Oberflächenbeschaffenheitsskala für die Bearbeitung

Einer der wichtigsten Faktoren bei der Bearbeitung ist die Oberflächenbeschaffenheit. Zu den Problemen, die aus einer schlechten Oberflächenbeschaffenheit resultieren können, gehören: höhere Verschleißraten, verringerte Effizienz und Ausfall von Teilen bei lebenswichtigen Vorgängen. Dies verkürzt nicht nur die Lebenszyklen der Teile, sondern verursacht auch Zeit- und Geldverluste aufgrund von Stillständen und Reparaturen. Die Kenntnis der Oberflächengüte ist für Ingenieure und Hersteller von entscheidender Bedeutung für die Entscheidung über die richtigen Bearbeitungsverfahren und die Wahl der Ausrüstung. Wenn Sie diese Bedenken überwinden, sind Sie in der Lage, die Qualität der Produkte und die Zufriedenheit der Kunden zu verbessern.

Verständnis der wichtigsten Oberflächenbeschaffenheitsparameter

Die Oberflächenbearbeitung ist ein weiterer Bearbeitungsbereich, der einen großen Einfluss auf die Funktion und Haltbarkeit der bearbeiteten Produkte hat. Es bezieht sich auf das Aussehen, die Haptik und die Glätte der Oberfläche einer Arbeitsfläche nach mehreren Bearbeitungsvorgängen. Zu den Hauptparametern, die die Oberflächengüte definieren, gehören:

Rauheit: Dieser Parameter definiert die Dichte der winzigen Unebenheiten der Oberfläche. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Definition der Interaktion zwischen zwei Oberflächen, einschließlich Reibung, Verschleiß und Ermüdung. Die größeren Rauheitswerte können mit einer höheren Rauheit einhergehen, was für einige Anwendungen mit Erstkontakt unerwünscht sein kann.

Welligkeit: Dieser Parameter definiert die immer größeren Abweichungen in größeren Abständen von der Nennoberfläche. Dies kann auf Werkzeugvibrationen oder Durchbiegungen aufgrund des Bearbeitungsprozesses zurückzuführen sein. Welligkeit ist ein Zustand, der sich auf die Oberflächenbeschaffenheit und die Funktionalität von Teilen auswirken kann, insbesondere in Branchen, in denen die Toleranzen eng sind.

Legen: Lay beschreibt die Ausrichtung der Hauptoberflächentextur, die durch die angewandte Bearbeitungstechnik erzeugt werden kann. Kenntnisse über die Lage sind bei Anwendungen nützlich, bei denen die Ausrichtung der Oberfläche für den Fluss von Flüssigkeiten, Schmiermitteln oder die Montage von entscheidender Bedeutung ist.

Maßeinheiten, die üblicherweise zur Beschreibung der Oberflächenveredelung verwendet werden

Die Oberflächengüte wird mithilfe verschiedener Maßeinheiten quantifiziert. Die gebräuchlichsten sind:

Ra (arithmetischer Durchschnitt der Rauheit): Dies ist der Durchschnitt der Abweichungen des Oberflächenprofils von der Referenzmittellinie. Es wird häufig zur Definition der Oberflächenrauheit verwendet und ist auch recht einfach zu bestimmen.

Rz (durchschnittliche maximale Höhe des Profils): Dieser Parameter schätzt quantitativ die Gesamtmenge des Reliefs in der definierten Querschnittsfläche in Bezug auf einen bestimmten Wert der Probenahmelänge. Sie ermöglichen im Vergleich zu Ra ein besseres Verständnis der Oberflächentextur.

Rt (Gesamthöhe des Profils): Dies ist die Gesamthöhe von der Spitze des höchsten Hügels bis zum Fuß der tiefsten Schlucht im Beurteilungszeitraum. Es bietet Informationen darüber, wie die Oberfläche schwanken kann, und kann bei bestimmten Anwendungen äußerst wertvoll sein.

