機械加工表面粗さ測定の基本ガイド

「表面粗さ ra は、製造された部品の性能、摩耗、寿命を決定するため、CNC 加工において重要な要素です。」

機械加工面の表面仕上げは、製造された部品の品質、信頼性、性能を決定する重要な要素です。これは、滑らかな表面は摩擦を減らすため、粗い表面よりも部品の耐久性が向上するためです。分野によって必要な粗さの度合いが異なることを知っておくことが重要です。さまざまな種類の表面仕上げと 表面粗さ ra 製造された部品の品質と性能に役立ちます。  

表面仕上げチャートとは何ですか?

表面仕上げチャートは、製造において、さまざまな種類の表面仕上げとそれに関連する粗さの値を示すために使用されます。エンジニアは、このチャートを使用して、部品が希望する性能と外観を満たす最も適切な仕上げを特定できます。また、マイクロメートルまたはマイクロインチの単位と、各仕上げがどのように達成されるかについての説明も含まれています。

表面粗さチャート

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機械加工表面仕上げとは？ 

機械加工仕上げオプション

機械加工 表面仕上げ 金属の表面を変形したり、切断したり、材料を追加したりして、金属の表面を変更するプロセスとして説明できます。表面のテクスチャを測定し、次の特徴を示します。 

• レイ： 製造工程の結果として生じる表面パターンの方向。 
• うねり： 反りなどの追加の大きな歪み、または設定された基準からのその他の歪み。 
• 表面粗さ ra: 表面下の粗さと細かいピッチ。機械工は表面仕上げという用語を次のように使います。 表面粗さ表面テクスチャという用語は、これら 3 つすべてを包含します。

機械加工表面仕上げの利点

機械加工された表面仕上げには、次のような利点があります。まず、表面の凹凸をなくして表面を平らにし、表面をより均一にします。これにより、製品の品質が向上します。 

また、これらの仕上げはコーティングの接着性を高めるのにも役立ち、塗料やコーティングが表面によりよく接着します。これにより保護レベルが向上するだけでなく、保護層の存在期間も長くなります。滑らかな仕上げは見た目も美しく、これは消費者向け製品の場合には非常に重要です。機械加工された表面仕上げは、滑らかで光沢のある表面を与えるだけでなく、腐食や化学物質に対する保護も提供します。これにより、特に過酷な使用条件において、製品の耐久性が向上します。 

さらに、これらの仕上げは電気伝導性を含み、材料の伝導性を高めることで導電性を高めます。これは特に電子用途に当てはまります。最後に、機械加工された表面仕上げは、摩耗しやすくして製品を弱める摩擦を最小限に抑えることで、製品の強度を高めます。これにより、部品はより強くなり、実行が求められる機能において信頼性が高まります。

表面粗さの記号と用語

• Ra (平均粗さ): これは、表面の長さにおける表面の高点と低点の平均を定義します。中心線平均 (CLA) とも呼ばれます。 
• Rz（平均粗さの深さ）： これは、最高値と最低値の間の 5 つの最大差の平均を計算します。粗さを確立するために、これらの測定値を取得して、平均粗さを見つけます。  
• Rp（ピーク高さ）: これは、評価長さにわたる表面輪郭の頂点から中線までの距離です。 
• Rv（谷の深さ）： これは、評価の長さにわたって表面プロファイルの平均線から表面プロファイルの最低点までの偏差を決定します。 
• Rmax (プロファイルの最大高さ): これは、評価スパンの最高点と最低点の間の最大差を定義します。

ここに様々なタイプの 表面仕上げ記号、およびその意味 

=: 切削工具によって残され、図面に示された表面またはビューと平行な歯の溝を示します。  

⊥ : 図面に描かれた表面またはビューに対して垂直な切削ツール マークを表示します。  

X: 切削工具によって付けられたマークを指し、これらのマークは互いに直角です。  

M: 通常は研磨またはラッピングによって作成される溝を指します。この場合、パターンは連続している可能性があり、必ずしも一方向である必要はありません。  

C: 表面の中心に対して同心円状に配置されるマークを意味します。  

R: 切削工具によって表面に付けられたマークに関連し、表面と平行で放射状の場合もあります。

異なる表面粗さRaを得る可能性

機械加工における表面粗さは、プロジェクトのニーズに応じて一定のレベルに維持されます。これは偶然に起こるものではなく、計画されたもので、値は通常、ISO 4287 などの基準に従って設定されます。これらの規格では、さまざまな製造および後処理操作に関連する 25 μm ～ 0 μm の Ra 値が定義されています。 

