Chropowatość powierzchni jest jednym z najważniejszych parametrów wpływających na funkcjonalność części mechanicznych. Od niej zależą m.in. trwałość współpracujących ze sobą elementów, szczelność połączeń, odporność na zużycie oraz jakość montażu. Dlatego już na etapie projektowania musimy określić wymagania, które z punktu widzenia zastosowania detalu rzeczywiście są niezbędne.
Z tego artykułu dowiesz się:
Chropowatość powierzchni określa nierówności powstałe podczas procesu obróbki. Parametry Ra, Rz i Rt pozwalają opisać jakość wykończenia powierzchni oraz porównywać efekty uzyskiwane różnymi metodami produkcji:
Ra dobrze sprawdza się przy ogólnej ocenie jakości powierzchni i jest najczęściej wykorzystywany w dokumentacji konstrukcyjnej. Z kolei Rz lepiej obrazuje rzeczywistą wysokość nierówności, dlatego jest stosowany przy powierzchniach uszczelniających, tulejach, prowadnicach, gniazdach łożysk oraz innych elementach wymagających precyzyjnego pasowania.
Parametr Ra wyrażany jest w mikrometrach (µm) – im niższa jego wartość, tym gładsza jest powierzchnia i mniejsze są nierówności pozostające po obróbce.
Możliwości uzyskania określonej chropowatości zależą przede wszystkim od zastosowanej technologii oraz rodzaju materiału. Typowe wartości osiągane w produkcji przedstawiają się następująco:
| Toczenie CNC | najczęściej Ra 1,6–3,2 µm (przy obróbce wykańczającej możliwe Ra 0,8 µm, a w sprzyjających warunkach nawet około 0,4 µm) |
| Frezowanie CNC | zwykle Ra 0,8–3,2 µm |
| Szlifowanie | zazwyczaj Ra 0,2–0,8 µm |
| Polerowanie | Ra poniżej 0,2 µm, a przy polerowaniu lustrzanym nawet 0,01–0,05 µm |
Nowoczesne usługi toczenia CNC oraz usługi frezowania CNC pozwalają uzyskać bardzo dobrą jakość powierzchni bez konieczności wykonywania dodatkowych operacji. Ostateczna wartość Ra zależy jednak od materiału, geometrii części, doboru narzędzi oraz parametrów skrawania. Dlatego wymagania dotyczące chropowatości zawsze powinny być dopasowane do rzeczywistej funkcji powierzchni.
Przede wszystkim miejmy na uwadze to, że nie każda część musi cechować się bardzo niską wartością Ra. Jeżeli jednak element pracuje w układach o wysokich wymaganiach dotyczących szczelności, precyzji lub estetyki, konieczne może być zastosowanie dodatkowych procesów wykańczających. W zależności od przeznaczenia detalu wykorzystuje się szlifowanie, szkiełkowanie lub inne usługi dodatkowe związane z wykończeniem powierzchni.
Dzięki szlifowaniu uzyskujemy bardzo niską chropowatość oraz wysoką dokładność wymiarową. Szkiełkowanie z kolei poprawia wygląd powierzchni i nadaje jej jednolitą strukturę, nie zastępując jednak obróbki wykańczającej tam, gdzie wymagane są konkretne parametry Ra.
Każde obniżenie wymaganej chropowatości wiąże się z wydłużeniem czasu obróbki oraz większym zużyciem narzędzi. W wielu przypadkach oznaczenie na rysunku wartości Ra niższej, niż jest to rzeczywiście potrzebne, nie poprawia funkcjonalności części, a jedynie zwiększa koszt jej wykonania.
Uzyskanie niższej wartości Ra wymaga zazwyczaj mniejszych posuwów, dodatkowych przejść narzędzia lub zastosowania kolejnych operacji technologicznych. Obniżenie chropowatości z Ra 3,2 µm do Ra 0,8 µm może wydłużyć czas obróbki danej powierzchni nawet o 20–50%, natomiast uzyskanie Ra 0,4 µm lub niższej często wiąże się z koniecznością zastosowania szlifowania lub innych procesów wykańczających.
W praktyce może to zwiększyć koszt wykonania detalu o około 10–30%, a w przypadku bardzo wymagających powierzchni nawet o ponad 50%.
Wymagania dotyczące chropowatości należy oznaczać wyłącznie dla powierzchni, które mają wpływ na funkcjonowanie gotowej części, np. powierzchni współpracujących, uszczelniających czy przeznaczonych pod pasowania.
Na rysunku technicznym należy wskazać wartość parametru (najczęściej Ra lub Rz), umieścić symbol chropowatości zgodny z normą ISO 21920 oraz przypisać go do konkretnej powierzchni. W razie potrzeby można również określić kierunek śladów obróbki lub wskazać, że powierzchnia ma zostać uzyskana w wyniku określonego procesu technologicznego.
Jeśli przygotowujesz dokumentację, sprawdź również poradnik jak przygotować rysunek techniczny do obróbki CNC, w którym opisujemy najważniejsze zasady tworzenia dokumentacji produkcyjnej.
Norma ISO 21920, dawniej ISO 1302, określa sposób oznaczania i interpretacji chropowatości powierzchni na rysunkach technicznych. Definiuje stosowane symbole, parametry (m.in. Ra i Rz) oraz zasady ich zapisu, dzięki czemu dokumentacja jest jednoznaczna zarówno dla konstruktora, jak i wykonawcy części.
Do najczęstszych błędów popełnianych przez konstruktorów możemy zaliczyć:
Takie błędy mogą wydłużyć proces produkcji i niepotrzebnie zwiększyć koszt wykonania detalu.
Kontrola jakości powierzchni jest integralnym elementem procesu produkcyjnego. Chropowatość weryfikujemy za pomocą specjalistycznych urządzeń pomiarowych, a wyniki kontroli porównujemy z wymaganiami określonymi w dokumentacji technicznej. Więcej na temat metod kontroli przeczytasz we wpisie: Pomiar w obróbce CNC.
W przypadku standardowego toczenia i frezowania najczęściej uzyskuje się chropowatość na poziomie Ra 1,6–3,2 µm. Ostateczna wartość zależy jednak od materiału, geometrii detalu i zastosowanych parametrów skrawania.
Tak, w wybranych przypadkach jest to możliwe. Wymaga jednak odpowiednio dobranych narzędzi, stabilnych warunków obróbki oraz precyzyjnie dobranych parametrów skrawania.
Zbyt wysoka chropowatość może pogorszyć szczelność połączeń, zwiększyć zużycie współpracujących elementów oraz utrudnić montaż. Dlatego wymagania dotyczące Ra i Rz powinny zawsze wynikać z funkcji, jaką dana powierzchnia pełni w gotowym zespole.