Oberflächenbeschaffenheitsskala

Die Oberflächengüte-Skala wird verwendet, um die Qualität der Oberflächengüte mit bestimmten Qualitäten je nach erforderlichem Herstellungsstandard zu vergleichen. Diese Skala ist wichtig, da sie Herstellern bei der Auswahl der richtigen Bearbeitungsverfahren und Materialien für die erforderliche Oberflächenbeschaffenheit hilft. Nur mit einem solchen Verständnis dieser Größenordnung sind Ingenieure in der Lage, die verschiedenen Teile zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Spezifikationen gut erfüllen und so Ausfälle bei kritischen Anwendungen vermeiden können.

Ein Vergleich zwischen verschiedenen Oberflächenqualitäten

Die Oberflächengüte-Skala weist normalerweise verschiedene Klassifizierungen auf, die von der rauen bis zur polierten Oberfläche reichen. Zum Beispiel:

Raues Finish (Ra > 3,2 µm): Wird oft verwendet, wenn das Aussehen keine Rolle spielt, wie z. B. bei Zwickeln.

Mittleres Finish (Ra zwischen 1,6 µm und 3,2 µm): Universell einsetzbar für allgemeine technische Anwendungen, bei denen keine engen Toleranzen erforderlich sind.

Feines Finish (Ra zwischen 0,4 µm und 1,6 µm): Wird hauptsächlich in Ventilen oder hydraulischen Teilen eingesetzt, die eine Fluiddynamik erfordern.

Superfeines Finish (Ra < 0,4 µm): Wird für hochbeanspruchte Anwendungen benötigt, die typischerweise in der Luft- und Raumfahrt oder für den Einsatz in medizinischen Geräten zu finden sind, bei denen Präzision und Schnittstelle von entscheidender Bedeutung sind.

Diagrammwerte der Oberflächenrauheit für verschiedene Herstellungsprozesse 

Hier ist eine Tabelle mit Schwerpunkt auf den Oberflächenrauheitswerten (Ra) für verschiedene Herstellungsverfahren:

Standardoberflächen der Industrie

Handelspraktiken spielen daher eine entscheidende Rolle bei der Festlegung und Aufrechterhaltung der Standards der Oberflächenbeschaffenheit. Zu den wichtigsten Standards gehören:

ISO (Internationale Organisation für Normung): Bietet verschiedene Standards für die Messung der Oberflächenbeschaffenheit, wie z. B. ISO 4287 und ISO 4288 für die Messung von Oberflächentexturparametern.

ASME (American Society of Mechanical Engineers): Enthält Referenzen wie ASME B46.1, die definieren und beschreiben, wie die Oberflächenrauheit und Oberflächentextur gemessen werden sollte. Diese Standards sind für die Standardisierung der Abläufe in Produktionsbetrieben unerlässlich.

Gängige Messtechniken für die Oberflächenrauheit

Um die Qualitätsstandards der Fertigung zu erfüllen, muss die Oberflächenbeschaffenheit der Komponenten unbedingt genau bestimmt werden. Es werden hauptsächlich zwei Techniken verwendet:

● Kontaktmethoden: Zu diesen Techniken gehören Kontakttechniken, bei denen der Stift mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wird. Talysometer werden häufig verwendet und beim neuesten Typ wird das Profil durch eine Diamantspitze gezeichnet. Die vertikalen Bewegungen werden gemessen, um ein Oberflächenrauheitsprofil des sich bildenden Bandes zu erhalten.

● Berührungslose Methoden: Bei diesen Methoden werden entweder Laser oder optische Systeme verwendet, um die Oberflächengüte zu messen, ohne dass ein physischer Kontakt mit der Oberfläche erforderlich ist. Es mag offensichtlich erscheinen, aber bei zerbrechlichen oder teuren Teilen können Methoden wie Weißlichtinterferometrie verwendet werden, um die Oberflächenform genau zu messen.