At プロリーンテック当社では、CNC 加工アプリケーション向けに 4 つの一般的な表面粗さ ra レベルを提供しています。

• 3. 2μmRa 

• 1.6μmRa 

• 0.8μmRa 

•  0.4μmRa 

粗さのレベルはすべてのアプリケーションで同じではありません。特定の表面の特定の用途によって異なります。上記の値よりも小さい表面粗さRa値は、より多くの加工作業、時間、コストを必要とするため、必要な場合にのみ指定してください。後処理操作は、通常、特定の表面粗さを達成するために使用されません。 表面粗さ指数 値を設定すると、方法を正確に制御できず、コンポーネントの許容範囲に影響を及ぼします。  

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CNC加工における表面粗さの比較

表面の粗さは、部品の機能性、性能、寿命を決定します。表面の粗さは、摩擦係数、騒音、摩耗、熱、接着に影響します。表面の滑らかさは、一部の用途ではあまり重要ではないかもしれませんが、他の用途、特に高張力、高ストレス、高振動の用途、嵌合および可動アセンブリ、高速回転部品、医療用インプラントでは非常に重要です。 

Prolean Tech が提供する表面粗さのレベルは次のとおりです。 

• 3.2μmRa 

この標準的な商用機械仕上げは、ほとんどの消費者向け部品に使用されています。表面はわずかに粗く、光沢のある仕上げで、切削痕が残っています。応力、負荷、振動を受ける部品の場合、最大表面粗さ ra は 2 μm Ra である必要があります。また、負荷が軽く動きが遅い噛み合う可動面には、同じ標準を適用できます。この仕上げは、高速、軽い送り、軽い切削によって行われます。 

• 1.6μmRa 

この仕上げでは、カット マークがかすかにしか残らないため、ぴったりとフィットし、ストレスのかかる部分が必要な部品に使用する必要があります。動きが遅く、耐荷重能力が低い表面には適していますが、高速回転部品や振動負荷が大きい部品には適していません。この表面粗さは、制御された条件下で、高速、細かい送り、軽いカットで作成されます。標準のアルミニウム合金 (例: 3. 1645) の場合、このオプションにより製造価格が約 2.5% 増加し、部品の複雑さによってはコストが上昇する場合があります。 

• 0.8μmRa 

高品質の表面仕上げと呼ばれることが多い 0 μm Ra は、達成するのがより厳しい許容範囲であり、より高価でもあります。これは、応力集中の影響を受ける部品に必要であり、動きが散発的で負荷が小さい場合にベアリングに使用されることがあります。標準的なアルミニウム合金の場合、この仕上げにより、複雑な部品では製造価格が約 8% 以上増加します。 

• 0.4μmRa 

0.4 μm Ra は、最も滑らかで最高品質の表面粗さであり、張力やストレスがかかっている部品や、ベアリングやシャフトなどの非常に高速に回転する部品に推奨されます。この滑らかさは実現するのが最も難しいため、アプリケーションにとって重要な場合にのみ指定する必要があります。このオプションにより、複雑な部品の場合、標準アルミニウム合金の製造価格が約 11 ～ 15% 増加します。

表面粗さ仕上げの評価方法 

表面仕上げは、製品の基準と機能性を達成するために、製造において定量化することが非常に重要です。ただし、要件と洗浄対象の表面に応じて、いくつかの方法を使用することができ、それぞれが適切です。 

1. 直接接触測定 

接触法に関しては、調査対象の表面と接触する器具を使用する方法です。この場合、通常はスタイラスプロファイロメーターが使用されます。スタイラスが表面上を移動し、輪郭、山、谷を描くように見えます。次に、ツールのこれらの変化からプロファイルを作成し、学生から収集したデータを分析するために使用されます。 

 使用法： 何らかの定量化を行う必要がある状況で使用するのに非常に適しています。接触により表面特性が変化するため、柔らかい材料や圧迫またはへこみが生じる可能性のある材料には推奨されません。 

