تصور کنید که یک قطعه فلزی با دقت ساخته شده را در دست دارید که به صورت آینه ای به پایان رسیده و به راحتی لمس می شود.تصویر یک قسمت دیگر با یک سطح کمی خشن است که ایجاد اصطکاک قابل اعتماداین تجربه های لمس مشخص از یک پارامتر مهم تولید ناشی می شود.خشکی سطح نه تنها بر ظاهر یک قطعه تاثیر می گذارد بلکه به طور مستقیم بر عملکرد آن تأثیر می گذارد، دوام و عملکرد کلی. چگونه می توانیم خشکی سطح را درک و کنترل کنیم؟ چگونه باید پایان مناسب سطح را برای نیازهای خاص پروژه انتخاب کنیم؟این مقاله تجزیه و تحلیل عمیق از خشکی سطح در ماشینکاری CNC را برای کمک به ایجاد محصولات برتر ارائه می دهد.

خشکی سطح، ناهنجاری های میکروسکوپی روی سطح یک قطعه را اندازه گیری می کند. به عبارت ساده، انحراف سطح واقعی از یک سطح ایده آل را منعکس می کند.انحرافات بزرگتر منجر به سطوح خشن تر می شود، در حالی که انحرافات کوچک تر باعث ترشحات صاف تر می شود. این انحرافات به اشتباهات شکل کلان اشاره نمی کند بلکه به قله ها و دره های میکروسکوپی است.

در ماشینکاری CNC ، خشکی سطح بسیار مهم است زیرا به طور مستقیم بر نحوه تعامل قطعات با محیط آنها تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، سطوح صاف اصطکاک در قطعات کششی را کاهش می دهد ،افزایش مقاومت در برابر لباس، در حالی که سطوح خشن تر در صورت نیاز به اصطکاک بیشتر ترجیح داده می شود. بنابراین، درک و کنترل خشکی سطح برای اطمینان از عملکرد مطلوب قطعه کلیدی است.

خشکی سطح به طور قابل توجهی بر عملکرد و عملکرد قطعات به چندین روش تأثیر می گذارد:

• اصطکاک و فرسایش:سطوح صاف تر دارای ضریب اصطکاک پایین تری هستند که باعث کاهش فرسایش می شوند.سطوح صاف برای افزایش عمر و بهبود بهره وری عملیاتی ضروری است.
• عملکرد مهر و موم:خشکی سطح بر اثربخشی مهر و موم تأثیر می گذارد. سطوح خشن ممکن است باعث نشت شوند، در حالی که سطوح صاف مهر و موم بهتری را فراهم می کنند که برای سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک حیاتی است.
• قدرت خستگی:سطوح خشن می توانند غلظت تنش ایجاد کنند، شروع و گسترش ترک خستگی را تسریع می کنند و در نتیجه طول عمر قطعات را کاهش می دهند. اجزای با تنش بالا نیاز به تنش سطح کنترل شده دارند.
• چسبندگی پوشش:خشکی سطح بر قدرت چسبندگی پوشش ها، رنگ ها یا چسب ها تأثیر می گذارد. خشکی مناسب، پیوند مکانیکی را افزایش می دهد.اما خشکی بیش از حد ممکن است منجر به استفاده نامناسب یا پوست شود..
• زیبایی شناسی:خشکی سطح به طور مستقیم بر ظاهر تاثیر می گذارد. سطوح صاف به طور معمول درخشش و جذابیت بصری بهتری را ارائه می دهند، در حالی که سطوح خشن تیره به نظر می رسند. محصولات با خواسته های زیبایی شناختی بالا،مانند لوازم الکترونیکی مصرف کننده یا فضای داخلی خودرو، نیاز به توجه دقیق به خشکی سطح دارد.