Werkzeuge zur Messung der Oberflächengüte

Zur Messung der Oberflächengüte werden verschiedene Werkzeuge eingesetzt, darunter:

Profilometer: Dies sind die am häufigsten verwendeten Instrumente zur Messung der Oberflächengüte. Es kann ein Rauheitsprofil mit einem höheren Detaillierungsgrad darstellen und ist in Kontakt- und Nichtkontaktausführung erhältlich.

Oberflächenrauheitsmessgeräte: Handmessgeräte ermöglichen die schnelle Messung von Oberflächenrauheitsparametern (Ra, Rz) und sind in der Fertigungsumgebung für sofortige Beurteilungen nützlich.

Laserscanner: Sie sind berührungslos und können Oberflächenprofile mit hoher Dichte liefern und eignen sich für Anwendungen, bei denen eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, wie z. B. Reverse Engineering und Inspektion.

Einsatzmöglichkeiten der Oberflächenveredelung in verschiedenen Sektoren

Die Rolle der Oberflächenbeschaffenheit in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Medizin- und Elektronikindustrie

Ist kritisch und beeinträchtigt Funktionalität, Sicherheit und Ästhetik:

Luft- und Raumfahrt: Bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt ist eine Komponente erforderlich, die optimale Leistung und Sicherheit bietet. Aerodynamische Oberflächen haben einen geringen Luftwiderstand, einen geringeren Kraftstoffverbrauch und dienen als Schutzabdeckung für die Komponenten.

Automobil: Motorkomponenten von Automobilteilen müssen eine optimale Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, um den Verschleiß zu reduzieren und einen effizienten Betrieb zu gewährleisten. Die Genauigkeit der Oberflächenbeschaffenheit ist entscheidend für die Minimierung der Reibung und die Verbesserung der Gesamtsystemleistung.

Medizinisch: In der Medizintechnik ist die Oberflächenbeschaffenheit der Biomaterialschnittstelle zwischen den Implantaten und Geräten und dem lebenden Gewebe von entscheidender Bedeutung. Gut polierte Oberflächen minimieren das Risiko des Bakterienwachstums und erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Implantate mit dem Körper vermischen.

Elektronik: Bei elektronischen Bauteilen bestimmt die Oberflächenbeschaffenheit den Stromfluss und die Wärmeableitung. Gut bearbeitete Oberflächen sorgen für einen gleichmäßigen Kontakt und verbessern zudem die Leistung elektronischer Geräte.

Wie Oberflächenverbesserungen die Produktleistung in verschiedenen Fertigungsumgebungen beeinflussen: Fallstudien

● Herstellung von Luft- und Raumfahrtkomponenten: Ein großes kommerzielles Luft- und Raumfahrtunternehmen beschloss, die Kontrolle der Oberflächengüte von Turbinenschaufeln zu verbessern, was zu einer verbesserten Leistung des Schaufelblatts und geringeren Wartungskosten führte. Durch den Einsatz von hochtechnologischem Schleifen konnte das Unternehmen Oberflächengüten erzielen, die über den aktuellen Branchenmaßstäben lagen.

● Kfz-Motorteile: Eine Fallstudie wurde bei einem führenden Automobilzulieferer durchgeführt. Dem Unternehmen gelang es, die Bearbeitung der Kolbenringe zu verbessern, was zu deutlich besseren Oberflächengüten führte. Die Verringerung der Reibung verbesserte dadurch den Kraftstoffverbrauch und die Motorhaltbarkeit, was die Rolle der Oberflächenbeschaffenheit auf wettbewerbsintensiven Automobilmärkten unter Beweis stellte.

● Produktion medizinischer Geräte: Ein Hersteller orthopädischer Implantate wollte die Oberflächenbeschaffenheit eines medizinischen Geräts verbessern. Um die Biokompatibilität zu erreichen, wandte das Unternehmen spezielle Poliermethoden an und verbesserte so die Gesamterfolgsrate von Implantatoperationen.

