Tässä artikkelissa käsitellään pinnankarheuden perusteita ja esitellään useita käytännössä toimiviksi todettuja vinkkejä sorvauspinnan laadun parantamiseen.
Pinnanlaadun ymmärtäminen
Pinnanlaatu, jota usein kuvataan pinnankarheutena, antaa numeerisen arvon siitä, kuinka sileältä pinta näyttää. Mittaus on haastava, sillä kolmiulotteinen visuaalinen ominaisuus muunnetaan yhdeksi numeeriseksi arvoksi.
Pinnankarheutta voidaan mitata kolmella päämenetelmällä:
• Mekaaninen skannaus: Yleisimmin käytetty menetelmä, jossa mittaus tapahtuu styluksella, joka kulkee pitkin pintaa ja tallentaa mikroskooppiset huiput ja laaksot lineaarisesti. Näin saatu profiili (katso alla oleva Surface Finish Scan -kaavio) analysoidaan matemaattisesti pinnanlaatuarvon saamiseksi.
• Visuaalinen arviointi: Perinteinen menetelmä, jossa pintaa verrataan silmämääräisesti viitesarjaan eri karheusasteita.
• Optinen digitaaliskannaus: Korkean resoluution digitaalikamera tutkii pinnan optisesti ja tietokone laskee pinnanlaatuarvon.
Pinnanlaadun mittayksiköt
Pinnanlaatua mitataan useilla yksiköillä, joista yleisimmät ovat Ra ja Rz. Näiden kahden ero aiheuttaa usein sekaannusta, joten selvennetään niitä.
Ra, eli roughness average, on käytetyin yksikkö. ASME B46.1 -standardin mukaan Ra on pinnan korkeuserojen aritmeettinen keskiarvo arviointipituuden keskiviivaan nähden. Käyttäen samoja parametreja kuin Surface Finish Scan -kaaviossa, arvo lasketaan yllä esitetyllä kaavalla.
Rz, eli Peak to Valley -keskiarvo, on toiseksi yleisin. Siinä mitataan korkeimman huipun ja syvimmän laakson välinen pystyetäisyys mitatulla profiililla. Viisi korkeinta huippua ja viisi syvintä laaksoa mitataan, ja niiden erot keskiarvoistetaan. Rz-arvot ovat aina suurempia kuin Ra-arvot.
Usein kysytään, voiko Ra- ja Rz-arvoja muuntaa toisikseen. Suoraa muunnosta ei voi tehdä, sillä ne kuvaavat eri ominaisuuksia. Tämä on kuin kysyisi, miten pituus voidaan muuntaa painoksi – suora muunnos ei ole mahdollinen, vaikka tilastollisia arvioita voidaan tehdä.
Tilastollisen analyysin avulla voidaan kuitenkin ennustaa todennäköinen Rz-alue tietylle Ra-arvolle. Käytännössä tähän voi käyttää muunnostaulukoita tai verkkotyökaluja (esim. Ra/Rz conversion tool).
Pinnanlaadun kaava ja keskeiset havainnot
Sopivien toimenpiteiden ymmärtäminen alkaa pinnanlaadun kaavan tuntemisesta.
Kaavan tarkastelu paljastaa kolme tärkeää seikkaa:
- Syöttönopeuden pienentäminen parantaa pinnanlaatua.
- Suurempi kulman säde parantaa pinnanlaatua.
- Koska säde on kaavassa korotettuna toiseen potenssiin, sen vaikutus optimointiin on huomattavasti suurempi.
Kaavaa voi kokeilla käytännössä Machining Doctor -verkkosivuston Surface Quality Calculator -työkalulla.
Työkappaleen ja työkalun kiinnitys
Työkappaleen ja työkalun tukeva kiinnitys on ratkaisevaa hyvän pinnanlaadun saavuttamiseksi. Jos jompikumpi on huonosti kiinnitetty, syötön ja kulman säteen optimoinnista ei ole hyötyä.
Kun pinnanlaatu on etusijalla, käytä korkealaatuista voimaholkkia ja tarkkuusleukoja. Parhaaseen tulokseen päästään, kun leuat hiotaan työkappaleen halkaisijaan sopiviksi, mikä lisää kosketuspintaa ja vähentää heittoa.
Kun työkappale on kunnolla kiinnitetty, seuraava vaihe on työkalun vakauttaminen:
• Käytä ulkoisissa työkaluissa Capto (ISO 26623) -varret tai vastaavat edistyneet kiinnitysjärjestelmät perinteisten neliövarsien sijaan.
• Sisäisissä työkaluissa suosi urallisia kutistusholkkeja perinteisen ruuvikiinnityksen sijasta.
• Vähennä työkalun ulottumaa niin paljon kuin mahdollista – jopa pienet muutokset parantavat jäykkyyttä merkittävästi. Tankojen taipumakaava osoittaa, että taipuma kasvaa suoraan verrannollisesti ulottuman kuutioon.
Lisävinkkejä pinnanlaadun parantamiseen
• Valitse terävämpi, hiottu leikkuusärmä.
• Suuremmat (positiiviset) sivu- ja päävapaakulmat pienentävät kappaleeseen kohdistuvaa painetta, vähentävät tärinää ja parantavat pinnanlaatua.
• Vältä Build-Up-Edge -ilmiötä (BUE). Kun leikkuureunaan alkaa kertyä materiaalia, muut optimointitoimet eivät enää auta. Yleensä ongelma poistuu nostamalla leikkuunopeutta. Myös kovametallilaatujen vaihto ja terävämmän särmän käyttö voivat auttaa.
• Käytä sopivaa lastunmurtajaa, joka ohjaa lastut pois kappaleen pinnalta ja estää naarmuuntumisen.
Hyvä pinnanlaatu ei koskaan synny vain yhtä tekijää säätämällä – tarvitaan kokonaisvaltainen lähestymistapa, jossa otetaan huomioon kaikki vaikuttavat tekijät mahdollisimman laajasti.
Kuvat: Cutting Tool Engineering
Käännös: Toimitus
Lähde ja alkuperäinen teksti: Cutting Tool Engineering
