بالعربي

تشطيب السطح (Surface finish)

تشطيب السطح، و المعروف أيضا بنسيج السطح أو تضاريس السطح، هو طبيعة السطح المحدد من قبل 3 خصائص اتجاه الوضع، خشونة السطح، والتموج [1]. ويضم الانحرافات محلية صغيرة من السطح من مسطح مثالي تماما (مستوي حقيقي).

نسيج السطح هو واحد من أهم العوامل التي تتحكم في تشكيل الاحتكاك وطبقة نقل أثناء انزلاق.[2][3] وقد بذلت جهود كبيرة لدراسة تأثير نسيج السطح على الاحتكاك والتآكل أثناء ظروف الانزلاق.[4][3] نسيج السطح يمكن أن يكون ذو خواص تعتمد على الاتجاه أو متباين الخواص بالنسبة لاتجاه الوضع[2][5]. في بعض الأحيان، الاحتكاك الناتج عن الالتصاق و الانزلاق يمكن ملاحظته أثناء الانزلاق اعتمادا على نسيج السطح.[6][7][8]

كل عملية من عمليات التصنيع ( مثل عملية الخرط) تنتج نسيج سطح مميز. هذه العمليات تحسن إلى أكثر حد ممكن للتأكد أن نسيج السطح الناتج قابل للاستعمال. عملية إضافية تضاف لتعديل الملمس الأولي. هذه العملية الأخيرة قد تكون عملية (قطع جلخ)، تلميع، لف، تفجير جلخ، الخرط بأدوات التفريغ الكهربائية، الطحن، النقش الصناعي / طحن الكيميائية، التركيب بالليزر، أو غيرها من العمليات.[9][10]

اتجاه الوضع

هو اتجاه النمط السائد للسطح، يحدد عادة من خلال طريقة الانتاج المستخدمة.

أمثلة على تنوع إتجاه الوضع

 

 

 

خشونة السطح

خشونة السطح، تختصر بالخشونة، هو مقياس السطوح الناعمة متساوية المسافات و غير منتظمة.[1] في الهندسة، هذا المقصود عادة ب”تشطيب السطح”.

التموج

التموج هو مقياس عدم انتظام السطح مع تباعد أكبرمن خشونة السطح. تحدث عادة بسبب الانفتال، الاهتزازات، أو الانحراف خلال الميكنة.[1]

 القياسات

يقاس تشطيب السطح بطريقتين: الاتصال  و عدم الاتصال. و تشمل وسائل الاتصال سحب قلم قياس عبر السطح. هذه الأدوات تدعى ( بروفايلوميتيرات). أما وسائل عدم الاتصال فتتضمن: التداخل، الفحص المجهري متحد البؤر، اختلاف التركيز،تسليط ضوء مركب، السعة الكهربائية، المجهر الالكتروني و المسح التصويري.

رسم يوضح كيف تعمل البروفايلوميتيرات.

 

 

الأسلوب الأكثر شيوعا هو استخدام قلم الماسي (بروفايلوميتير). يتم سحب القلم عمودي على تضاريس السطح.[1] المجس عادة يتبع الأثر على طول خظ مستقيم على سطح مستوي أو على شكل قوس دائري على سطح اسطواني. يسمى طول المسار الذي يتتبعه المجس بطول القياس. عادة ما يتم تعريف الطول الموجي لأدنى تردد مرشح الذي سيتم استخدامه لتحليل البيانات بطول العينة. توصي معظم المعايير أن طول القياس يجب أن لا يقل عن سبع أضعاف من طول العينة، وفقا لنظرية أخذ العينات لنيكويست-شانون يجب أن تكون على الأقل مرتين أطول من الطول الموجي من الملامح المميزة. طول التقدير أو طول التقييم هو طول المعلومات التي تستخدم للتحليل. عادة يتم تجاهل طول العينة واحد من كل طرف من طول القياس. القياسات ثلاثية الأبعاد ممكن أخذها عن طريق جعل البروفيلوميتر يمسح على مساحة ذات سطح ثنائي الأبعاد.

العيب في البروفيلوميتر هو هو أنه ليس دقيقا عندما يكون حجم ملامح سطح قريبة إلى نفس حجم القلم[11]. وثمة عيب آخر هو أن البروفيلوميتر يجد صعوبة في كشف العيوب من نفس الحجم العام لخشونة السطح. هناك أيضا قيود لأدوات عدم الاتصال. على سبيل المثال،  الأدوات التي تعتمد على التدخل البصري لا تحل الميزات التي هي أقل من جزء من الطول الموجي للتشغيل.هذا القيد يمكن أن يجعل من الصعب قياس الخشونة حتى على أشياء عادية، حيث قد يكون الملامح المميزة أقل بكثير من الطول الموجي للضوء. الطول الموجي للضوء الأحمر حوالي 650 نانومتر،[12] في حين أن متوسط خشونة، محور الأرض قد يكون 2000 نانومتر.

