie şi se formulează concluziile cu privire la:

mărimea rugozităţii suprafeţelor controlate în raport cu cea prescrisă, stabilindu-se

dacă piesa corespunde (piesă bună) sau nu corespunde (piesă rebut);

eficacitatea folosirii metodelor şi mijloacelor prezentate pentru determinarea

rugozităţii.

masurarea rugozitatii suprafetelor

Documents