ما هي خشونة السطح ولماذا هي مهمة؟

ما هي خشونة السطح؟

 

تشير خشونة السطح، والمعروفة أيضًا باسم خشونة السطح باللغة الإنجليزية، إلى ما نقيسه عادة على أنه خشونة السطح في العمل اليومي. ويمكن فهمها على أنها المخالفات الصغيرة، بما في ذلك المسافات الدقيقة والقمم والوديان الدقيقة، التي تحدث أثناء عملية تصنيع المنتج.

 

يتم تعريفه عمومًا على أنه المسافة الصغيرة (الطول الموجي) بين قيمتي الذروة أو قيمتي الوادي. عادة، يكون الطول الموجي أقل من 1 مم أو حتى أصغر. ويمكن تعريفه أيضًا على أنه قياس الملامح المجهرية، والتي يشار إليها عادة بقيم الخطأ الجزئي.

 

عندما نقوم بتقييم الخشونة، عادة ما يكون هناك خط مرجعي. أعلى نقطة فوق الخط المرجعي تسمى نقطة الذروة، في حين أن أدنى نقطة تحت الخط المرجعي تسمى نقطة الوادي. يتم تمثيل الارتفاع بين القمة والوادي بـ Z، ويتم تمثيل التباعد بين النسيج المجهري للمنتج المُشكل بـ S.

 

▲ الخط المرجعي

يتم تحديد حجم قيمة S بشكل عام في المعايير الوطنية:

يتم تعريف S <1 مم على أنها خشونة السطح.

1 أقل من أو يساوي S يتم تعريف أقل من أو يساوي 10 مم على أنه تموج السطح.

 

في معايير التحقق الوطنية للقياس في الصين، يتم عادةً تقييم خشونة السطح باستخدام المعلمات VDI3400 وRa وRmax، مع التعبير عن وحدات القياس عادةً بالميكرومتر.

 

العلاقة بين معلمات التقييم

• يتم تعريف Ra على أنه متوسط ​​الانحراف الحسابي للمنحنى (متوسط ​​الخشونة).
• يتم تعريف Rz على أنه ارتفاع عشر نقاط للمخالفات الدقيقة. يتم تعريف Ry على أنه الحد الأقصى للارتفاع. يُشار أيضًا إلى الحد الأقصى لفرق الارتفاع في المظهر الجانبي المجهري، Ry، باسم Rmax في بعض السياقات.

 

لمعرفة العلاقة المحددة بين Ra وRmax، يرجى الرجوع إلى الجدول أدناه:

 

▲ الجدول: مقارنة معلمات Ra وRmax (μm)

 

 

II كيف تتكون خشونة السطح؟

 

يحدث تكوين خشونة السطح بسبب عملية تصنيع قطعة العمل. عوامل مثل طريقة المعالجة، مادة قطعة العمل، ومعلمات العملية كلها تؤثر على خشونة السطح.

 

على سبيل المثال، أثناء معالجة التفريغ الكهربائي، قد يظهر على سطح الجزء المعالج حفر تفريغ.
 

وبما أن تقنيات التصنيع والمواد تختلف، فإن الآثار المجهرية المتبقية على أسطح الأجزاء المعالجة تختلف من حيث الكثافة والعمق وتغيرات الشكل.

 

 

III تأثير خشونة السطح على قطع العمل

 

يمكن أن تؤثر خشونة السطح على قطعة العمل في جوانب مختلفة، بما في ذلك:

ارتداء المقاومة

استقرار اللياقة

قوة التعب

مقاومة التآكل

أداء الختم

صلابة الاتصال

دقة القياس

....

 

بالإضافة إلى ذلك، فإنه يؤثر على التصاق الطلاء، والتوصيل الحراري ومقاومة التلامس، والأداء الانعكاسي والإشعاعي، ومقاومة تدفق السوائل والغاز، وتدفق التيار الكهربائي على أسطح الموصلات، من بين عوامل أخرى.

 

▲ خشونة السطح

 

 

IV معايير تقييم خشونة السطح

 

1. طول أخذ العينات

يشير هذا إلى الطول القياسي للخط المرجعي المحدد لتقييم خشونة السطح. وفقًا لمعايير ISO 1997، تتضمن الأطوال المرجعية النموذجية 0.08 مم، 0.25 مم، 0.8 مم، 2.5 مم، و8 مم.

 

2. مدة التقييم

يتكون طول التقييم من أطوال مرجعية متعددة، يُشار إليها بـ N. ولا يمكن تمثيل خشونة السطح عبر مناطق مختلفة من جزء ما بدقة بطول مرجعي واحد، لذلك يلزم وجود أطوال أخذ عينات متعددة للتقييم. تحدد معايير ISO 1997 أن طول التقييم يتضمن عادةً N=5 من الأطوال المرجعية.

 

3. الخط المرجعي

هذا هو خط الوسط المستخدم لتقييم معلمات الخشونة. تشمل الطرق الشائعة ما يلي:

• خط متوسط ​​المربعات الصغرى: يتم حسابه باستخدام طريقة المربعات الصغرى بناءً على نقاط البيانات المجمعة.
• خط الوسط الحسابي للملف: الخط الموجود داخل طول العينة حيث تكون المناطق الموجودة أعلى الخط وتحته متساوية

 

على الرغم من أن خط متوسط ​​المربعات الصغرى مثالي من الناحية النظرية، إلا أنه من الصعب تطبيقه عمليًا. لذلك، غالبًا ما يتم استخدام خط الوسط الحسابي للملف كبديل، مع استخدام خط مستقيم قريب لأغراض القياس.

 

 

V كيفية قياس خشونة السطح؟

 

أصبح تقييم خشونة السطح ذا أهمية متزايدة في التصنيع. لدراسة خشونة السطح، يلزم وجود معدات متخصصة، مثل:

 

أدوات قياس خشونة السطح

 

▲ آلة قياس متعددة الوظائف من سلسلة Formtracer Avant

 

تعمل أدوات قياس خشونة السطح باستخدام قلم ماسي حساس للغاية ينزلق عبر السطح، على غرار إبرة الفونوغراف. تقوم الأداة إلكترونيًا بتصفية خشونة الأطوال الموجية القصيرة من الأطوال الموجية الأطول للملف الجانبي.

 

▲ أداة قياس خشونة السطح من النوع المسبار

 

رسم تخطيطي لأداة قياس خشونة السطح من نوع المسبار:

 

▲ رسم تخطيطي لجهاز قياس خشونة السطح من نوع المسبار

 

أنواع المجسات:

 

▲ أنواع المجسات

 

 

الأدوات المحمولة للقياس

 

▲ أدوات القياس المحمولة

 

تعتبر عينات مقارنة الخشونة، المصنوعة باستخدام النيكل من خلال التشكيل الكهربائي، مثالية لمعالجة المعادن. إنها بمثابة أدوات مساعدة فعالة لتحديد قيم الخشونة من خلال مقارنة قطعة العمل بالعينات.

 

عند استخدام هذه الأدوات، يحدد المشغلون قيمة الخشونة من خلال مقارنة سطح قطعة العمل بعينة الخشونة بصريًا ولبقًا.