La rugosità superficiale nel processo di precisione determina direttamente il coefficiente di attrito, il rischio di perdita e la durata dell 'interfaccia di tenuta per il blocco idraulico, la flangia ad alta pressione o il cuscinetto di precisione, la differenza apparentemente piccola tra Ra 0,8 μ m e Ra 1,6 μ m, in condizioni reali può portare a un' ineguagliata distribuzione delle sollecitazioni di contatto, provocare l'usura di micromovimento o la rottura della tenuta Questo articolo si basa sull 'esperienza di lavorazione CNC di precisione, risolve il valore Ra sul profondo impatto sulle prestazioni di tenuta e fornisce consigli di selezione tecnici.
Definizione del valore Ra e meccanismo fisico di un 'interfaccia sigillata
La rugosità superficiale Ra (deviazione aritmetica media) è l'indicatore principale della forma geometrica microscopica della superficie in un 'interfaccia sigillata, l'area di contatto effettiva è molto più piccola dell' area di contatto nominale, il carico è sostenuto dalla microsporgenza superficiale (asperities) quando il valore di Ra è ridotto, l'altezza della micro-sporgenza è ridotta, l'area unitaria sottoposta a una pressione più uniforme, a favore della formazione di una membrana sigillata continua e stabile o di un contatto metallo-metallo.
- Valore di Ra basso (Ra 0,2 - 0,8 μ m): la micro-sporgenza è dolce, l'area di contatto è grande, adatta per la tenuta dinamica (come l'anello a pistone, cuscinetti scorrevoli), riducendo il calore di attrito e l'usura.
- Valore medio di Ra (Ra 1,6 - 3,2 μ m): La micro-presentazione ha una certa capacità di stoccaggio, adatta a sigillatura statica o sigillatura a bassa velocità, aiuta a mantenere la membrana dell 'olio lubrificante.
- Valore Ra elevato (Ra 6,3 μ m o superiore)Grande porosità di superficie, facile da adsorbimento di inquinanti, di solito non è raccomandato per superfici sigillate ad alta precisione, a meno che con una speciale struttura filettata chiusa a chiave.
È importante notare che valori di Ra non tanto bassi quanto più bassi (ad esempio Ra 0,1 μ m) possono aumentare il rischio di saldatura a freddo con specifiche combinazioni di leghe, che devono essere combinati con una valutazione completa della durezza del materiale e delle condizioni di lubrificazione.
Gamma controllabile e analisi dei costi per il valore Ra del processo CNC
I limiti superiori della rugosità superficiale sono strettamente limitati da diversi processi CNC per la sigillatura della superficie critica, la scelta del processo determina direttamente se il valore Ra finale può soddisfare i requisiti di progettazione, come segue sono le prestazioni tipiche del valore Ra dei processi più comuni sugli acciai convenzionali (ad es. acciaio 45, acciaio inossidabile 304) e lo scenario di applicazione:
| Processo di lavorazione | Valore tipico di Ra (μ m) | Tipo di chiusura applicabile | Coefficiente di costo (relativo) | Principali limitazioni |
|---|---|---|---|---|
| 3 assi/4 assi fresatura CNC | 1.6 3.2 Il | Sigillatura statica a bassa velocità, Francia | 1.0 | Il percorso del coltello rimane, profondamente |
| Autonoleggio (Furgonato) | 0.8 Il 1.6 | Taglio chiuso, stop. | 1.1 | Testa di cavallo, avanzamento. |
| Macinazione + specchio/lucidatura | 0.2 Il 0.4 | Valvole idrauliche ad alta pressione, passaggio del fluido medico | 2.5- il 3.0 | Trasformazioni utensili e tempi di lucidatura. |
| Vai a Lavorazione attenta. | 0.8 Il 1.6 | Tipo di porta chiusa. | 1.2 | Sensibilità alle vibrazioni, richiede un 'alta tenuta rigida |
Dal punto di vista dei costi, se i requisiti di tenuta sono solo per la tenuta dell 'O-ring statica, la superficie di fresatura di Ra 3,2 μ m è sufficiente, non è necessario aumentare il processo di lucidatura, ma se si tratta di alta pressione (> 20 MPa) o condizioni di elevata temperatura, è consigliabile controllare Ra all' interno di 0,8 μ m per prolungare la durata dell 'anello di tenuta e ridurre il tasso di perdita.