2. 非接触測定 

非接触技術では、レーザー走査顕微鏡などの光学ツールまたはレーザーツールを使用します。これらのデバイスは、表面に光を当て、反射光を捉えて表面の粗さを判定します。 

使用法： 敏感な表面やデリケートな表面など、素材を損傷する可能性があるため、表面に触れることを避けなければならない場合に使用します。これらの方法は、不規則な表面にも適していますが、その効果は表面の反射率と色によって異なります。 

3. 比較測定 

比較法は、事前に定義されたいくつかの特性に基づいて表面を評価する方法です。この目的のために、部品の表面の標準粗さ値を持つ比較器が存在します。 

使用法： これらは迅速で安価であり、最初の評価や、医師が対処している症状の大まかな感触をつかみたい場合に使用できます。ただし、直接測定方法ほど正確ではなく、知覚的な測定になります。

4. 工程内測定 

形成測定とは、製造プロセスの特定の段階で表面粗さを検査することです。このようなツールの中には、CNC マシンにインライン プロファイロメータやセンサーが取り付けられており、表面粗さに関する情報をリアルタイムで提供します。 

使用法： 監視対象のパラメータをより頻繁に、大量にチェックする必要があるアプリケーションに最適です。この戦略はライブであり、作品の作成後に取られた戦略ほど正確ではない可能性があります。 

5. プロファイリング技術 

プロファイリング技術では、3D プロファイロメータなどのプロファイロメータを使用して表面プロファイルを作成します。これにより、表面の全体的な概要と表面のテクスチャがわかります。 

使用法： 主に、追加の表面分析が必要な研究開発部門に適しています。これはかなり複雑で、かなり複雑な技術の適用が必要であり、また、多くの時間を要する場合もあります。 

6. 面積測定技術 

この場合、面測定法は、線接触に比べてより広い面積の表面の粗さを測定するために使用されます。これらは、調査対象の表面の全体的な外観を提供する光学プロファイロメーターと干渉計です。 

使用法： 粗い表面や、表面粗さ (Ra) の全体的な状態が重要な場合に適用できます。非常に高解像度の表面分析にはあまり適していません。 

7. 顕微鏡技術 

その他の表面特性評価技術には、表面の非常に拡大された画像を提供し、ミクロレベルのデータを提供する電子顕微鏡法が含まれます。 

使用法： これは研究や、例えば半導体の製造など精度が重要となるあらゆる分野で最も役立ちます。これらは少し複雑で、特定のタイプの装置を使用する必要があります。

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表面粗さ測定チャート チートシート

このチートシートは、さまざまな表面仕上げを理解するためのクイックリファレンスを提供し、アプリケーションに適した仕上げを選択するのに役立ちます。

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異なる表面粗さレベルをどのように実現できるのでしょうか?

その 表面粗さ測定 設計者や製造業者は、製品の特性が一定であることを保証するため、粗さを調整することができます。粗さの度合いは、摩耗、裂傷、腐食を定義するのと同様に、部品が環境とどのように相互作用するかを定義します。さらに、粗さパラメータのいくつかは、コーティングの接着性を高めたり、導電性を高めたりするのに役立ちます。 

Ra値は通常、表面の粗さを測定するために使用され、標準値は12.5μmRa（非常に粗い）から0.4μmRa（非常に滑らか）の範囲です。さまざまな表面を作成するために使用されるさまざまな技術は、 表面仕上げの種類 製品が使用される具体的な用途によって異なります。 

機械加工仕上げ

機械加工された完成部品として

機械加工後の仕上げでは、近接許容差が通常 ± 0 mm またはそれ以下になります。この仕上げは機械加工直後に行われ、設計に応じて CAM またはコンピュータ支援製造を使用して精度が調整されます。ただし、この方法は他の仕上げにかかる追加費用がかからないため安価ですが、表面には使用したツールの跡が残り、白く見えることがあります。この仕上げは、完成品のコストと精度が懸念されるプロトタイプ、固定具、治具に最適です。 

ビードブラスト仕上げ

ビードブラスト表面仕上げ部品

圧縮空気銃を使用して表面に小さなガラスビーズを発射することで得られるビーズブラストは、適度なパターンを持つ鈍いまたはサテン仕上げになります。この方法は、機械加工プロセスで残った跡をカモフラージュするのにも役立ち、光沢のある表面を提供します。ただし、寸法を詳細に定義することはできないため、高次元性を必要とするプロジェクトには不利です。ビーズブラストで変更される唯一の要素は、使用するガラスビーズのサイズです。 

