صافی سطح در نقشه کشی چیست؟

تعریفی از صافی سطح قطعه

در فرآیند ماشینکاری قطعات یک ویژگی فیزیکی بسیار مهم که تاثیر فراوانی در کیفیت نهایی قطعه و بالطبع عملکرد و عمر مفید آن دارد، وجود دارد. این ویژگی به نام صافی سطح (surface roughness) شناخته می شود. میزان ناهمواری و اختلاف ارتفاع در مقیاس میکروسکوپی در سطح یک قطعه به زبری و صافی در آن قطعه اشاره دارد که ناشی از فرآیند ماشینکاری، تراشکاری، فرزکاری، سنگ زنی و … است.

در این مقاله به مفهوم صافی سطح قطعه و اهمیت آن، روش های اندازه گیری و استانداردهای مربوطه می پردازیم.

چرا صافی سطح مهم است؟

صافی سطح به چند دلیل تاثیر مستقیمی بر ویژگی های فیزیکی قطعه تولید شده دارد، برخی از این دلایل عبارتند از:

عملکرد قطعه:

هرچه میزان صافی سطح قطعه بیشتر بوده، اصطکاک و سایش کمتری بین قطعات با بیشترین تماس رخ خواهد داد و در نتیجه از میزان خرابی ها هم کاسته خواهد شد. بطور مثال سطوح صاف در پیستون ها و سیلندرها باعث کاهش سایش و بهبود عملکرد آنها خواهد شد.

کیفیت و زیبایی قطعه:

ظاهر قطعه تولیدی در بعضی موارد مانند وسایل خانگی و مصرفی اهمیت ویژه ای داشته و سطح صیقلی جلوه بهتری دارد.

مقاومت قطعه نسبت به خوردگی:

هرچه سطح قطعه صاف تر باشد، کمتر مستعد تجمع آلودگی و رطوبت که یکی از دلایل خوردگی ست می باشد. همچنین می تواند نقاط ضعف و ترک های سطحی قطعه را کاهش دهد.

اتصال دقیق قطعات:

در برخی از موارد نیاز به اتصال محکمتر و با دقت بالا در قطعات وجود دارد که به معنی صافی سطح بالا در قطعات می باشد. همانند اتصال دقیق قطعات در موتورهای پیشرفته صنایع خودرو سازی و هوافضا، در ابزار دقیق، در صنایع الکترونیک برای بهبود هدایت الکتریکی و حرارتی و همچنین در تجهیزات پزشکی که صافی سطوح منجر به عدم تجمع آلودگی ها و باکتری ها می گردد.

پارامترهای صافی سطح:

میزان همواری سطح قطعه بر اساس نوع فرآیند تولید و ابزارهای استفاده شده در آن متفاوت خواهد بود. برای اندازه گیری صافی سطح قطعات از پارامترهایی مانند متوسط زبری (Ra)، بلندترین زبری (Rz)، ریشه متوسط مربعات (Rq) استفاده می شود. واحد اندازه گیری آن میکرومتر (μm) است.

متوسط زبری (Ra): میانگین مطلق ناهمواری‌های روی سطح
بلندترین زبری (Rz): فاصله بین بلندترین و پایین ترین نقطه ناهمواری در طول اندازه گیری شده
ریشه متوسط مربعات (Rq): ریشه میانگین مربعات ناهمواری های سطح

ﻣﻘﺪار Ra (میانگین زبری سطح) بسته به فرآیند و دقت مورد نیاز در تولید قطعه متفاوت است.

جدول مقدار Ra در برخی از فرآیندهای ماشینکاری قطعه:

میزان Ra در فرآیند تراشکاری، فرزکاری، سوراخ کاری، سنگ زنی، خراطی، اره کاری، برش و ….در جدول زیر نمایش داده شده است.

نمادهای صافی سطح در نقشه کشی صنعتی:

در نقشه های صنعتی برای اینکه اطلاعات دقیقی از سطح قطعه به تولید کنندگان داده شود از نمادهای خاصی استفاده می شود:

عنوان

توضیح

نماد

نماد پایه صافی سطح

نیاز به پرداخت خاصی نمی باشد.

