Ölçme Tekniği Yüzey Pürüzlülüğü YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ ÖLÇÜMÜ Yüzey Pürüzlülüğünün Tanımı : 1930 yıllarında metal yüzeylerinin pürüzlülük değerlendirilmesi, o yüzeye bakarak veya dokunarak yapılırdı. Yüzeyde yüksek yansıma varsa yüzey pürüzsüz olarak düşünülürdü. Bu tip değerlendirmenin ömrü pek uzun olmadı. Metal yüzeyinin değerlendirilmesi şahsın dikkatinden bağımsız düşünülmeye başladı. Böylece düşünceler bu PARAMETRELER üzerinde yoğunlaştı. Pürüz yüksekliği için ortalama yükseklik, yüzey yapısında başrolü oynar. Fakat yüzey pürüzlülüğünü kontrol etmeye yetmez. Yüzey karakteristiklerinin ölçümü için önce “yüzey yapısı” ve “yüzey pürüzlülüğü” terimiyle ne kastedilmek istendiğini anlamak gereklidir. Yüzeyin Yapısı : Yüzey yapısı şu terimlerle daha iyi tanımlanır.Pürüzlülük: İşleyici bir takımın, yüzeyin bir ucundan diğer ucuna gitmesiyle oluşan pek çok çizikli, düzensiz kısa dalga boyu uzunluklarıdır. Yüzeydeki çizik izlerini normal yönde ölçme ile çapraz yönde (açılı kesik çizgi) ölçme arasında dalga boyu uzunluğu açısından fark vardır. Dalgalanma : Yüzey pürüzlülüğü düzensiz dalga boyu uzunlukları olarak dağılmışsa, yüzey aşırı yüklenmiş demektir. Bu tür bir oluşum dalgalanma olarak adlandırılır. Dalgalanma, yüzeyin taşlanması esnasında, taşlama taşının eksik kısımlarından, işlemeyi yapan takımın bağlantı karterinin titreşiminden ve ısıl işlemlerden meydana gelebilir. Genel Form Hataları - Yüzeyin yapısında, kızak aşınmalarından, tornalama işleminde işleyici takımın merkezinin aşağıda veya yukarıda olmasından, iş parçası işlenirken iş parçasının eğilip bükülmesinden form hataları meydana gelebilir.Yüzey pürüzlülüğü ölçme cihazları yüzeyin profilini grafik olarak çizerler. Yüzeyin uzun dalga boylarında olması, yüzey pürüzlülüğü ölçme parametre değerini etkiler. Bu nedenle çok uzun dalga boylarının etkisi önlenmelidir. YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNÜN DEĞERLENDİRİLMESİNDE KULLANILAN PARAMETRELER Bu amaç için kullanılan parametreler aşağıda olduğu gibi gösterilir ve adlandırılırlar : Ra: Aritmetik ortalama sapma Rz (JIS): 5 tane en yüksek 5 tane en alçak noktanın ortalaması Rt:Tüm ölçüm uzunluğu için maksimum yükseklik ile maksimum derinliğin toplamı Rq:Aritmetik ortalalama sapmaların karakökü anlamında bir parametredir. Standartlarda açıklanan parametrelerden en önemli sayılan 2 tanesi tanımlanmıştır. (Ra) aritmetik anlamda sapmaBu ifade BSJ standardında merkez ekseni ortalama yüksekliği olarak tarif edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ölçen cihazlardan direkt olarak okunabilir. Bir yüzeyin Ra değeri grafik olarak okunabilir. Bir yüzeyin Ra değeri grafik olarak şu yollar takip edilerek belirtilebilinir. 1. Önce yüzeyin en alt (dip) tarafına değecek şekilde düz bir (x-x) ekseni çekilir. 2. Tam sayıda dalga boyu uzunluğuna sahip olacak şekilde bir (L) uzunluğu seçilir. 3. Planimetri kullanılarak eğri altındaki çizili (A) alanı bulunur. Daha sonra Hm=A/L hesaplanır. Ve (C-C) ekseni çizilir. 4. (Hm) yüksekliğindeki eksen çizildikten sonra eksen üzerinde (P1+ P2+ P3+........vs) ve eksen altında (Q1+ Q2+ Q3+..............vs) ki alanların toplamı (L) uzunluğuna bölünüp (1000/Vq) ile çarpılırsa Vq 1000 . L Q P m) ( Ra alanı alanı ? ? ? ? ? ? ? ? ?Burada; P ve Q alanları (mm2), L uzunluğu (mm) olarak alınır. Vq: Düşey büyültme değeridir. Yatay büyültme: P, Q alanlarında ve (L) uzunluklarında gözlenir. Fakat yatay büyültme açık olarak denklem içinde görülmez. (Ra) değeri hala en çok kullanılan bir parametredir. Ortalama pürüz yüksekliği Rz (JIS e göre) Bu parametrenin bulunuşunun gösterimi (Ra) nın gösteriminden daha kolaydır. Önce profile, bir paralel eksen çizilir. Bu profilden sırayla 5 en dip nokta uzaklıklar ölçülür. Ortalama değer; ? ? ? ? ? ? Vq 1000 . R R R R R R R R R R 5 1 Rz 10 8 6 4 2 9 7 5 3 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? R R 8 8 R R 9 9 R R 7 7 R R 2 2 R R 5 5 R R 4 4 R R 1 1 R R 6 6 R R 1 10 0 R R 3 3YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ ÖLÇEN CİHAZLAR ve TEKNİKLERİ Yüzey pürüzlülüğünü