Guida essenziale alle misurazioni della rugosità delle superfici lavorate

"La rugosità superficiale ra è un fattore significativo nella lavorazione CNC perché determina le prestazioni, l'usura e la durata delle parti prodotte."

La finitura superficiale della superficie lavorata è un fattore fondamentale che determina la qualità, l'affidabilità e le prestazioni delle parti prodotte. Questo perché le superfici lisce consentono alle parti di essere più durevoli rispetto alle superfici ruvide poiché riducono l'attrito. È importante sapere che in campi diversi sono necessari diversi gradi di rugosità. Conoscenza delle varie tipologie di finiture superficiali e rugosità superficiale ra può essere utile per la qualità e le prestazioni delle parti prodotte.  

Che cos'è il grafico delle finiture superficiali?

Un grafico delle finiture superficiali viene utilizzato nella produzione per mostrare diversi tipi di finiture superficiali e i valori di rugosità ad essi associati. Aiuta gli ingegneri a identificare la finitura più appropriata per la parte per soddisfare le prestazioni e l'aspetto desiderati. Dispone inoltre di unità in micrometri o micropollici e descrizioni di come viene ottenuta ciascuna finitura.

Grafico della rugosità superficiale

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Che cos'è la finitura superficiale della lavorazione? 

Opzioni di finitura della lavorazione

lavorazione a macchina finitura superficiale può essere descritto come il processo di alterazione della superficie di un metallo deformandolo o tagliandolo o addirittura aggiungendovi materiale. Misura la tessitura della superficie, caratterizzata da: 

• Posare: La direzione del motivo superficiale che è il risultato del processo di produzione. 
• Ondulazione: Ulteriori distorsioni grossolane come deformazioni o qualsiasi altra distorsione rispetto agli standard stabiliti. 
• Rugosità superficiale ra: Ruvidità di tipo sotterraneo e tono fine. I macchinisti usano il termine finitura superficiale per indicare ruvidezza della superficie, e il termine struttura superficiale li comprende tutti e tre.

Vantaggi delle finiture superficiali lavorate

Le finiture superficiali lavorate offrono i seguenti vantaggi. Innanzitutto livellano la superficie eliminando eventuali irregolarità presenti sulla superficie rendendola così più uniforme. Ciò a sua volta contribuisce ad aumentare la qualità del prodotto. 

Inoltre, queste finiture aiutano a migliorare l'adesione dei rivestimenti, per cui vernici e rivestimenti hanno una migliore adesione sulla superficie. Ciò non solo aumenta il livello di protezione ma aumenta anche il periodo di esistenza dello strato protettivo. Una finitura liscia appare anche più attraente alla vista, il che può essere fondamentale nel caso dei prodotti di consumo. Le finiture superficiali lavorate offrono inoltre protezione contro la corrosione e gli agenti chimici oltre a conferire una superficie liscia e lucida. Ciò rende il prodotto durevole, soprattutto nelle condizioni estreme di utilizzo. 

Inoltre, queste finiture aumentano la conduttività includendo la conduzione elettrica e aumentando la conduttività del materiale. Ciò è particolarmente vero nelle applicazioni elettroniche. Infine, le finiture superficiali lavorate aumentano la resistenza del prodotto minimizzando l'attrito che indebolisce il prodotto rendendolo suscettibile all'usura. Ciò rende le parti più resistenti e affidabili nelle funzioni che devono svolgere.

Simboli e terminologie della rugosità superficiale

• Ra (rugosità media): Ciò definisce la media del punto più alto e del punto più basso della superficie nella lunghezza della superficie. Ha anche il nome di Center Line Average (CLA). 
• Rz (profondità media di rugosità): Questo calcola la media delle cinque maggiori differenze tra il massimo più alto e il minimo più basso. Per stabilire la rugosità si prendono queste misurazioni e poi si trova la rugosità media.  
• Rp (altezza di picco): Questa è la distanza tra la cresta e la linea mediana del contorno della superficie sulla lunghezza di valutazione. 
• Rv (profondità della valle): Ciò determina la deviazione del punto più basso del profilo di superficie dalla linea media del profilo di superficie per tutta la durata della valutazione. 
• Rmax (Altezza Massima del Profilo): Ciò definisce la differenza massima tra il punto più alto e quello più basso dell'intervallo di valutazione.

