Kekasaran Permukaan: Panduan Komprehensif

1. Apa Itu Kekasaran Permukaan?

Dalam komunikasi teknis, istilah "permukaan akhir" umumnya digunakan. Namun demikian, perlu dicatat bahwa "permukaan akhir" didasarkan pada persepsi manusia, sedangkan "kekasaran permukaan" didasarkan pada mikrogeometri permukaan yang sesungguhnya.

Untuk menyelaraskan dengan standar internasional (ISO), penggunaan "permukaan akhir" tidak lagi dapat diterima dalam standar nasional. Istilah yang lebih disukai dan lebih akurat adalah "kekasaran permukaan."

Kekasaran permukaan mengacu pada ketidakrataan permukaan mesin, yang ditandai dengan puncak dan lembah kecil dengan jarak yang dekat. Jarak antara puncak dan lembah ini, yang dikenal sebagai jarak gelombang, biasanya kurang dari 1 mm, yang termasuk dalam kategori kesalahan mikrogeometri.

Hal ini secara khusus ditentukan oleh tingkat puncak dan lembah mikro yang tinggi dan rendah (Z) serta jarak di antara keduanya.

Secara umum menurut S:

• S <1 mm - kekasaran permukaan
• 1 ≤ s ≤ 10mm- gelombang
• Bentuk S > 10 mm- f

2. Tabel Perbandingan VDI3400, Ra dan Rmax

Dalam standar nasional, ada tiga indikator yang umumnya digunakan untuk menilai kekasaran permukaan (satuannya adalah μm).

• Deviasi aritmatika rata-rata dari kontur: Ra
• Ketinggian rata-rata ketidakrataan: Rz
• Tinggi maksimum: Ry

Indeks Ra secara luas digunakan dalam produksi aktual. Deviasi ketinggian mikroskopis maksimum kontur, Ry, umumnya disebut sebagai Rmax di Jepang dan negara lain, sedangkan indeks VDI umumnya digunakan di Eropa dan Amerika. Tabel berikut ini membandingkan VDI3400, Ra, dan Rmax.

Permukaan VDI3400 memiliki hubungan yang sesuai dengan standar Ra yang banyak digunakan. Banyak orang merasa perlu untuk berkonsultasi dengan data referensi untuk menentukan nilai yang sesuai. Tabel berikut ini komprehensif dan disarankan untuk menyimpannya sebagai referensi.

Tabel perbandingan standar VDI3400 dan Ra

Tabel perbandingan RA dan Rmax

3. Faktor Pembentukan Kekasaran Permukaan

Kekasaran permukaan biasanya dibentuk oleh berbagai faktor, termasuk metode pemrosesan yang digunakan.

Sebagai contoh, faktor yang berkontribusi terhadap kekasaran permukaan termasuk gesekan antara pahat dan permukaan komponen selama pemesinan, deformasi plastis logam lapisan permukaan selama pemisahan chip, getaran frekuensi tinggi dalam sistem pemrosesan, dan lubang pelepasan dalam pemesinan listrik.

Kedalaman, kerapatan, bentuk, dan tekstur tanda yang tertinggal pada permukaan yang diproses, dapat bervariasi karena perbedaan metode pemrosesan dan bahan benda kerja.

4. Efek Utama Kekasaran Permukaan pada Komponen

Dampaknya terhadap Ketahanan Aus:

Semakin kasar permukaannya, semakin kecil area kontak efektif antara permukaan kawin, semakin tinggi tekanannya, dan semakin tinggi resistensi gesekannya, yang menghasilkan keausan yang lebih cepat.

Dampak pada Stabilitas Kesesuaian Gap:

Untuk kesesuaian celah, permukaan yang lebih kasar menyebabkan peningkatan keausan dan peningkatan celah secara bertahap selama pengoperasian. Dalam kasus kesesuaian interferensi, interferensi efektif yang sebenarnya berkurang karena perataan puncak cembung mikroskopis selama perakitan, yang menyebabkan penurunan kekuatan sambungan.