Methoden zur Verbesserung der Oberflächenqualität

Einige wirksame Methoden sind:

Polieren: Polieren ist eine erodierende Tätigkeit, bei der Schleifmittel eingesetzt werden, um eine Oberfläche für eine glatte Oberfläche vorzubereiten. Dieser Vorgang kann von Hand oder mit Maschinen durchgeführt werden, die Polierpads enthalten. Das Verfahren eignet sich vor allem für die Behandlung von Metallen und Kunststoffen; Es beseitigt kleinere Oberflächenfehler und erhöht das Reflexionsvermögen des Materials.

Beschichtung: Die Verwendung von Farbe, einem Lack oder das Eintauchen in Oberflächenchemikalien kann nicht nur die Leistung eines Objekts verbessern, sondern auch sein Aussehen verbessern. Beschichtungen bieten eine Schicht, die dazu beitragen kann, den Kontakt zwischen der Oberfläche und anderen Oberflächen zu minimieren oder zu beseitigen und so die Oberflächenbeschaffenheit und die Nutzungsdauer des Bauteils zu verbessern.

Nachbearbeitung: Die Eigenschaften einer Oberfläche können durch Galvanisieren, Eloxieren oder chemische Behandlung nach der Herstellung weiter verbessert werden. Diese Verfahren können den Korrosionsschutz und die allgemeine Haltbarkeit verbessern und ein besseres Finish erzielen. Beim Galvanisieren wird die Oberfläche mit einer Metallschicht überzogen, die kleinere Mängel überdecken und das allgemeine Erscheinungsbild des Endprodukts verbessern kann.

Optimale Ansätze bei der Auswahl der Bearbeitungsparameter für eine optimale Oberflächenbeschaffenheit

Für beste Oberflächengüten ist es erforderlich, die richtigen Bearbeitungsparameter auszuwählen. Zu den wichtigsten Praktiken gehören:

Schnittgeschwindigkeit: Es wurde auch festgestellt, dass wir durch eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit ein besseres Finish erzielen, da das Werkzeug bei hohen Geschwindigkeiten nur minimale Zeit damit verbringt, das Material einzudrücken. Diese müssen jedoch gegen die Werkzeugverschleißraten und die Eigenschaften des Werkstückmaterials abgewogen werden.

Vorschubgeschwindigkeit: Normalerweise zeigt sich, dass bei langsamer Vorschubgeschwindigkeit auch ein besseres Finish erzielt wird. Die Geschwindigkeit, mit der das Material dem Schneidwerkzeug zugeführt wird, kann vom Hersteller variiert werden, um den Umfang des in einem bestimmten Prozess abzutragenden Materials und damit die Oberflächenbeschaffenheit zu bestimmen.

Schnitttiefe: Leichte Schnitte sind normalerweise vorteilhafter, wenn es darum geht, ein besseres Oberflächenfinish zu erzielen. Die Verringerung der Schnitttiefe entlastet das Werkzeug und das Werkstück, verbessert die Oberflächengüte und verringert die Werkzeugdurchbiegung.

Werkzeugzustand und -auswahl: Es wurde beobachtet, dass die Art des Schneidwerkzeugs und dessen Zustand einen direkten Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit haben. Saubere, scharfkantige Werkzeuge reduzieren die Bildung von Graten und rauen Oberflächen. Die Leistung des Werkzeugs kann auch durch die Auswahl von Werkzeugen mit geeigneter Beschichtung für die jeweilige Anwendung und die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit verbessert werden.

Zusammenfassung

Zunder in der Oberflächengüte ist ein wichtiges Konzept in aktuellen Herstellungsprozessen, da er die Qualität und Funktion der Endprodukte beeinflusst. Die erforderliche Oberflächenbeschaffenheit kann den Verschleiß minimieren, die Funktionalität erhöhen und die Schönheit steigern. Daher ist es möglich, durch den richtigen Einsatz von Bearbeitungsprozessen und Herstellungsverfahren eine verbesserte Teilequalität zu erreichen.

