表面仕上げの測定と理解

表面仕上げは、レイ、うねり、および粗さの 3 つの重要な要素で構成される、表面の全体的なテクスチャの測定値です。レイとは、多くの場合、製造プロセス自体によって生成される表面の支配的なパターンを指し、うねりは表面仕上げの周期的な変動を測定し、粗さは表面のプロファイルの相対的な滑らかさの計算です。

表面仕上げは美観だけでなく、多くの場合、部品が最終使用環境でどのように反応し、機能するかを決定します。粗い表面仕上げは、磨耗しやすく、一部の用途では破損や腐食の機会を生み出す可能性があります。ただし、完全に滑らかな仕上げよりも、傷や欠陥を隠すのに役立ちます.

粗さは、表面仕上げの最も一般的に参照される要素です。実際、「表面粗さ」は、多くの機械工が「表面仕上げ」と言うときに実際に意味するものです。この記事では、表面仕上げの測定方法について説明する際に、粗さを含む (ただしこれに限定されない) 包括的な用語として「表面仕上げ」を使用します。

表面仕上げの測定方法

表面仕上げは、直接測定、非接触、比較、工程内測定など、さまざまな方法で測定できます。

直接測定または「接触」法では、レコード プレーヤーの針のようなスタイラスを使用して、粗さパラメータのプロファイルを作成することで表面仕上げを物理的に測定します。非接触方式では、このスタイラスを光学センサーとライトまたは超音波パルスに置き換えます。

比較方法には、同じ装置またはプロセスを使用して表面仕上げサンプルを作成することが含まれます。通常、単純な視覚的または触覚的な検証を含むこれらの手法は、粗さパラメーターが近似値のみである必要がある場合に役立ちます。ただし、これらの方法は、細かい部分や厳しい公差の検証には明らかに理想的ではありません。インプロセス メソッドは、マシン ビジョン、磁気インダクタンス、超音波などの技術を使用して達成される、生産プロセスの途中で比較粗さパラメーターを決定します。

特に表面粗さの測定に関しては、プロファイリング、面積、および顕微鏡法という 3 つの主要な方法タイプがあります。プロファイリング技術では、高解像度の走査プローブを使用して部品の表面を測定します。光学的または超音波散乱などのエリア技術は、表面の領域を測定し、統計モデルを使用して部品の残りの表面トポロジーを推定します。

電子顕微鏡技術により、機械工は表面仕上げを詳細に調べることができますが、これらのツールは視野が狭いという制限があります。電子顕微鏡が動作するスケールでは、常に表面のごく一部しか見ることができないため、平均粗さパラメーターを確立するには複数回のスキャンが必要です。

表面粗さチャートの理解

表面仕上げチャートを初めて見ると、これまでに見たことのないさまざまな略語が見つかる可能性があります。知っておくべき最も一般的に使用される 3 つの表面粗さ記号とパラメーターを次に示します。

• ラー は、表面仕上げの測定に最もよく使用される測定基準で、部品の平均表面粗さの尺度です。 Ra は平均線からの粗さプロファイルの偏差を測定します。 Ra 表面仕上げチャートは、通常、絶対値に使用されますが、表面トポロジーを定義、評価、および再現しようとするときに、他のパラメーターを非常に貴重なものにするいくつかの欠点があります。 Ra は米国で最も一般的に使用されています。
• Rmax は、表面の山と谷の垂直距離を測定し、Ra 表面仕上げチャートでは簡単に検出できないバリ、傷、その他の異常を検出するのに理想的です。
• Rz 表面プロファイルの平均最大高さの尺度です。このパラメータは、サーフェス全体の山と谷の間の 5 つの最大差の平均値から計算されます。 Ra パラメーターは、いくつかの極端な値に対して鈍感である場合があり、測定に欠陥があったり不正確であったりする可能性があります。Rz は、これらのエラーの可能性を排除するのに役立ちます。 Rz は国際的に最もよく使用されます。

表面仕上げチャートは通常、マイクロメートルまたはマイクロインチで測定されます。測定値が小さいほど、表面仕上げが細かくなります。いくつかの数字を実用的な言葉で表すと:

• 部品のマイクロメートル定格が 12.5 の場合、マイクロインチ定格は 500 です。これは、粗い送りと重切削による可能性が最も高い粗い低品位の表面仕上げが部品にあることを意味します。
• 部品のマイクロメートル定格が 3.2 の場合、マイクロインチ定格は 125 です。これは、部品に推奨される最も粗い種類の表面であり、高い応力、負荷、または振動に耐える必要がある部品によく使用されます。
• 部品のマイクロメートル定格が 0.8 の場合、マイクロインチ定格は 32 です。これは、厳密に制御された条件を必要とする高度な機械加工表面仕上げですが、円筒研削盤、センタレス研削盤、または平面研削盤で比較的簡単に実現できます。連続的な動きや重い負荷に対応しない部品に最適な表面仕上げ

詳細については、完全な表面仕上げチャートを参照してください。

適切な製造パートナーと共に適切な表面仕上げを得る

適切な表面仕上げを達成することは、部品を顧客にとって美的に魅力的にするだけではありません。また、作品が意図したとおりに機能することを確認するのにも役立ちます。表面粗さはさまざまな方法で測定できますが、この記事に記載されている手法は、表面仕上げの測定方法に関する非常に一般的な調査です。

このテーマはすぐに複雑になる可能性がありますが、それが Fast Radius の専門家がここにいる目的です。部品の設計から後処理、表面仕上げまで、当社のエンジニア チームは、お客様が部品に対して可能な限り最高の結果を達成できるように支援する準備ができています。