Eccone vari tipi simboli di finitura superficiale, e i loro significati 

=: Indica gli spazi dentali lasciati da un utensile da taglio e che sono paralleli alla superficie o vista illustrata nel disegno.  

⊥ : mostra i segni dell'utensile da taglio perpendicolari alla superficie o alla vista rappresentata nel disegno.  

X: Si riferisce ai segni lasciati dall'utensile da taglio e questi segni sono ad angolo retto tra loro.  

M: Si riferisce a scanalature solitamente create mediante lucidatura o lappatura e in questo caso il disegno può correre o non deve necessariamente essere in una direzione.  

C: Indica segni posizionati in cerchi concentrici al centro della superficie.  

R: Si riferisce ai segni sulla superficie lasciati dall'utensile da taglio e sono paralleli alla superficie e possono essere radiali.

Possibilità di ottenere una rugosità superficiale diversa Ra

La rugosità della superficie durante la lavorazione viene mantenuta ad un certo livello a seconda delle necessità del progetto. Non si tratta di un evento casuale ma pianificato e i valori sono generalmente stabiliti secondo norme come ISO 4287. Questi standard definiscono valori Ra compresi tra 25μm e 0 μm che sono rilevanti per una serie di operazioni di produzione e post-elaborazione. 

At Tecnologia ProLean, offriamo quattro livelli ra di rugosità superficiale comuni per le applicazioni di lavorazione CNC:

• 3. 2μm Ra 

• 1.6 micron Ra 

• 0.8 micron Ra 

•  0.4 micron Ra 

Il livello di rugosità non è lo stesso per tutte le applicazioni; dipende dall'uso specifico che si intende destinare ad una determinata superficie. I valori Ra di rugosità superficiale inferiori ai valori sopra menzionati dovrebbero essere specificati solo quando necessario perché richiedono maggiori sforzi, tempi e costi di lavorazione. Le operazioni di post-elaborazione non vengono generalmente utilizzate per ottenere risultati particolari indice di rugosità superficiale valori poiché i metodi non possono essere regolati con precisione e avranno un impatto sulla tolleranza dei componenti.  

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Confronto della rugosità superficiale per la lavorazione CNC

La rugosità della superficie determina la funzionalità, le prestazioni e la durata delle parti. Influisce sul coefficiente di attrito, sul rumore, sull'usura, sul calore e sull'adesione. Sebbene la levigatezza della superficie possa non essere molto importante in alcune applicazioni, è molto importante in altre, soprattutto in applicazioni ad alta tensione, stress elevato e vibrazioni elevate, gruppi di accoppiamento e movimento, parti a rotazione rapida e impianti medici. 

Di seguito sono riportati i livelli di rugosità superficiale offerti da Prolean Tech: 

• 3.2 micron Ra 

Questa finitura standard della macchina commerciale viene utilizzata per la maggior parte delle parti di consumo. È leggermente ruvido e presenta una superficie lucida con segni di tagli effettuati su di essa. Per le parti soggette a sollecitazioni, carichi e vibrazioni, la rugosità superficiale massima ra deve essere pari a 2 μm Ra e per l'accoppiamento di superfici mobili in cui il carico è leggero e il movimento è lento, è possibile applicare lo stesso standard. Questa finitura viene eseguita mediante alta velocità, avanzamento leggero e tagli leggeri. 

• 1.6 micron Ra 

Questa finitura presenta solo una debole indicazione dei segni di taglio e deve essere utilizzata su parti che richiedono sezioni aderenti e sollecitate. È adeguato per superfici a movimento lento e con bassa capacità di carico, ma non per parti rotanti ad alta velocità e parti con carichi di vibrazioni elevati. Questa rugosità superficiale viene creata ad alte velocità, con avanzamenti fini e tagli leggeri, in condizioni controllate. Per una lega di alluminio standard (ad esempio 3), questa opzione aggiunge circa il 1645% al ​​prezzo di produzione e, a seconda della complessità del pezzo, il costo può aumentare. 