Eine wichtige Rolle für die Wirksamkeit eines Produkts spielt die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit. Ob es darum geht, den Widerstand bei Lagern zu verringern oder die Ungiftigkeit bei Implantaten zu gewährleisten, die Oberflächenbeschaffenheit wirkt sich sowohl auf die Leistung als auch auf die Haltbarkeit aus. Die Priorisierung der Oberflächenbeschaffenheit bei Design und Produktion führt zu einer hohen Kundenzufriedenheit und einer größeren Wettbewerbsfähigkeit am Markt.

FAQs zur Oberflächengüte bei der Bearbeitung

Q1. Was ist Oberflächenbeschaffenheit und warum brauchen wir sie?

Die Oberflächengüte ist das Maß für die Rauheit oder Glätte einer Oberfläche, die nach der Bearbeitung auf einem Material entsteht. Sie ist von Bedeutung, da sie die Verwendbarkeit, Haltbarkeit und sogar das Erscheinungsbild einer Komponente bestimmt. Eine bessere Oberflächenbeschaffenheit bedeutet weniger Reibung und bessere Schmierung und die Endleistung dieses Teils wird besser.

Q2. Was sind die üblichen Oberflächenbeschaffenheitsparameter?

Weitere wichtige Parameter der Oberflächenbeschaffenheit sind Rauheit, Welligkeit und Lage. Rauheit charakterisiert die dimensional kleinen Merkmale der Nennoberfläche, während Welligkeit größere Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche definiert und die Lage die Richtung des Hauptoberflächenmusters definiert.

Q3. Auf wie viele Arten wird die Oberflächenbeschaffenheit gemessen?

Der gängige Parameter der Oberflächengüte wird mit Instrumenten wie Profilometern gemessen, die sowohl mit Kontakt als auch ohne Kontakt arbeiten. Weitere Messreferenzen sind Ra (mittlere Rauheit), Rz (mittlere maximale Rautiefe) und Rt (Gesamthöhe der Spitze der Oberfläche).

Q4. Wie kann die Oberflächengüte verbessert werden und welche Strategien sollten angewendet werden?

Zu den Methoden zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit gehören Polieren, Beschichten und Nachbearbeiten. Durch Polieren wird die Oberfläche verfeinert, durch Beschichten werden zusätzliche Schutzschichten aufgetragen und durch Nachbearbeitung wie Eloxieren wird die Robustheit und Optik des Produkts erhöht.

F5. Wie die verschiedenen Bearbeitungsprozesse die Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen beeinflussen.

Es nimmt zu, dass unterschiedliche Bearbeitungsmethoden wie Drehen, Fräsen und Schleifen zu unterschiedlichen Oberflächengüten führen. Beispielsweise wird Schleifen aufgrund der Berücksichtigung der Schneidwirkung und der Art und Weise, wie das Werkzeug mit dem Werkstück in Eingriff kommt, im Allgemeinen verwendet, um eine bessere Oberflächengüte zu erzielen als bei Drehvorgängen.

F6. Inwieweit hängt die Oberflächenveredelung von den Eigenschaften des Materials ab?

Dies wird durch die Härte und Sprödigkeit des bearbeiteten Materials bestimmt; Von einem harten, spröden Material kann nicht erwartet werden, dass es zu einer feinen Oberfläche des Werkstücks kommt. Materialien mit höherer Zugfestigkeit erfordern möglicherweise andere Schneidwerkzeuge und -bedingungen, da sie bei hoher Geschwindigkeit das Werkzeug verschleißen und die Qualität der erforderlichen Endbearbeitung nicht gewährleisten können.

F7. Welche Normdokumente regeln die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit?

Die folgenden Normen spezifizieren und klassifizieren Oberflächenbeschaffenheiten: ISO 1301-Standard und ASME B46.1-Standard. Diese Normen legen Anforderungen an Oberflächenbeschaffenheitsparameter sowie Messmethoden fest, um die Einheitlichkeit in der Industrie zu gewährleisten.