TEKNINEN PIIRUSTUS II

TEKNINEN PIIRUSTUS II Kevät 2015 PINTAMERKIT TkT Harri Eskelinen 1

1 Johdanto 2

Pintamerkillä ilmoitettavia vaatimuksia Pintamerkkejä käytetään ilmaistaessa mm. seuraavia pintaa koskevia vaatimuksia: Pinnan karheus Pinnan aaltomaisuus Pinnan kantavuus Suureet ovat pinnan korkeus- tai pituussuuntaisia 3

2 Profiilin aritmeettinen keskipoikkeama Ra Ra 1.6 4

Perussuureet, joita tarvitaan Ra:n määritelmässä Mittausjakso l i ja mittauspituus l n Mittausjakso l i on mittalaitteen yhdellä mittauskerralla analysoima pituus Mittauspituus l n on tutkittava koneenosan alue / pituus. 5

Ra:n matemaattinen määritelmä 6

Ra:n ominaisuuksia Yleisimmin käytetty pinnankarheutta kuvaava suure Helppo mitata Ei erota pinnan, ja sen peilikuvan profiileja toisistaan eikä huippuja ja laaksoja toisistaan (itseisarvo) Yksittäiset virheet jäävät helposti osoittamatta (keskiarvo) Lähtökohtana pidetään pinnanprofiilin keskiviivaa, johon nähden poikkeamia ilmoitetaan 7

Esimerkiksi alla olevilla pinnoilla on sama Ra 8

3 Muita pinnan ominaisuuksia kuvaavia suureita Täydentävät Ra:n antamaa informaatiota (vrt. edellä itseisarvon ja keskiarvon merkitys määritelmässä) Tarvitaan määrittämään joidenkin koneenosien erikoisvaatimuksia (esim. erilaiset tiivistepinnat) Tarvitaan kulumisanalyyseissä (esim. kulumisen syyn ja kulumisnopeuden arviointi) Monet koneenosien mitoitusohjeet perustuvat johonkin muuhun kuin Ra:n käyttöön Kappaleen nk. todellinen pinta koostuu useiden eri virheiden yhteisvaikutuksesta, jolloin tarvitaan korkeus- ja pituussuuntaisia suureita sekä pinnan kantavuusominaisuuksia kuvaavia suureita Suureet voidaan laskea mm. aaltomaisuudelle (esim. Wa) 9

Pinnan maksimihuipun korkeus Rp ja minimilaakson syvyys Rv Rp Rv 10

Maksimiprofiilin syvyys Rz Rp Rv Rz Rz = Rp + Rv Käytetään monesti Ra:n lisänä rajoittamaan suurimman sallitun yksittäisen virheen suuruutta tiivistepinnoissa Entinen tunnus oli Ry (ei saa sekoittaa myöskään vanhaan Rz:aan, joka oli 5 suurimman ja 5 pienimmän virheen keskiarvo) 11

Pinnankarheuden keskihajonta Rq Lasketaan pinnan y(x) virheistä 12

Pinnan ominaisuuksia kuvaavia pituussuuntaisia suureita Profiilin epätasaisuuksien keskijako Rsm on profiilin epätasaisuuksien jakojen keskiarvo mittausjaksolla Xs 1 Xs i Xs 2 Xs 3 Xs 4 Xs 5 Xs 6 13

Pituussuuntaisia suureita voi hyödyntää esimerkiksi etsittäessä syitä pyörivien koneenosien tai niiden kuormittamien ohjainrakenteiden kulumisvaurioille Monien luisti- ja liukumekanismien toimintaa ja kulumista voi analysoida pituussuuntaisia suureita käyttäen 14

Pinnan kantavuusominaisuuksia kuvaavia suureita Profiilin kantopituus p halutulla korkeudella saadaan, kun leikataan pinnan huiput poikki tältä korkeudelta ja lasketaan yhteen jäljelle jääneiden tasattujen huippujen pituudet η n b p i i 1 15

Pinnan kanto-osuus t p on kantopituuden ja mittausjakson pituuden suhde halutulla korkeudella t p η l p Yleensä kanto-osuus esitetään prosentteina, suureen lyhenne Rmr Kanto-osuus kuvaa esim. osien todellista kantavaa pinta-alaa sisäänajovaiheen jälkeen tai tietyn kulumisajan jälkeen Jos lasketaan lukuarvo 100%- Rmr, voidaan myös ilmoittaa esimerkiksi jäljellä oleva kulutuspinta 16

