פרמטרים של חספוס פני השטח עבור עיבוד CNC

בקרה מספרית ממוחשבת או עיבוד שבבי CNC היא טכניקת ייצור חיסורית המשתמשת במכונות CNC לייצור גיאומטריות מורכבות עם סובלנות מדויקות ביותר. תהליך ייצור זה כרוך בדרך כלל בשימוש בכלי עבודה הנשלט על ידי מחשב כדי להוציא חומר ממלאי החומר ולהפקת המוצר הרצוי. בעוד שעיבוד CNC יכול לייצר חלקים בעלי דיוק רב במידות, התהליך מייצר חלקים בעלי מרקם ספציפי. מרקם זה נקרא חספוס פני השטח והוא חשוב מאוד לפונקציונליות, ביצועים ועמידות של החלק המיוצר.

חספוס פני השטח

חספוס פני השטח, או פשוט חספוס, הוא המדד של אי הסדירות במשטח. זהו ההיבט הנמדד והמכומת ביותר של גימור פני השטח, וזו הסיבה שרוב הטכנאים מתייחסים לחספוס פני השטח כגימור פני השטח.

לאחר עיבוד CNC, החספוס של החלק המעובד משפיע על היישום, הפעולה וחייו של החלק. חספוס פני השטח משפיע על החיכוך, דרישות הסיכה, הבלאי, כמו גם הקישוריות, ההזדווגות, ריכוזי המתח ורמות הרעש. הערך של חספוס פני השטח, לפיכך, הוא בעל חשיבות עליונה ויש לנקוט באמצעי זהירות נוספים בעת ביצוע עיבוד CNC. הערך של חספוס פני השטח של החלק המעובד אינו אקראי אלא נשלט תוך כדי ביצוע עיבוד CNC. ערך סטנדרטי בתעשייה בדרך כלל בטווח של 25um עד 0.05um מצוין עבור החלק. עם זאת, הורדת ערך החספוס של פני השטח יכולה להפוך את עיבוד ה-CNC ליקר ולא יעיל יותר.

גימור פני השטח - יחידות

גימור פני השטח של חלק מעובד מתואר באמצעות כמה פרמטרים הנקראים יחידות גימור פני השטח. יחידות אלו מסייעות למהנדסי תכנון וכן לטכנאים להבין את גימור פני השטח הרצוי. יחידות אלו הן:

חספוס ממוצע, Ra

היחידה הנפוצה ביותר לכימות חספוס היא החספוס הממוצע (Ra). חספוס ממוצע (Ra) הוא ממוצע אריתמטי בין שיא פרופיל החספוס לקו ממוצע. מכיוון שמדובר בממוצע אריתמטי, החספוס הממוצע מבטל את ההשפעה של חריגים כלשהם בצורה של קוצים מזדמנים.

עם זאת, פרופילי חספוס שונים יכולים להיות בעלי אותו חספוס ממוצע ולכן כדי לתאר לחלוטין את גימור פני השטח, אנו זקוקים לכמה פרמטרים נוספים.

עומק חספוס מרבי, Rmax

עומק החספוס המרבי הוא המרחק האנכי הגבוה ביותר בין השיא לשפל הנמוך ביותר באורך מדגם נבחר. מכיוון שהוא הערך הגבוה ביותר, עומק החספוס המרבי אינו תיאור מדויק של חספוס פני השטח שכן כל שריטה יכולה לגרום לערך מוגבר של חספוס פני השטח מהערך בפועל.

חספוס ממוצע, Rz

יחידת גימור משטח זו מועדפת ברחבי אירופה על פני חספוס ממוצע. במקום למדוד את המרחק בין קו השיא לקו הממוצע, החספוס הממוצע מודד את המרחק בין כמה גבהים ועומקי החספוס הגבוהים ביותר באורך המדגם ולאחר מכן ממוצע את הערך. פרמטר זה, לעומת זאת, אינו מדויק מכיוון שהוא מסתמך על הפסגות והעומקים הגבוהים ביותר.

Root Mean Square, RMS

ריבוע ממוצע, כפי שהשם מעיד, הוא יחידת הגימור של פני השטח הדומה לפרמטר החספוס הממוצע, אך במקום ממוצע של המרחק, היא לוקחת את הממוצע של הריבוע של המרחק בין גובה השיא לאורך הממוצע ולאחר מכן לוקחת את שורש ריבועי של הערך. ערך זה מייצג את חספוס פני השטח בצורה של גל סינוסואידי, כל אחד מייצג את המרחק מהקו הממוצע.

עם זאת, ריבוע בסיס הוא קירוב של חספוס פני השטח ואינו ייצוג ממשי של גימור פני השטח הסופי. זה מתייחס לחספוס הממוצע Ra, בפקטור של 1.1.

טבלת המרה

Ra (מיקרומטר)	Ra (מיקרו אינץ')	RMS (מיקרו אינץ')	CLA (N)	Rt (מיקרון)	נ	אורך חתך (אינץ')
0.025	1	1.1	1	0.3	1	0.003
0.05	2	2.2	2	0.5	2	0.01
0.1	4	4.4	4	0.8	3	0.01
0.2	8	8.8	8	1.2	4	0.01
0.4	16	17.6	16	2.0	5	0.01
0.8	32	32.5	32	4.0	6	0.03
1.6	63	64.3	63	8.0	7	0.03
3.2	125	137.5	125	13	8	0.1
6.3	250	275	250	25	9	0.1
12.5	500	550	500	50	10	0.1
25.0	1000	1100	1000	100	11	0.3
50.0	2000	2200	2000	200	12	0.3

גימור פני השטח - טכניקות מדידה

ניתן להשתמש בשיטות הבאות למדידת חספוס פני השטח:

שיטה ישירה

שיטה זו עושה שימוש בחרט, המוחזק בניצב למשטח, למדידת חספוס פני השטח. החרט יוצר את פרופיל החספוס ישירות ומתוך פרופיל זה ניתן לחשב את הערכים של יחידות משטח שונות.

טכניקה ללא מגע

כפי שהשם מרמז, טכניקת המדידה ללא מגע, בניגוד לשיטה הישירה, משתמשת באור או בקול כדי ליצור את פרופיל החספוס. במקום חרט, תהליך זה משתמש בחיישנים אופטיים וקוליים. גל אור או קול מופגז על פני השטח ולאחר מכן מחזיר אותו, גל מוחזר זה יכול לעזור להעריך את פרופיל החספוס של פני השטח.

טכניקת השוואה

שיטה זו משתמשת בהשוואה של דגימה של חספוס משטח ידוע עם דגימות של חספוס פני שטח לא ידוע. לאחר מכן הטכנאי יכול להשוות את חספוס פני השטח של שתי הדגימות באמצעות טכניקות חזותיות שונות ולנתח אותן כדי להקצות ערך לחומר. טכניקה זו בדרך כלל אינה מדויקת בשל התלות הגבוהה שלה בסובייקטיביות האנושית.

טכניקה בתהליך

השימוש באינדוקציה אלקטרומגנטית למדידת חספוס פני השטח נקרא טכניקת תוך-תהליך. האינדוקציה המגנטית משמשת למדידת המרחק בין הפסגות והעומקים של פרופיל החספוס. עם זאת, שיטה זו שימושית רק עבור חומרים מגנטיים.