الخطوة الأولى من التحليل هي تصفية البيانات الخام لإزالة البيانات ذات تردد عال جدا (وتسمى   ” خشونة الصغيرة” ) لأنه يمكن في كثير من الأحيان أن يعزى وجودها إلى الاهتزازات أو الحطام على السطح. تصفية خشونة الدقيقة على عتبة قطع معينة يسمح لتقريب تقييم خشونة باستخدام بروفيلومترات ذات مجسات دائرية مختلفة أنصاف الأقطار، على سبيل المثال 2 نانومينر و 5 نانوميتر.بعد ذلك، يتم فصل البيانات إلى الخشونة، التموج والشكل. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام الخطوط المرجعية، وأساليب المغلف، المرشحات الرقمية، فركتلات أو غيرها من التقنيات. وأخيرا، يمكن تلخيص البيانات باستخدام عامل خشونة واحد أو أكثر، أو رسم بياني. في الماضي، كان يتم تحليل تشطيب السطح باليد. حيث يتم رسم تتبع الخشونة على ورقة الرسم البياني، و يعمل ميكانيكي متمرس على التخلص من البيانات الغير لازمة و وضع خط الوسط في المكان المناسب. اليوم، البيانات المقاسة تخزن على أجهزة الحاسب الآلي، و تحلل باستخدام أساليب من تحليل الإشارات و الإحصاءات.[13]

صور

التأثير الناتج عن مختلف طرق ازالة المواد على تحليل تشطيب السطح

 

رسم بياني يوضح كيفية تأثير تردد القطع على الفصل بين الخشونة و التموج.
رسم يوضح تحليل السطح الجانبي الخام الى سطح جانبي أساسي، الخشونة و التموج.

 

رسم يوضح التأثير لاستخدام فلترات مختلفة لفصل أثر تشطيب السطح الى خشونة و تموج.

 

المواصفات

في الولايات المتحدة، عادة ما يتم تحديد الانتهاء من السطح باستخدام معيار              

المعيار المستخدم الأخر هو معيار المنظمة المعايير العالمية الأيزو 1302

التصنيع

تساهم العديد من العوامل في تشطيب السطح خلال عمليات التصنيع. في عمليات التشكيل مثل صب أو تشكيل المعادن، تشطيب سطح القالب الضاغط يحدد تشطيب السطح لقطعة العمل. في القطع تلامس حواف القطع و التركيب المجهري للمادة التي يتم قطعها  يساهم في تشطيب السطح النهائي.

بشكل عام، فإن تكلفة تصنيع سطح تزداد بازدياد تحسن تشطيب السطح[14] .عادة ما يتم تحسين أي عملية التصنيع إلى أفضل ما يمكن لضمان أن الملمس الناتج قابل للاستخدام في التطبيق المقصود. إذا لزم الأمر، تضاف عملية إضافية لتعديل الملمس الأولي. يجب أن يكون لازدياد التكلفة ما يبررها على حساب عملية إضافية عن طريق إضافة قيمة للقطعة بطريقة ما، إما أن يكون أداء أفضل أو بزيادة العمر الافتراضي للقطعة. قد تكون بعض القطع ذات أداء أفضل في حالة زيادة خشونة السطح. التحسين الخارجي الجمالي قد يضيف قيمة إضافية للقطعة إذا كان يحسن من رواج القطعة.