Dampak pada Kekuatan Kelelahan:

Permukaan kasar pada suatu komponen memiliki palung besar yang rentan terhadap konsentrasi tegangan, mirip dengan lekukan dan retakan bermata tajam, yang memengaruhi kekuatan fatik komponen tersebut.

Dampak pada Ketahanan Korosi:

Permukaan komponen yang kasar dapat dengan mudah memungkinkan gas atau cairan korosif menembus lembah mikroskopis di permukaan dan mencapai lapisan dalam logam, sehingga menyebabkan korosi pada permukaan.

Dampak pada Kemampuan Penyegelan:

Permukaan yang kasar tidak pas satu sama lain, sehingga memungkinkan gas atau cairan bocor melalui celah di antara permukaan kontak.

Dampak pada Kekakuan Kontak:

Kekakuan kontak mengacu pada kemampuan permukaan pengikat suatu komponen untuk menahan deformasi di bawah gaya eksternal. Kekakuan mesin sangat bergantung pada kekakuan kontak di antara bagian-bagiannya.

Dampak pada Akurasi Pengukuran:

Komponen diukur berdasarkan permukaannya dan kekasaran permukaan alat ukur akan secara langsung memengaruhi akurasi pengukuran, terutama dalam pengukuran presisi.

Selain itu, kekasaran permukaan memiliki efek yang bervariasi pada lapisan komponen, ketahanan termal dan kontak, sifat reflektansi dan radiasi, ketahanan terhadap aliran cairan dan gas, dan aliran arus melalui permukaan konduktor.

5. Dasar Evaluasi Kekasaran Permukaan

1. Panjang pengambilan sampel

Panjang pengambilan sampel adalah panjang garis referensi yang ditentukan yang digunakan untuk mengevaluasi kekasaran permukaan.

Untuk secara akurat mencerminkan karakteristik kekasaran permukaan suatu bagian, panjang pengambilan sampel harus dipilih berdasarkan formasi dan tekstur permukaan yang sebenarnya. Panjang pengambilan sampel harus diukur sesuai dengan profil umum permukaan yang sebenarnya.

Tujuan menentukan dan memilih panjang sampel adalah untuk meminimalkan dampak riak permukaan dan kesalahan bentuk pada hasil pengukuran kekasaran permukaan.

Panjang unit dan panjang pengambilan sampel untuk setiap parameter kekasaran permukaan ditentukan oleh garis referensi yang ditentukan untuk evaluasi.

Menurut standar ISO1997, panjang referensi yang umum adalah 0,08mm, 0,25mm, 0,8mm, 2,5mm, dan 8mm.

Panjang pengambilan sampel Ln dan panjang evaluasi L dari RA, RZ dan Ry

2. Panjang evaluasi

Panjang evaluasi adalah panjang yang diperlukan untuk menilai kontur dan dapat mencakup satu atau beberapa panjang pengambilan sampel.

Karena kekasaran permukaan suatu bagian tidak selalu seragam, maka tidak mungkin untuk secara akurat mencerminkan fitur kekasaran permukaan tertentu hanya dengan satu panjang pengambilan sampel. Oleh karena itu, beberapa panjang pengambilan sampel pada permukaan diperlukan untuk mengevaluasi kekasaran permukaan.

Biasanya, panjang evaluasi terdiri dari lima panjang pengambilan sampel.

3. Baseline

Garis dasar adalah garis tengah profil yang digunakan untuk mengevaluasi parameter kekasaran permukaan. Ada dua jenis garis dasar:

• Garis Tengah Kuadrat Terkecil dari Kontur: Garis dasar ini adalah garis dalam panjang pengambilan sampel yang jumlah kuadrat pergeseran kontur setiap titik pada garis kontur adalah yang terkecil, dan memiliki bentuk kontur geometris.
• Garis Tengah Rata-rata Aritmatik dari Kontur: Garis dasar ini adalah garis dalam panjang pengambilan sampel yang area kontur atas dan bawah pada garis tengahnya sama.