Profiilin kantokäyrä eli nk. Abbott-käyrä kuvaa kanto-osuuksia (prosentteina ilmaistuna) profiilin eri korkeuksilla esim. ajan funktiona Abbott-käyrää voi käyttää siis joko analysoitaessa todellista kantopinta-alaa tai jäljellä olevaa kulutuspintaa Rmr 17

4 Noudatettavat standardit SFS-EN-ISO- ja ISO-standardit antavat yksityiskohtaiset ohjeet pintamerkkien käytöstä sekä määrittelevät yksityiskohtaisesti kaikki standardisoidut pinnan ominaisuuksien ilmoittamiseen käytettävät suureet: SFS-EN-ISO 1302 SFS-EN-ISO 8785 SFS-EN-ISO 13565-1 -3 18

5 Pintamerkin rakenne ja sisältö a) perusmerkki b) täydennetty pintamerkki, jolla ilmoitetaan että aineen poistoa tarvitaan c) täydennetty pintamerkki, jolla ilmoitetaan, että aineen poistoa ei sallita 19

d) Pinnan vaatimus koskee kappaleen kaikkia pintoja 20

6 Pinnan ominaisuuksia koskevat täydentävät vaatimukset Erilaiset pinnan ominaisuuksia koskevat vaatimukset on sijoitettavat täydelliseen pintamerkkiin seuraaville paikoille: Paikat a ja b = pinnan ominaisuuksia kuvaavien suureiden lukuarvot allekkain Paikka c = valmistusmenetelmä Paikka d = pintakuvio ja työstönaarmujen suunta Paikka e = työvara (mm) 21

7 Pintamerkkien suunta ja sijoittelu Pintamerkki sijoitetaan siten, että se on luettavissa piirustuksesta joko alhaalta tai oikealta 22

Pintamerkki sijoitetaan kappaleen ulkopuolelle 1 Osoittamaan muotoviivaan 2 Muotoviivan jatkeelle 3 Viiteviivalle 3 1 2 23

Viiteviivan käyttö projektiosta, joka on edestä 24

Viiteviivan hyväksikäyttö, kun tilaa on vähän 25

Pintamerkki voidaan sijoittaa myös mittaviivalle 26

Pintamerkin sijoittaminen toleranssivaatimusten yhteyteen: 27

8 Merkintöjen yksinkertaistaminen Kun useimmilla pinnoilla on sama pinnan ominaisuuksia koskeva vaatimus voidaan yleinen vaatimus esittää esim. otsikkoalueen läheisyydessä (suluissa esitetään poikkeavat vaatimukset) 28

Yksinkertaistettua merkintää voidaan käyttää, jos sen merkitys selitettään ko. työkappaleen tai otsikkoalueen läheisyydessä 29

Perusmerkkiä ja täydennettyjä perusmerkkejä voidaan käyttää ko. pinnalla, jos merkitys selitetään esim. otsikkoalueen lähellä: 30

9 Useampaa valmistusvaihetta koskevien vaatimusten ilmoittaminen Esimerkin työvaiheet: valmistelu pinnoitukselle, pinnoitus ja hionta 31

10 Täydellisen pintamerkin sisältö 32

Työstönaarmujen suunnan merkitseminen = 33

X P 34

M C R 35

Päästökaista ja mittausjakso väliviivalla erotettuina Mittausjaksojen lkm = suositellaan käytettäväksi oletusarvoja = voidaan jättää pois, jos epäselvyyttä tulkinnasta ei synny 36

Määrittelyrajan tulkinta 16%-sääntö Pinta hyväksytään, jos korkeintaan 16% mitatuista suureen arvoista ylittää pintamerkissä annetun rajaarvon Max-sääntö Pinta hyväksytään vain, jos yksikään mitatuista suureen arvoista ei ylitä pintamerkissä annettua rajaarvoa 37

11 Lyhyesti mittaustulosten suodatuksesta Tavoitteena on erotella erilaiset pinnanvirheet luotettavasti toisistaan, esimerkiksi pinnan aaltomaisuus ja karheus toisistaan. Käytettävä päästökaista on siksi määritelty standardissa. 38

39

12 Vanhan ja uuden standardin vertailua Pinnan ominaisuuksia käsittelevien standardien uusitut painokset (monet vahvistettu v. 2002-2003) ovat aiheuttaneet useita merkittäviä muutoksia aikaisempien, 1980-luvulla julkaistujen standardien sisältöön verrattuna. Vanhoja merkintöjä on edelleen käytössä monissa yrityksissä ja tietenkin vanhoissa piirustuksissa Uusi mittaustekniikka muuttaa mittaustulosta siten, että tulos voi pahimmillaan pienetä jopa 37% aikaisempaan mittaustekniikkaan verrattuna, keskimääräiset erot ovat 5-10%. 40