رایج ترین اندازه گیری خشکی سطحی، "خشکی متوسط" است که معمولاً به عنوان "Ra" بیان می شود." ارزش Ra نمایانگر میانگین حسابی از فاصله های مطلق بین نقاط پروفایل سطح و یک خط مرکزی استبه عبارت ساده، مقادیر پایین تر Ra نشان دهنده سطوح صاف تر است، در حالی که مقادیر بالاتر نشان دهنده پایان های خشن تر است.

دیگر پارامترهای رایج خشکی سطح عبارتند از:

• Rz:حداکثر ارتفاع پروفایل، اندازه گیری فاصله عمودی بین بالاترین قله و پایین ترین دره در طول ارزیابی.
• Rp:ارتفاع قله، اندازه گیری فاصله عمودی از بالاترین قله تا خط مرکزی.
• ر.و:عمق دره، اندازه گیری فاصله عمودی از پایین ترین دره تا خط مرکزی.
• Rmax:حداکثر ارتفاع پروفایل که نشان دهنده بزرگترین فاصله عمودی بین قله ها و دره ها در طول ارزیابی است.
• RMS:خشکی مربع معادل ریشه، محاسبه مربع معادل ریشه فاصله از نقاط پروفایل تا خط مرکزی.

برای درک بهتر خشکی سطح، مهم است که این اصطلاحات رایج را بشناسیم:

• Ra (معدنی حسابی خشن):میانگین ریاضی مسافت های مطلق از نقاط پروفایل تا خط مرکزی بیشترین پارامتر خشکی سطحی مورد استفاده است.
• Rz (حداقل خشکی ارتفاع):فاصله عمودی بین بالاترین قله و پایین ترین دره در طول ارزیابی
• Rp (بالاترین ارتفاع قله):فاصله عمودی از بالاترین قله تا خط مرکزی در طول ارزیابی.
• Rv (حداکثر عمق دره):فاصله عمودی از پایین ترین دره تا خط مرکزی در طول ارزیابی.
• Rmax (حداکثر ارتفاع پروفایل):بزرگترین فاصله عمودی بین قله ها و دره ها در طول ارزیابی
• RMS (طول مربع معادل ریشه):معادل مربع فاصله از نقطه پروفایل تا خط مرکز.

انتخاب خشکی مناسب سطح نیاز به در نظر گرفتن چندین عامل دارد:

• عملکرد بخش:عملکردهای مختلف نیاز به سطوح مختلف خشکی دارند. اجزای کششی برای کاهش اصطکاک به سطوح صاف نیاز دارند، در حالی که کاربردهای با اصطکاک بالا نیاز به فرآوری خشن تر دارند.
• ماده:مواد مختلف دارای ویژگی های ماشینکاری متمایز هستند. برخی از مواد به راحتی سطوح صاف را به دست می آورند، در حالی که برخی دیگر برای پایان خشن مناسب تر هستند.
• فرآیند ماشینکاری:فرایندهای مختلف سطح خشکی متفاوتی را تولید می کنند. پیسیدن دقیق و پولیش کردن سطوح بسیار صاف را ایجاد می کند، در حالی که شسته شدن شن بافت های خشن تری را تولید می کند.
• هزینه:خشکی سطح با هزینه های ماشینکاری مرتبط است. به طور کلی، سطوح صاف تر هزینه ها را افزایش می دهند، بنابراین ملاحظات اقتصادی باید نیازهای عملکردی را متعادل کنند.
• بعد از پردازش:اگر قطعات نیاز به درمان های اضافی مانند پوشش یا نقاشی داشته باشند، تاثیر خشکی سطح بر این فرآیندهای باید در نظر گرفته شود.

محدوده های رایج خشکی سطح شامل:

• 3.2 μm Ra:مناسب برای اکثر قطعات با نشانه های قابل مشاهده ماشینکاری اما لمس صاف مناسب برای برنامه های کاربردی با الزامات کم خشکی سطح.
• 1.6 μm Ra:مناسب برای قطعات مورد نیاز برای کنترل خشکی متوسط، با نشانه های کمتر ماشینکاری و احساس صافتر در قطعات کششی و مهر و موم استفاده می شود.
• 0.8 μm Ra:برای قطعات با دقت بالا با حداقل علائم قابل مشاهده و سطوح بسیار صاف مناسب برای ابزار دقیق و عناصر نوری.
• 0.4 μm Ra:برای قطعات بسیار دقیق با فرآوری آینه ای و بدون نشانه های قابل مشاهده ماشینکاری که در قطعات الکترونیک مصرفی و هوافضا استفاده می شود.