• 0.8 micron Ra 

Spesso definita finitura superficiale di alta qualità, 0 μm Ra è una tolleranza più stretta da ottenere ed è anche più costosa. Ciò è necessario per le parti soggette a concentrazione di sollecitazioni e può essere impiegato per i cuscinetti quando il movimento è sporadico e i carichi sono piccoli. Per una lega di alluminio standard, questa finitura aumenta il prezzo di produzione di circa il 8% e più per le parti complicate. 

• 0.4 micron Ra 

0.4 μm Ra è la qualità di rugosità superficiale più liscia e più elevata, consigliata per i componenti sottoposti a tensione o sollecitazione e per quelli che ruotano molto velocemente come cuscinetti e alberi. Questa uniformità è la più difficile da ottenere e dovrebbe essere specificata solo quando è fondamentale per l'applicazione. Questa opzione aumenta il prezzo di produzione di una lega di alluminio standard di circa l'11-15% e oltre per le parti complesse.

Metodi di valutazione della finitura della rugosità superficiale 

È molto importante quantificare la finitura superficiale nella produzione per aiutarla a raggiungere lo standard e la funzionalità del prodotto. Tuttavia si possono utilizzare diversi metodi e ciascuno di essi è adeguato in funzione delle esigenze e della superficie da pulire. 

1. Misurazione del contatto diretto 

Per quanto riguarda le modalità di contatto, queste sono quelle che utilizzano uno strumento che entra in contatto con la superficie oggetto di studio. In questo caso viene solitamente utilizzato un profilometro a stilo. Lo stilo si muove su di esso e sembra che stia disegnando il contorno, i picchi e gli avvallamenti. Quindi forma un profilo da queste variazioni nello strumento, che viene utilizzato per analizzare i dati raccolti dagli studenti. 

 Uso: Estremamente appropriato per essere utilizzato in situazioni in cui è necessario effettuare alcune quantificazioni. Questo non è consigliato per materiali morbidi o per materiali che potrebbero essere schiacciati o rientrati poiché il contatto modificherà le caratteristiche della superficie. 

2. Misurazione senza contatto 

Le tecniche senza contatto utilizzano strumenti ottici o laser, ad esempio i microscopi a scansione laser. Questi dispositivi proiettano una luce sulla superficie e quindi catturano la luce riflessa nel tentativo di stabilire la rugosità della superficie. 

Uso: Utilizzato dove potrebbe essere necessario evitare di toccare la superficie poiché ciò potrebbe danneggiare il materiale, ad esempio su superfici sensibili o delicate. Questi metodi sono adatti anche per superfici irregolari, sebbene la loro efficacia dipenda dalla riflettanza e dal colore della superficie. 

3. Misurazione comparativa 

I metodi comparativi sono un modo per valutare una superficie rispetto a diverse caratteristiche che sono state definite in precedenza. A questo scopo esistono comparatori con valori di rugosità standard sulla superficie del componente. 

Uso: Sono rapidi, economici e possono essere utilizzati per la prima valutazione o quando il medico vuole semplicemente avere un'idea generale di ciò con cui ha a che fare. Tuttavia, non sono precisi quanto i metodi di misurazione diretti e sono più una misurazione percepita.

4. Misurazione durante il processo 

La misurazione formativa è l'esame della rugosità superficiale in una fase specifica del processo di produzione. Tra questi strumenti, alcuni profilometri o sensori in linea sono installati su macchine CNC per fornire informazioni sulla rugosità superficiale in tempo reale. 

Uso: Particolarmente adatto nelle applicazioni in cui il parametro monitorato deve essere controllato più spesso e in grandi quantità. Questa strategia è attiva e potrebbe non essere accurata come quelle adottate dopo la creazione del pezzo. 

5. Tecniche di profilazione 

Le tecniche di profilatura utilizzano un profilometro come il profilometro 3D per creare un profilo di superficie. Dà un'idea generale della superficie e della struttura della superficie. 

Uso: Principalmente adattato per i dipartimenti di ricerca e sviluppo dove è necessaria un'analisi superficiale aggiuntiva. È piuttosto complicato e richiede l'applicazione di tecniche piuttosto complicate e potrebbe anche richiedere molto tempo. 