Effetto di accoppiamento delle proprietà del materiale con il valore di Ra
Le prestazioni di tenuta non dipendono solo da Ra, ma anche fortemente dalle proprietà frizzanti dei materiali nella lavorazione CNC precisa, dove la scelta del materiale influenza direttamente le prestazioni di lavorazione della superficie:
- Leghe di alluminio (6061-T6, 7075-T6): buone prestazioni di taglio, facile da ottenere Ra 0,8 μ m superficie, ma alluminio morbido, se il mulino è metallo duro, Ra deve essere controllato a circa 1,6 μ m per mantenere il serbatoio della microsporgenza, per evitare l'attrito secco.
- Acciaio inox (316L, 17 - 4PH): Resistente e appiccicoso, con conseguente valore Ra elevato è raccomandato un processo di lubrificazione minima (MQL) e Ra progettato sopra 1,6 μ m, evitando l'usura dell 'adesione microscopica.
- Ingegneria delle materie plastiche (PEEK, POM)La superficie stessa è liscia, ma i bordi della lavorazione CNC sono soggetti a sbavature per superfici sigillate con parti metalliche, il Ra lato plastica può essere rilassato fino a 1,6 - 3,2 μ m, concentrandosi sullo smussamento dei bordi C0.5-C1.0 per proteggere le labbra di tenuta.
Se il materiale non viene specificato, gli ingegneri devono sigillare esplicitamente il materiale associato per selezionare un 'adeguata tolleranza alla rugosità, ad esempio per sigillare l'acciaio contro il rame e Ra sul lato rame consiglia un livello superiore a 0,4 - 0,8 μ m sul lato acciaio, al fine di proteggere i materiali più morbidi.
Differenze di selezione Ra tra tenuta dinamica e sigillata statica
La tenuta dinamica (secondaria di movimento) e la tenuta statica (cucitura fissa) sono molto diverse sui requisiti di Ra. La tenuta statica dipende principalmente da un divario di riempimento di deformazione compresso, che Ra 3,2 μ m è generalmente accettabile; la tenuta dinamica richiede il mantenimento della pellicola d'olio in uno stato di movimento e il valore Ra deve essere più fine.
Per tenute scorrevoli (ad esempio, set di guida, pistoni), Ra 0,8 μ m è generalmente migliore di Ra 1,6 μ m, poiché un 'irregolarità inferiore contribuisce alla formazione di una membrana di lubrificazione a pressione dinamica. Tuttavia, con un Ra inferiore che funziona ad alta velocità (> 10 m/s), può causare un aumento non lineare del coefficiente di attrito e della febbre.
Quando si annota un valore Ra su un disegno, si consiglia di indicare contemporaneamente "altezza massima consentita per la micro-presentazione" o il parametro S (ISO 25178 - 2) per un controllo più completo dell 'effetto della topografia della superficie sulla perdita.
Fonti di errore di lavorazione che influiscono sulla stabilità del valore di Ra
Nella produzione di massa, il mantenimento di un intervallo di fluttuazione di Ra è più difficile rispetto al raggiungimento di un singolo valore Ra basso, tra le principali fonti di errore:
- Coltelli tagliati.Dopo l'usura della fresa o della fresa di taglio, il valore Ra aumenta in modo lineare con il tempo di lavorazione e viene stabilito un meccanismo di compensazione della durata dell 'utensile, ad esempio il cambio del coltello o la rifinitura per 50 pezzi.
- Spostare i parametriLe variazioni del carico del mandrino o le fluttuazioni del flusso del liquido di raffreddamento provocano una deviazione effettiva di profondità/avanzamento dai valori impostati utilizzando una fresatura rigida ad alta velocità o una macchina combinata per la fresatura possono ridurre tali errori.
- Il materiale è trasfigurato: Una parete sottile o un albero allungato rilasciano lo stress dopo il serraggio, causando la modifica della geometria microscopica della superficie; si consiglia di misurare Ra in uno stato di "lavorazione a metà finitura" dopo la lavorazione di una superficie sigillata o su un apparecchio.
- Disturbi del trattamento superficialeSe la superficie sigillata deve essere galvanizzata o ossidata, il pre-trattamento (sabbiatura) cambierà il valore Ra dopo la sabbiatura normalmente aumenterà di 0,5 - 1,0 μ m se il disegno è Ra 0,8 μ m, il pre-trattamento deve controllare la rugosità di Ra 0,4 - 0,5 μ m, deducendo l'aumento del processo successivo.
Quando viene richiesto un prodotto da un fornitore, viene esplicitamente indicato se un processo di trattamento delle superfici è incluso e viene richiesto un rapporto di Cpk (Process Capability Index) per valutare la conformità del valore Ra tra i lotti con Cpk ≥ 1,33 è generalmente considerato un livello di conformità per un sigillo critico.