Kaksi uutta pintaprofiilia W- (aaltomaisuus) ja P-profiili (rakenne) on määritelty aikaisemman R-profiilin eli karheusprofiilin lisäksi. Kukin kolmesta pintaprofiilista voi nyt olla perustana useille pintasuureille, esim. Ra, Wa ja Pa. Pintasuureiden painoasu on muuttunut. Suureen tunnus kirjoitetaan nyt yhdelle riville, esim. Ra ja Rz. Alaindeksejä, esim. R a ja R z ei enää käytetä. Myös vanha pintamerkin rakenne ja sisältö ovat muuttuneet. Melkein kaikki pinnan ominaisuuksia kuvaavat tunnukset ja olemassa olevien suureiden nimet ovat muuttuneet (SFS-EN-ISO 4287). Aikaisempi pintasuure Rz (profiilinsyvyys, 5 korkeinta huippua ja 5 matalinta laaksoa pinnasta) ei enää ole ISO:n standardisoima. Rz on korvannut aikaisemman tunnuksen Ry (maksimiprofiilinsyvyys). Kolme uutta pintasuureiden ryhmää/ tyyppiä on standardisoitu (standardit SFS-EN-ISO 12085, SFS-EN-ISO 13565-2 ja SFS-EN-ISO 13565-3, mm. pinnan kantavuutta kuvaavaan käyrään liittyviä suureita). 41

13 Pintamerkkien käyttökohteita 42

Hammasvaihteen runko 43

Laakeripesän kansi 44

Säteishuulitiivistimen pesä 45

Tiivisteen kohdalla voidaan vaatia Ra:n ylä- ja alaraja, työstönaarmujen suunta ja suurin sallittu yksittäinen virhe Säteishuulitiivistimen kohta akselilla 46

Kartiohammaspyörä 47

Tekijät, joiden perusteella Ra:n lukuarvo määrätään Koneenosan toiminnalliset vaatimukset Valmistusmenetelmällä saavutettava Ra Ra:n lukuarvon yhteensopivuus toleranssien kanssa Valmistuskustannusten merkitys 48

Ra:n ja valmistuskustannusten välinen periaatteellinen yhteys Ra 49

Eri valmistusmenetelmillä saavutettava Ra Ra 50

14 Kappaleen todellinen pinta Kappaleen todellinen pinta muodostuu useiden eri virheiden yhteisvaikutuksesta Riippuen mm. valmistusmenetelmästä on syntyvän pinnan geometria joko jaksollinen tai jaksoton 51

Muotovirhe - suoruus tai tasomaisuus virhe - syynä esim. työkappaleen taipumat tai virhe työstökoneen johteissa 52

Luokka 2 - aaltomainen pinnan muoto - syynä esim. työkappaleen epäkeskeinen kiinnitys tai työkalun värähtelyt 53

Karheus A - kappaleen pinnassa säännöllisiä uria - syynä esimerkiksi käytetyt lastuamisarvot ja terägeometria (vrt. sorvauksessa nirkon säteen kopioituminen kappaleen pintaan) 54

Pinnankarheuden syntyminen sorvauksessa: Nirkon säde kopioituu kappaleen pintaan 55

Karheus B - kappaleen pinnassa epäsäännöllisiä uurteita ja painumia - syynä esimerkiksi epäedullinen lastunmuodostus - hiomajäljet tai muun viimeistelymenetelmän jäljet kappaleessa 56

Kide- ja hilarakenteen vaikutukset - korroosion vaikutukset - pinnan muutokset kemiallisten vaikutusten takia - kiteytymisen vaikutukset - aineen hilarakenteen vaikutukset 57

Todellinen pinta on edellisten virheiden yhdistelmä. Vaadittu tarkkuus esitetään käyttäen: - pintamerkkejä - mittatoleransseja - geometrisia toleransseja - lisämerkintöjä lämpökäsittelyille ja muille pinnan viimeistelymenetelmille 58

Ra 1.6 59

SILEÄ PINTA EI OLE SAMA ASIA KUIN PAREMPI PINTA Esimerkiksi haluttaessa lisää tartuntapinta-alaa ruiskutettavalle pinnoitteelle tai liima/tiivistemassalle, voi karheampi pinta olla toimivampi. Jos pinnan on tarkoitus olla esim. luistamisen tai liukastumisvaaran välttämiseksi karhea, tai jos karheudella haetaan esim. pitävämpää otetta kappaleesta, ei sileä pinta ole parempi 60