6. Tecniche di misurazione dell'area 

In questo caso vengono utilizzati metodi di misurazione areali per misurare la rugosità di una superficie su un'area più ampia rispetto alla linea di contatto. Si tratta dei profilometri ottici e degli interferometri che offrono una visione generale della superficie studiata. 

Uso: Applicabile per superfici ruvide o quando interessa lo stato generale della rugosità superficiale (Ra). Meno adatto per l'analisi superficiale ad altissima risoluzione. 

7. Tecniche di microscopia 

Altre tecniche di caratterizzazione superficiale includono la microscopia elettronica che fornisce un'immagine notevolmente ingrandita della superficie e fornisce dati a livello micro. 

Uso: È molto utile nella ricerca e in qualsiasi campo in cui la precisione è fondamentale, ad esempio nella produzione di semiconduttori. Questi sono leggermente più complicati e richiedono l'utilizzo di determinati tipi di apparecchi

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Foglio informativo del grafico di misurazione della rugosità superficiale

Questo foglietto illustrativo fornisce un riferimento rapido per comprendere le varie finiture superficiali, aiutandoti a scegliere la finitura giusta per la tua applicazione.

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Come si possono ottenere diversi livelli di rugosità superficiale?

Migliori misure di rugosità superficiale può essere modificato da progettisti e produttori per garantire la costanza delle caratteristiche del prodotto. Il grado di ruvidità definisce il modo in cui una parte interagirà con l'ambiente poiché definisce usura, lacerazione e corrosione. Inoltre, alcuni parametri di rugosità sono utili per migliorare l'adesione del rivestimento o migliorare la conduttività. 

I valori Ra vengono solitamente applicati per misurare la rugosità della superficie e i valori standard sono dell'ordine di 12.5 μm Ra (molto ruvido) a 0.4 μm Ra (molto liscio). Le varie tecniche utilizzate nella creazione dei vari tipologie di finiture superficiali dipendono dall'uso specifico a cui è destinato il prodotto. 

Finitura come lavorata

Come pezzo finito lavorato

Una finitura così lavorata mantiene la tolleranza prossimale, generalmente fino a ± 0 mm o migliore. Questa finitura viene eseguita immediatamente dopo la lavorazione meccanica e con l'uso di CAM o produzione assistita da computer per una precisione a seconda del progetto. Questo metodo è però più economico in quanto non prevede ulteriori spese aggiuntive per altre finiture, la superficie può presentare segni degli utensili utilizzati e presenta un aspetto sbiancato. Questa finitura è ideale per prototipi, attrezzature e maschere in cui il costo del prodotto finito e la precisione rappresentano un problema. 

Finitura sabbiata

Parte di finitura superficiale con pallinatura

Ottenuta sparando minuscole perle di vetro sulla superficie con l'aiuto di una pistola ad aria compressa, la sabbiatura produce una finitura opaca o satinata con un disegno moderato. Questo metodo aiuta anche a mimetizzare i segni lasciati dal processo di lavorazione e fornisce una superficie lucida. Tuttavia, non consente di definire le dimensioni ad un livello elevato di dettaglio, il che è svantaggioso per i progetti che necessitano di un'elevata dimensionalità. L'unico fattore che cambia nella sabbiatura è la dimensione delle perle di vetro utilizzate. 

Anodizzazione

Parti anodizzate 

L'anodizzazione è un processo elettrolitico di formazione di una pellicola protettiva di ossido finitura superficiale del metallo componenti. La parte è immersa in un bagno acido ed è collegata a una fonte elettrica e il rivestimento cresce in tutte le direzioni. Questo metodo consente un controllo dimensionale migliore rispetto alla sabbiatura e fornisce una superficie dura elettricamente non conduttiva. L'anodizzazione viene effettuata principalmente su alluminio e titanio e loro leghe.

Anodizzazione di tipo II

L'anodizzazione standard o l'anodizzazione di tipo II danno come risultato una superficie trasparente o colorata con uno spessore massimo di 25 μm. Questa finitura è utile per le parti che richiedono una superficie esterna dura e liscia che sia esteticamente accattivante. È più economico e offre una protezione e un aspetto abbastanza buoni.  