Meskipun garis tengah kuadrat terkecil merupakan garis dasar yang ideal dalam teori, namun sulit diperoleh dalam aplikasi praktis. Akibatnya, garis tengah rata-rata aritmetis dari kontur biasanya digunakan sebagai gantinya dan dapat diukur dengan menggunakan garis lurus dengan posisi perkiraan.

6. Parameter Evaluasi Kekasaran Permukaan

1. Karakteristik ketinggian

Deviasi Rata-rata Aritmatika Kontur (Ra):

Ra adalah rata-rata aritmatika dari nilai absolut deviasi kontur dalam panjang pengambilan sampel yang ditentukan (lr).

Dalam pengukuran aktual, jumlah titik pengukuran yang lebih banyak menghasilkan nilai Ra yang lebih akurat.

Ketinggian Maksimum Kontur (Rz):

Rz adalah jarak antara garis atas dan bawah kontur.

Pada kisaran parameter besaran yang umum, Ra lebih disukai.

Sebelum tahun 2006, standar nasional mencakup parameter evaluasi yang dikenal sebagai "ketinggian sepuluh titik ketidakrataan mikro", yang dinyatakan sebagai Rz dan ketinggian maksimum profil dinyatakan sebagai Ry.

Namun, setelah tahun 2006, standar nasional menghapuskan "ketinggian sepuluh titik ketidakrataan mikrokosmos" dan sebagai gantinya menyatakan ketinggian maksimum profil sebagai Rz.

2. Karakteristik nadas

Rsm:

Rsm adalah lebar rata-rata unit kontur, yang mewakili rata-rata jarak ketidakrataan mikroskopis sepanjang panjang sampel.

Jarak ketidakrataan mikroskopis mengacu ke panjang antara puncak profil dan lembah profil yang berdekatan pada garis tengah.

Bahkan, dengan nilai Ra yang sama, nilai Rsm mungkin tidak sama, sehingga menghasilkan tekstur pantulan yang berbeda.

Permukaan yang memprioritaskan tekstur biasanya mempertimbangkan metrik Ra dan Rmr.

Parameter fitur bentuk Rmr dinyatakan sebagai rasio panjang penyangga kontur, yang merupakan rasio panjang penyangga kontur terhadap panjang pengambilan sampel.

Panjang penyangga profil dihitung sebagai jumlah panjang setiap bagian profil yang diperoleh dengan menarik garis lurus sejajar dengan garis tengah dan pada jarak "c" dari garis atas profil dalam panjang pengambilan sampel.

7. Metode Pengukuran Kekasaran Permukaan

1. 1. Komparatif metode

Alat ini digunakan untuk pengukuran di tempat di bengkel dan sering digunakan untuk mengukur permukaan yang sedang hingga kasar.

Metode ini melibatkan perbandingan permukaan yang diukur dengan model kekasaran yang ditandai dengan nilai tertentu untuk menentukan nilai kekasaran permukaan yang diukur.

Pembanding kekasaran, yang merupakan spesimen elektroformed berbasis nikel, ideal untuk pengerjaan logam dan berfungsi sebagai alat bantu yang efektif. Operator cukup menggoreskan kuku mereka pada setiap permukaan dalam satu kelompok untuk menemukan kecocokan yang paling dekat dengan bagian yang dibandingkan.

Meskipun beberapa orang menggunakan kelompok model ini sebagai tabel referensi, namun penting untuk dicatat bahwa ini bukanlah standar material resmi.

Ada berbagai mesin pengukur kekasaran yang tersedia, masing-masing dengan fungsi, metode evaluasi, dan biaya yang berbeda-beda. Sebelum memilih model, sebaiknya konsultasikan dengan produsen profesional untuk memilih opsi yang paling sesuai untuk kebutuhan Anda.

