Отделка поверхности, также известная как текстура поверхности или топография поверхности, — это характер поверхности , определяемый тремя характеристиками: укладкой, шероховатостью поверхности и волнистостью . [1] Она включает в себя небольшие локальные отклонения поверхности от идеально плоского идеала (истинной плоскости ).
Текстура поверхности является одним из важных факторов, которые контролируют трение и образование слоя переноса во время скольжения. Значительные усилия были предприняты для изучения влияния текстуры поверхности на трение и износ в условиях скольжения. Текстуры поверхности могут быть изотропными или анизотропными . Иногда во время скольжения можно наблюдать явления трения типа «стик-скольжение», в зависимости от текстуры поверхности.
Каждый производственный процесс (например, многие виды обработки ) создает текстуру поверхности. Процесс обычно оптимизируется, чтобы гарантировать, что полученная текстура пригодна к использованию. При необходимости будет добавлен дополнительный процесс для изменения исходной текстуры. Последний процесс может быть шлифованием (абразивной резкой) , полировкой , притиркой , абразивной струйной обработкой , хонингованием , электроэрозионной обработкой (EDM), фрезерованием , литографией , промышленным травлением / химическим фрезерованием , лазерным текстурированием или другими процессами.
Свивка — это направление преобладающего поверхностного рисунка, обычно определяемое используемым методом производства. Этот термин также используется для обозначения направления намотки волокон и прядей каната . [ 2]
Шероховатость поверхности, обычно сокращенно называемая шероховатостью, является мерой общего количества неровностей поверхности, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. [1] В машиностроении это то, что обычно подразумевается под «чистотой поверхности». Меньшее число соответствует более мелким неровностям, т. е. более гладкой поверхности.
Волнистость — это мера неровностей поверхности с интервалом, большим, чем у шероховатости поверхности. Эти неровности обычно возникают из-за коробления , вибрации или прогиба во время обработки. [1]
Поверхностную чистоту можно измерить двумя способами: контактным и бесконтактным . Контактные методы подразумевают проведение измерительного стилуса по поверхности; эти приборы называются профилометрами . Бесконтактные методы включают: интерферометрию , конфокальную микроскопию , изменение фокуса , структурированный свет , электрическую емкость , электронную микроскопию , атомно-силовую микроскопию и фотограмметрию .
В Соединенных Штатах отделка поверхности обычно определяется с использованием стандарта ASME Y14.36M. Другим распространенным стандартом является Международная организация по стандартизации (ISO) 1302:2002, хотя он был отменен в пользу ISO 21920-1:2021. [3]
На качество поверхности в производстве влияют многие факторы. В процессах формования, таких как литье или формовка металла , качество поверхности штампа определяет качество поверхности заготовки. При обработке на станке взаимодействие режущих кромок и микроструктура разрезаемого материала вносят вклад в качество окончательной поверхности. [ необходима цитата ]
В целом, стоимость изготовления поверхности увеличивается по мере улучшения качества поверхности. [4] Любой данный производственный процесс обычно достаточно оптимизирован, чтобы гарантировать, что полученная текстура пригодна для предполагаемого применения детали. При необходимости будет добавлен дополнительный процесс для изменения исходной текстуры. Расходы на этот дополнительный процесс должны быть оправданы добавлением ценности каким-либо образом — в основном лучшей функциональностью или более длительным сроком службы. Детали, которые имеют скользящий контакт с другими, могут работать лучше или служить дольше, если шероховатость ниже. Эстетическое улучшение может добавить ценность, если оно улучшает продаваемость продукта.
Практический пример следующий. Авиапроизводитель заключает контракт с поставщиком на изготовление деталей. Для детали указана определенная марка стали , поскольку она достаточно прочная и твердая для функции детали. Сталь поддается механической обработке, хотя и не легкообрабатываемая . Поставщик решает фрезеровать детали. Фрезерование может обеспечить указанную шероховатость (например, ≤ 3,2 мкм), если оператор использует высококачественные вставки в концевой фрезе и заменяет вставки после каждых 20 деталей (в отличие от резки сотен перед заменой вставок). Нет необходимости добавлять вторую операцию (такую как шлифовка или полировка) после фрезерования, если фрезерование выполняется достаточно хорошо (правильные вставки, достаточно частая смена вставок и чистая охлаждающая жидкость ). Вставки и охлаждающая жидкость стоят денег, но расходы, которые повлекут за собой шлифовка или полировка (больше времени и дополнительных материалов), будут стоить еще больше. Исключение второй операции приводит к более низкой себестоимости единицы продукции и, следовательно, к более низкой цене . Конкуренция между поставщиками поднимает такие детали от второстепенных до критически важных. Конечно, можно было изготовить детали немного менее эффективным способом (две операции) за немного более высокую цену; но только один поставщик мог получить контракт, поэтому небольшая разница в эффективности увеличивается конкуренцией до большой разницы между процветанием и закрытием фирм.
Так же, как различные производственные процессы производят детали с различными допусками, они также способны к различной шероховатости. Как правило, эти две характеристики связаны: производственные процессы, которые являются точными по размерам, создают поверхности с низкой шероховатостью. Другими словами, если процесс может производить детали с узкими допусками по размерам, детали не будут очень грубыми.
Из-за абстрактности параметров обработки поверхности инженеры обычно используют инструмент, имеющий различные шероховатости поверхности, созданные с использованием различных методов производства. [4]