陽極酸化

アルマイト処理された部品 

陽極酸化処理は、表面に保護酸化膜を形成する電解処理である。 金属表面仕上げ 部品。部品を酸浴に浸し、電源に接続すると、コーティングがあらゆる方向に成長します。この方法は、ビード ブラストよりも寸法制御が優れており、非導電性の硬い表面が得られます。陽極酸化処理は、主にアルミニウム、チタン、およびそれらの合金に対して行われます。

陽極酸化処理タイプII

標準陽極酸化処理またはタイプ II 陽極酸化処理では、透明または着色された最大厚さ 25 μm の表面が得られます。この仕上げは、見た目に美しい硬くて滑らかな外面を必要とする部品に適しています。コストが安く、保護と外観がかなり優れています。  

陽極酸化処理タイプIII

タイプ III は、「ハードコート」陽極酸化処理と呼ばれるより高度なプロセスで、より高い電流密度を使用し、溶液の温度を厳密に制御して 125 度に保ちます。この方法では、約 XNUMX μm のより厚い層が得られ、硬度と腐食特性が向上します。他の XNUMX つよりもコストは高くなりますが、タイプ III 陽極酸化処理は、追加の保護を必要とする高ストレスのエンジニアリング アプリケーションに適しています。

適切な表面仕上げ技術を選択するにはどうすればよいでしょうか?

適切な表面仕上げ技術を選択することは、プロジェクトの成功にとって非常に重要です。最善の決定を下すのに役立つステップバイステップのガイドをご紹介します。 

1. 材質を特定します。 必要な仕上げを実現するためには、さまざまな素材をさまざまな方法で処理する必要があることを理解する必要があります。まず、使用する素材を特定して、適切な手法を選択します。 
2. 仕上げの目的を定義します。 表面仕上げに何を求めるか（見た目、耐腐食性の向上、摩擦の低減など）を考えます。したがって、製品の機能に応じて選択が決まります。 
3. 利用可能な仕上げ技術を確認する: 使用予定の材料に適用できる仕上げを調べます。たとえば、アルミニウムには陽極酸化処理が施され、ステンレス鋼には不動態化処理が施されます。 
4. 美的要件を評価する: アイテムの外観に問題がある場合は、希望する仕上がりを得るために、サンディングまたはレーザーエッチングの方が適している可能性があります。  
5. 耐久性のニーズを評価する: 摩耗や損傷が激しくなることが予想されるその他の部分については、部品に DLC のようなより硬いコーティングが必要になる場合があります。 
6. メンテナンスの必要性を考慮してください。 仕上げにはさまざまな種類があり、それぞれに特徴があり、何らかのメンテナンスが必要です。製品のライフサイクル全体にわたって、製品のメンテナンスにどれくらいの時間を費やせるかを検討してください。 
7. 仕上げをテストする: 仕上げを大規模に適用する前に、材料の小さな部分でテストを行って、要件を満たしているかどうかを確認することをお勧めします。 
8. 環境への影響を考慮する: 仕上げ工程の中には、他の工程よりも環境に大きな影響を与えるものがあります。環境要因が懸念事項である場合は、他の無害な方法を選択することをお勧めします。 
9. 予算の制約: 最後に、仕上げ技術のコストを、あなたが費やす準備ができている総額のスケールに置きます。選択した方法が安価であると同時に、プロジェクトのすべての要件を満たすことができることを確認してください。

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結論

現代の製造プロセスでは、表面粗さは通常、コストがかかり、実現が困難です。したがって、製造された部品に適切な表面仕上げ技術を適用するには、適切な技術を使用する必要があります。したがって、望ましい結果を得るには、材料の表面硬化の性質を理解する必要があります。表面仕上げソリューションに関しては、ProLeanTech が手頃な価格でプロフェッショナルなサービスを提供できることは特筆に値します。当社のスタッフは十分なトレーニングを受けており、適切な表面仕上げ仕様を実現する適切な技術を適用できます。 

プロリーンテック表面 仕上げサービス

ProLeanTech では、お客様に寸法検査レポート (DIR) を提供しています。実施される仕上げ作業には、陽極酸化、電気メッキ、ビード ブラスト、研磨、ブラッシングなどがあります。当社のサービスは、お客様の製品に最高の結果をもたらす最高品質のサービスを提供することに注力しています。今すぐお問い合わせいただき、お客様のプロジェクトについて当社の専門家から見積もりを入手してください。