Anodizzazione di tipo III

Il tipo III è un processo più sviluppato chiamato anodizzazione “a rivestimento duro”, che utilizza una densità di corrente più elevata e controlla rigorosamente la temperatura della soluzione, che viene mantenuta a zero gradi Celsius. Questo metodo fornisce uno strato più spesso di circa 125μm e presenta migliori caratteristiche di durezza e corrosione. Sebbene sia più costosa delle altre due, l'anodizzazione di Tipo III è adatta per applicazioni ingegneristiche ad alto stress che richiedono una protezione aggiuntiva.

Come selezionare la giusta tecnica di finitura superficiale?

Selezionare la giusta tecnica di finitura superficiale è fondamentale per il successo del tuo progetto. Ecco una guida passo passo per aiutarti a prendere la decisione migliore. 

1. Identificare il materiale: Bisogna capire che esistono diversi modi in cui i vari materiali devono essere trattati per ottenere la finitura richiesta. Innanzitutto, identifica il materiale che utilizzerai in modo da poter selezionare la tecnica giusta da applicare. 
2. Definire lo scopo della finitura: Pensa a cosa desideri dalla finitura superficiale: aspetto estetico, migliore protezione dalla corrosione o minore attrito. Pertanto, a seconda della funzione del prodotto, questo determinerà la tua scelta. 
3. Rivedere le tecniche di finitura disponibili: Scopri la finitura che può essere applicata al materiale che intendi utilizzare. Ad esempio, l'anodizzazione viene applicata all'alluminio mentre la passivazione viene applicata all'acciaio inossidabile. 
4. Valutare i requisiti estetici: Se l'aspetto dell'articolo è un problema, la levigatura o l'incisione laser potrebbero essere più adatte per ottenere la finitura desiderata.  
5. Valutare le esigenze di durabilità: Per le altre aree che si prevede siano soggette a elevata usura, potrebbero essere necessari rivestimenti più duri come il DLC per la parte. 
6. Considera le esigenze di manutenzione: Esistono vari tipi di finitura e tutte hanno la loro tipologia e tutte necessitano di qualche forma di manutenzione. Pensa a quanto tempo sei disposto a dedicare alla manutenzione del prodotto durante tutto il suo ciclo di vita. 
7. Prova la finitura: Si consiglia prima di applicare la finitura su larga scala, di effettuare una prova su una piccola porzione del materiale per verificare se è conforme ai requisiti. 
8. Fattore di impatto ambientale: Alcuni processi di finitura hanno un impatto maggiore sull’ambiente rispetto ad altri. Se i fattori ambientali ti preoccupano, allora è meglio optare per altri modi non dannosi. 
9. Limiti di spesa: Infine, valuta il costo della tecnica di finitura sulla scala della somma complessiva di denaro che sei disposto a spendere. Assicurati che il metodo scelto sia economico ma allo stesso tempo in grado di soddisfare tutti i requisiti del progetto.

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Conclusione

La rugosità superficiale nei moderni processi di produzione è normalmente costosa e difficile da ottenere. Pertanto, se si vuole implementare la tecnica di finitura superficiale corretta sulle parti fabbricate, è necessario utilizzare quella corretta. Pertanto, per ottenere i risultati desiderati è necessario comprendere la natura dell'indurimento superficiale del materiale. Per quanto riguarda le soluzioni di finitura superficiale, vale la pena ricordare che l'azienda che può offrirti servizi professionali a un prezzo ragionevole è ProLeanTech. Il personale di cui disponiamo è ben addestrato in modo da poter applicare la tecnica giusta che fornirà le giuste specifiche di finitura superficiale. 

Superficie ProLeanTech Servizio di finitura

Forniamo ai nostri clienti rapporti di ispezione dimensionale (DIR) presso ProLeanTech. Alcune delle operazioni di finitura eseguite includono anodizzazione, galvanica, sabbiatura, lucidatura, spazzolatura, ecc. I nostri servizi sono focalizzati sulla fornitura dei migliori servizi di qualità per ottenere il miglior risultato per i vostri prodotti. Contattaci subito e ottieni un preventivo dai nostri esperti per il tuo progetto!