Raccomandazioni sui metodi di verifica e analisi dei guasti
Invece di fare affidamento solo su un rapporto CMM (Triple Coordinate) del fornitore per verificare le prestazioni di tenuta, il valore Ra deve essere misurato tramite un profilometro o un ruvido in un 'area specifica (in genere 5 mm x 5 mm) ed escludere l'influenza della direzione di lavorazione per la superficie di sigillatura si consiglia di misurare 3 posizioni diverse sulla linea di tenuta, per la media.
In caso di guasto della tenuta, il percorso di analisi è il seguente:
- Osservare il percorso della perditaSe la forma a strisce è lungo una particolare direzione, può essere che un valore Ra troppo alto causa la rottura della membrana d'olio o il salto di lavorazione troppo elevato.
- Controlla se il microneto si trasforma.: Utilizzare SEM (SEM) per osservare la superficie di contatto se ci sono tracce di solaio (plowing), indicando che Ra è basso e scarsa lubrificazione, con conseguente saldatura fredda.
- Compatibilità materialiConfermare se si verifica usura adesiva (galling), a questo punto è necessario regolare la differenza di durezza del materiale o aumentare il valore Ra per migliorare la conservazione dell 'olio.
La creazione di un database di guasti che include il valore Ra, la qualità del materiale, il tipo di lubrificante e lo spettro di carico per aiutare le successive ottimizzazioni del DFM (analisi di produzione).
Il Faq
Più basso è il valore Ra a superficie sigillata, meglio è?
Valori di Ra non troppo bassi (come Ra 0,1 μ m) possono aumentare il rischio di saldatura a freddo in condizioni di attrito secco o olio impoverito, mentre la tenuta dinamica Ra 0,4 - 0,8 μ m è generalmente ottimale, mentre la tenuta statica Ra 1,6 - 3,2 μ m soddisfa la maggior parte delle esigenze.
La fresatura CNC può raggiungere direttamente Ra 0,4 μ m?
La fresatura standard a 3 assi/5 assi è spesso difficile da stabilizzare fino a Ra 0,4 μ m e questa precisione richiede spesso una successiva fresatura o una finitura eccellente: per questo motivo, si consiglia di elencare i processi di lucidatura separatamente nella BOM e di valutarne l'impatto sul periodo di consegna totale.
Come si determina se i dati relativi al valore Ra di un fornitore sono affidabili?
I requisiti relativi a un modello di marca di strumenti per la rugosità, alla lunghezza di campionamento (in genere 40 μ m) e alla posizione di misurazione specifica sono più rischiosi per una tenuta se il fornitore fornisce solo i dati CMM senza report sulla rugosità superficiale.
In che modo il trattamento superficiale modifica il valore di Ra originale?
Il trattamento di sabbiatura di solito aumenta il valore di Ra di 0,5 - 1,0 μ m; il film di ossidazione anodica stesso ha un minore effetto su Ra, ma l'effetto di sabbiatura del pre-trattamento è significativo; lo strato placcatura eredita normalmente il materiale base Ra, ma può leggermente passire il corpo della microgliosite.
In quale intervallo deve essere controllato il valore Ra per una tenuta ad alta pressione?
Maggiore è la pressione, più rigorosi sono i requisiti per il valore di Ra in condizioni> 10 MPa, si consiglia di controllare Ra entro 0,8 μ m e di selezionare il processo di tornitura per una struttura assiale uniforme, evitando le tracce laterali della fresatura per diventare un canale di perdita.
Conclusioni e raccomandazioni d'azione
La rugosità superficiale del valore Ra è un parametro chiave spesso sottovalutato nella progettazione di guarnizioni, che non è solo un indicatore della topografia, ma anche una caratteristica funzionale che influenza l'attrito, l'usura e il tasso di perdita nei progetti di lavorazione CNC di precisione, il perseguimento cieco di valori di Ra bassi può portare a un aumento dei costi e al cambiamento del modo di guasto durante la fase di progettazione, combinando l'abbinamento dei materiali, il carico operativo e il budget per determinare un valore obiettivo Ra ragionevole e confermare il percorso di processo con il produttore nella revisione DFM.
Se il vostro progetto prevede l'utilizzo di guarnizioni critiche o un rigoroso controllo di capacità di processo sul valore Ra, vi invitiamo a fornire disegni e parametri operativi, valuteremo la combinazione di processi ottimale e offriremo soluzioni di garanzia della qualità basate sui rapporti di Cpk.