2. Metode stylus

Pengukuran kekasaran permukaan melibatkan penggunaan stylus berlian dengan radius kelengkungan ujung sekitar 2μm untuk bergerak di sepanjang permukaan yang diukur.

Pergeseran ke atas dan ke bawah dari stylus berlian dikonversi ke dalam sinyal listrik oleh sensor panjang listrik. Setelah penguatan, penyaringan, dan penghitungan, nilai kekasaran permukaan ditampilkan pada instrumen dan kurva profil yang diukur juga dapat direkam oleh perekam.

Instrumen yang hanya menampilkan nilai kekasaran permukaan disebut pengukur kekasaran permukaan, sedangkan instrumen yang merekam kurva profil permukaan disebut sebagai pengukur kekasaran permukaan.

Kedua jenis alat ini memiliki sirkuit perhitungan elektronik atau komputer yang secara otomatis menghitung deviasi rata-rata aritmatika kontur (Ra), ketinggian sepuluh titik ketidakrataan mikroskopis (Rz), ketinggian kontur maksimum (Ry), dan parameter evaluasi lainnya.

Alat-alat ini memiliki efisiensi pengukuran yang tinggi dan cocok untuk mengukur kekasaran permukaan dengan nilai Ra berkisar antara 0,025 hingga 6,3 μm.

8. Kekasaran Permukaan: Ra dan Rz

1. Konsep Dasar Ra dan Rz

Dalam standar nasional lama GB/T3505-1983, ditetapkan bahwa parameter evaluasi kekasaran permukaan harus dipilih dari tiga aspek: deviasi rata-rata aritmetik kontur (Ra), ketinggian sepuluh titik ketidakrataan mikro (Rz), dan ketinggian maksimum kontur (Ry).

Ra dikenal sebagai deviasi rata-rata aritmatika dari kontur atau nilai rata-rata garis tengah. Ini adalah rata-rata aritmatika dari ketinggian titik-titik pada kontur dalam panjang pengukuran.

Rz dikenal sebagai ketinggian sepuluh titik ketidakrataan mikro. Ini adalah jumlah nilai rata-rata dari lima puncak kontur tertinggi dan lima lembah kontur terdalam dalam panjang pengambilan sampel l.

2. Luasnya Penggunaan Bervariasi di Antara Keduanya

Ra adalah parameter evaluasi utama, sedangkan Rz umumnya hanya digunakan untuk merepresentasikan permukaan yang lebih pendek. Dalam pemrosesan aktual, Ra lebih umum digunakan untuk mengekspresikan kekasaran daripada Rz.

3. Metode Perhitungannya Berbeda

Deviasi rata-rata aritmatik Ra mengacu pada rata-rata aritmatik dari nilai absolut koordinat vertikal Z dalam panjang pengambilan sampel, yang dilambangkan sebagai Ra. Rz adalah jumlah nilai rata-rata dari lima puncak kontur tertinggi dan lima lembah kontur terdalam dalam panjang pengambilan sampel.

4. Akurasi Bervariasi di Antara Keduanya

Karena Rz memiliki lebih sedikit titik pengukuran, maka parameter ini tidak mencerminkan karakteristik ketinggian bentuk mikro-geometris sepenuh parameter Ra. Rz tidak memiliki ketepatan seperti Ra, tetapi lebih mudah diukur daripada Ra.

9. Tabel Kekasaran Permukaan

Tabel Perbandingan Kekasaran Permukaan Tiongkok-AS

Tabel Konversi Ra, Rz Kekasaran Permukaan Domestik dan Kekasaran Permukaan (Satuan: μm)

Metode Pemrosesan Standar Internasional untuk Kekasaran Permukaan

Tabel Referensi untuk Hubungan antara Kekasaran Permukaan dan Kilap (Satuan: μm)