نماد با پرداخت

سطح قطعه باید ماشینکاری گردد تا به صافی مدنظر برسد.

نماد بدون پرداخت

این نماد بدین معنی است که قطعه تولید شده نباید ماشینکاری گردد.

نماد باقی ماندن سطح بدون پرداخت

سطح به هر روشی تولید شده (با ماشینکاری یا بدون ماشینکاری) به همان صورت بماند و پرداخت دیگری انجام نشود.

نماد مقدار سطح با مقدار مشخص صافی

سطح تولید شده با هر روشی، باید به مقدار مشخصی از صافی (Ra) برسد.

نماد سطح با براده برداری ماشینی

سطح با براده برداری ماشینی و به مقدار مشخص Ra برسد.

نماد قطعه بدون ماشینکاری با صافی مشخص

قطعه تولیدی بدون ماشینکاری است اما باید پرداخت مشخص شده را دارا باشد.

نماد سطح با ماشینکاری ویژه

کارهای آبکاری، سخت کاری، رنگ کاری و..روی قطعه ماشینکاری شده با صافی مشخص انجام شود.

یادآوری طول نمونه

اگر لازم به یادآوری طول نمونه باشد زیر رادیکال درج می شود.

کنترل عمود جهت تولید
(خواب ابزار یا شیار)

جهت تولید عمود بر سطح علامت گذاری شده است.

کنترل موازی جهت تولید
(خواب ابزار یا شیار)

جهت تولید موازی با سطح علامت گذاری شده است.

کنترل ضربدری جهت تولید

برای سطحی که جهت تولید با سطح علامت گذاری شده حالت ضربدری دارد.

روش های اندازه گیری صافی سطح:

برای اندازه گیری صافی سطح از روش های مختلفی استفاده می شود، از جمله دستگاه های پروفیلومتر و ابزارهای نوری. در اینجا به معرفی چند روش اندازه گیری می پردازیم:

پروفیلومتری تماس (contact profilometry):

در این روش دستگاه پروفیلومتر بر روی سطح حرکت نموده و با استفاده از یک سوزن، ناهمواری ها را ثبت می کند.

پروفیلومتری بدون تماس (Non-contact profilometry):

در حالت بدون تماس از پراب برای ثبت ناهمواری ها استفاده نمی شود بلکه از ابزارهایی مانند لیزر یا نور سفید بهره برده می شود. دستگاه با ارسال پرتو نور به سطح قطعه و تحلیل انعکاس دریافت شده، اطلاعات ناهمواری سطح آن را بدست می آورد.

تداخل سنج نوری (optical interfrometry):

در این شیوه با ارسال و ترکیب پرتوهای نور، ناهمواری های سطح قطعه با دقت بالا محاسبه می شود.

میکروسکوپ الکترونی (SEM-scaning electron microscopy):

برای اسکن سطح قطعه با وضوح بالا از الکترونها استفاده می شود. این شیوه برای دریافت جزییات بسیار دقیقی از سطوح کاربرد دارد.

پروژکتورهای نوری (optical comparators):

دستگاه های زبری سنج (Roughness tester):

برای اندازه گیری پارامترهای صافی سطح Ra, Rz, Rq از این دستگاه استفاده می شود. این دستگاه ها هم بصورت تماسی و هم غیر تماسی توانایی اندازه گیری صافی سطوح را با دقت بالا دارند.

نتیجه گیری:

صافی سطح از پارامترهای مهم تولید قطعات در صنعت می باشد که نیازمند انتخاب فرآیند مناسب برای هر کاربرد خاص در تولید است. البته باید این نکته را هم در نظر داشت که برای تولید سطوح بسیار صاف هزینه زیادی مورد نیاز است بدون اینکه کارایی زیادی ایجاد کند.

با بکارگیری تکنیک های اندازه گیری مناسب و بهبود صافی سطح، هزینه های تعمیر و نگهداری را ضمن بهبود کیفیت و عملکرد قطعات تولید شده می توان تاحدی کاهش داد.