مثال عملي على النحو التالي: لاتمام عقود صناعة الطائرات مع بائع مصنع للأجزاء. يتم تحديد درجة معينة من خشونة الفولاذ للقطع حتى تكون قوية بما فيه الكفاية وصلبة بما فيه الكفاية من أجل أداء وظيفة القطعة.الفولاذ قابل للميكنة وإن لم تكن ميكنة حرة. البائع يقرر طحن أجزاء. عملية الطحن يمكن أن تحقق خشونة محددة (على سبيل المثال، ≤ 3.2 ميكرون) طالما يستخدم ماكنه إدراج ذات الجودة العالية في آخر المطحنة و تغييرها بعد كل 20 استعمال (على العكس من قطع مئات قبل تغيير قطع الإدراج.) ليست هناك حاجة لإضافة العملية الثانية (مثل الطحن الناعم أو التلميع) بعد الطحن أولي طالما يتم طحن جيدا بما فيه الكفاية (قطع إدراج الصحيحة، والتغيير لقطع إدراج المتكرر بما فيه الكفاية، والنظافة). قطع الإدراج و المبرد يكلف المال ، ولكن عمليات الطحن الناعم أو التلميع  سيكلف أكثر من ذلك(المزيد من الوقت ومواد إضافية). تفادي العملية الثانية تنتج قطعة ذات تكلفة أقل و بالتالي انخفاض الأسعار.المنافسة بين البائعين ترفع أهمية مثل هذه تفاصيل من ثانوية إلى حاسمة. وقد كان بالتأكيد إمكانية جعل أجزاء بطريقة قليلا أقل كفاءة (عمليتين) بسعر أعلى قليلا. لكن مورد واحد فقط يمكنه الحصول على العقد، بحيث يتم تضخيم اختلاف طفيف في الكفاءة من خلال المنافسةو هذا يؤثربشكل حتمي على نجاح أواغلاق الشركات.

مثلما عمليات التصنيع المختلفة تنتج قطع على مختلف التفاوتات، هي قادرة على انتاج درجات خشونة مختلفة. عموما ترتبط هذه الخاصيتان الاثنتان: العمليات التي هي دقيقة الأبعاد تنشئ أسطح منخفضة الخشونة. وبعبارة أخرى، إذا كان عملية تصنيع بتفاوت أبعاد قليلية، الأجزاء لن تكون شديد التموج و الخشونة.

بسبب عدم تطبيقية عوامل تشطيب السطح، المهندسين عادة ما يستخدم أداة تحتوي مجموعة متنوعة من مقدار خشونة السطح تم تصنبعها باستخدام أساليب التصنيع المختلفة.[14]

 

المراجع

 

  1. ^Jump up to:a b c d Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 223.
  2. ^Jump up to:a b Pradeep L. Menezes, Kishore and Satish V. Kailas, Studies on friction and transfer layer using inclined scratch, Tribology International, 39(2), 2006, 175–183.
  3. Jump up^Pradeep L. Menezes, Kishore, Shimjith M. and Satish V. Kailas, Influence of surface texture on friction and transfer layer formation in Mg-8Al alloy/steel tribo-system, Indian Journal of Tribology, 2(1), 2007, 46-54.
  4. Jump up^Pradeep L. Menezes, Kishore and Satish V. Kailas, On the effect of surface texture on friction and transfer layer formation – A study using Al and steel pair, Wear, 265(11-12), 2008, 1655-1669.
  5. Jump up^Pradeep L. Menezes, Kishore and Satish V. Kailas, Effect of roughness parameter and grinding angle on coefficient of friction when sliding of Al-Mg alloy over EN8 steel, ASME: Journal of Tribology, 128(4), 2006, 697-704.
  6. Jump up^Pradeep L. Menezes, Kishore and Satish V. Kailas, Influence of surface texture on coefficient of friction and transfer layer formation during sliding of pure magnesium pin on 080 M40 (EN8) steel plate, Wear, 261(5-6), 2006, 578-591.
  7. Jump up^Pradeep L. Menezes, Kishore and Satish V. Kailas, Effect of directionality of unidirectional grinding marks on friction and transfer layer formation of Mg on steel using inclined scratch test, Materials Science and Engineering A, 429(1-2), 2006, 149-160.
  8. Jump up^Menezes PL, Kishore, Kailas SV. Studies on friction and transfer layer: Role of surface texture, Tribology Letters, 24(3), 2006, 265-273.
  9. Jump up^Pradeep L. Menezes, Kishore and Satish V. Kailas, Effect of surface roughness parameters and surface texture on friction and transfer layer formation in tin-steel tribo-system, Journal of Materials Processing Technology, 208(1-3), 2008, 372-382.
  10. Jump up^Pradeep L. Menezes, Kishore and Satish V. Kailas, Role of surface texture and roughness parameters in friction and transfer layer formation under dry and lubricated sliding conditions, International Journal of Materials Research, 99(7), 2008, 795-807.
  11. Jump up^Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 224.
  12. Jump up^”What Wavelength Goes With a Color?”. Retrieved2008-05-14.
  13. Jump up^Whitehouse, DJ. (1994).Handbook of Surface Metrology, Bristol: Institute of Physics Publishing. ISBN 0-7503-0039-6
  14. ^Jump up to:ab Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 227

 

 

 

قائمة المراجع

Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.

 اسم المترجم: دانة غوشة

اترك تعليق

آخر المقالات