فرایندهای مختلف CNC به محدوده های مختلف خشکی می رسند:

توجه: این محدوده ها تقریبی هستند؛ خشکی واقعی سطح به مواد، ابزار و پارامترهای برش بستگی دارد.

روش های مختلف کنترل خشکی سطح:

• انتخاب فرآیندهای مناسب:تکنیک های مختلف سطح خشکی متفاوتی را به دست می آورند. آسیاب دقیق سطوح صاف را ایجاد می کند، در حالی که شن و ماسه کردن بافت های خشن را تولید می کند.
• تنظیم پارامترهای برش:سرعت برش، سرعت ورودی و عمق بر خشکی تاثیر می گذارد. به طور کلی، سرعت پایین تر و سرعت ورودی باعث می شود تا پایان نرم تر شود.
• انتخاب ابزار مناسب:مواد ابزار، هندسه و تیز بودن بر کیفیت سطح تاثیر می گذارد. انتخاب ابزار بهینه نتایج ماشینکاری را بهبود می بخشد.
• استفاده از خنک کننده:خنک کننده ها دمای برش و فرسایش ابزار را کاهش می دهند و سطح را بهبود می بخشند.
• بعد از پردازش:درمان های اضافی مانند شن و ماسه، پولیش یا پوشش می تواند خشکی سطح را بیشتر تغییر دهد.

فراتر از کنترل مستقیم فرآیند CNC، درمان های سطحی مختلف عملکرد و ظاهر قطعه را افزایش می دهد:

• شن و ماسه زدن:پروژکتور آبریزوی با سرعت بالا، خستگی ها و اکسیداسیون را از بین می برد و در عین حال خشکی یکنواخت ایجاد می کند.
• آنودیزه کردن:اکسیداسیون الکتروشیمیایی لایه های محافظتی را بر روی آلومینیوم / تیتانیوم ایجاد می کند که مقاومت در برابر فرسایش / خوردگی را افزایش می دهد و اجازه رنگ آمیزی را می دهد.
• پوشش بدون برق:رسوب شیمیایی فلز بدون برق مقاومت در برابر فرسایش / خوردگی و جوش پذیری را بهبود می بخشد.
• الکتروتراپی:رسوب فلز الکترولیتی مقاومت در برابر فرسایش/ خوردگی و رسانایی را افزایش می دهد.
• نقاشی:پوشش سطحی برای حفاظت، تزئینات یا عملکردهای ویژه مقاومت در برابر خوردگی / فرسایش و ضد آب و هوا را بهبود می بخشد.
• پولیش کردن:حذف مکانیکی/شیمیایی میکرو پروپروژن ها باعث ایجاد سطوح صاف می شود که درخشش و کاهش اصطکاک را افزایش می دهد.

خشکی سطح را می توان با استفاده از:

• پروفيلومتر هاي تماس:دستگاه های استیلاس دقیق که جابجایی عمودی را در امتداد سطوح اندازه گیری می کنند دقت بالا اما به طور بالقوه سطح را آسیب می رساند.
• پروفیلمترهای بدون تماس:اسکنرهای نوری/لیزر که پروفایل های سطحی را ضبط می کنند غیر مخرب اما کمی کمتر دقیق هستند.
• مقایسه کننده های خشکی سطح:مقایسه بصری با نمونه های استاندارد خشکی ساده اما کمتر دقیق است.
• تست کننده های خشکی قابل حمل:دستگاه های کامپکت و قابل حمل که معمولاً از اندازه گیری تماس استفاده می کنند، برای بازرسی های ساحلی ایده آل هستند.