değerlendirmek amacıyla pek çok cihaz ve teknik kullanılır. Mühendislik açısından en önemlileri 1. Elektiriksel çalışan sivri uçlu cihazlar 2. Dokunarak yüzeyin değerlendirildiği ve bu durumun mekanik çalışan cihazlarla ölçülmesi 3. Değişik tipli ısık interferans mikroskopları 4. Yüzey kopyaları elde etme Bu metodlardan 1 ve 2 no’lu metodlar yüzey üzerinde bir dizi profil gösteren metodlardır. ELEKTRİKSEL SİVRİ UÇLU CİHAZLAR YAPISI: Bu cihazlar bir kola sahiptirler. Kolun üzerine elmas bir uç yerleştirilmiştir. Bu uç, numune yüzeyini baştan başa çizer. Ucun düşey hareketi elektriksel sinyallerle gösterge veya yazıcıya iletilir. E-GÖBEKLİ CİHAZ E Göbek Tipli CihazŞekilde mıknatısın iki kutbu arasına yerleştirilen bir (Fe) göbeğin ucundaki kolun düşey hareketi ile (E) göbeğinin uçlarındaki aralık değişir. Bu değişme elektrik sinyallerinin amplitüd (şiddetini) azaltır veya çoğaltır. Bu sinyaller bir aradurum elemanı ile gerekirse büyültülür. Bir filtrasyon sistemi geliştirilerek lineer düzgün bir record etme (yazdırma) işlemi sağlanmış olur. BOBİN TİPLİ CİHAZ Şekilde bobin tipli bir cihaz görülmektedir. Bobin elmas uç üzerine yerleştirilir. Bobin arasına konan mıknatısla düşey yönde magnetik alan sağlanmış olunur. Bobin uçlu beraber aşağı yukarı iner. Elmas ucun düşey hareketiyle manyetik alan değişir. Bu manyetik alan yüzeyin amplitüd ve dalga boyu ile orantılıdır. Veya elmas ucun hareketinin frekansı ile orantılıdır. Cihazın çalışma alanı içinde frekans hassas olmayabilir. Bir (Rc) düzeltme devresi konarak istenmeyen frekanslar ayrılır. (Not; Bobin içindeki mıknatıslı parça, bobinin manyetik akısını kuvvetlendirir.) Bobin Tipli CihazPİEZOELEKRİK KRİSTALLİ CİHAZ Şekilde ise, bir piezo elektrikli cihaz gösterilmiştir. Piezoelektrik elemanı; üzerine bir kuvvet uygulandığında, gerilim doğurur. Elmas uç kolu kristale pimlenir. Elmas uç, yüzeye üzerinde kayan bir altlıkla değer. Ucun düşey hareketiyle doğan gerilim sinyal olarak alınır gösterge veya recorder’a verilir. Gerilim değişimi bu değişim kalibrelenerek yüzey pürüzlülüğü ölçülür. Çukur az kuvvet uygulanır. Tepe max. kuvvet uygulanır. DOKUNARAK YÜZEY DEĞERLENDİRME VE MEKANİK ÇALIŞAN CİHAZLAR (MECRİN) DOKUNARAK YÜZEYİ DEĞERLENDİRME: Bu yöntemin esası kıyaslamaya dayanır. Yüzey boyunca tırnakla kontrol yapılabilir. Kıyaslama için (N) serilerinde pürüzlülük değerleri belirtilmiş test blokları kullanılır.(Bi sonraki sayfada tabloya bakınız) Dokunarak yüzeyin değerlendirilmesinde yüzeyin sürtünme özellikleri esas alınır. Dönel yüzeylerin dokunarak değerlendirilmesinde farklılıklar artacağından kontrol için elektriksel sivri elmas uçlu cihazlarda (Ra) kontrolu yapılmalıdır.(N) SERİLERİ TABLOSU + 50% (µm) -25% YÜZEY İŞLEM TABLOSUMECRİN (Mekanik Çalışan Cihazlar): Dokunma yöntemini mekanik olarak ölçülebilecek cihazlar geliştirilmiştir. Bu cihazlarla taşlanmış, hoşlanmış, leplenmiş, eğelenmiş, zımparalanmış yüzeylere uygulanırlar. (Ra) değerler N serileri karşılığı olarak okunur. Cihazların Çalışma Prensibi: İnce metalik kanatçık yüzeyi değerlendirilecek yere sürüldüğü zaman hem kayacak hem de iki faktöre bağlı olarak eğilip bükülecektir. 1.Yüzey pürüzlülüğüne ve 2.İtme açısı ( ?) Kritik açılar altındaki açılarda kanatçık yüzey boyunca hafifçe kayar. Açı arttıkça şekildeki gibi kanatçık eğilmeye başlıyacaktır. Çok düzgün yüzeylerde kritik ( ?) açısı büyüktür. Bu açı pürüzlülük değerinin bir fonksiyonudur. Şekilde cihazın asıl şekli görülmesidir. Yüzeye sürülen kanatçık, şeffaf örtü içinden gözlenir. Kritik açıya erişildiğinde göstergedeki ibre ile yüzey pürüzlülüğü değerleri (Ra) N serileri ile belirtilir. Cihazın kalibresi (Ra) değerleri 0,1 ve 0,4 ?m luk sertleştirilmiş test blokları üzerinde yapılır.KADRANLI DERİNLİK CİHAZI: Kaba pürüzlülük terimi (Rz), (Ra) aritmetik ortalama değerinin 5,0 ?m’ nun üzerindeki değerleri için tanımlamak gerekir. Elektriksel ölçü cihazlarının çoğu bu değerin altındaki değerlerde dolaşırlar. Derinlik cihazı, tornalanmış, frezelenmiş kumda kalıptan çıkmış parçalar, v.s için geliştirilmiştir. Bu yüzeylerde (Rz) parametresi (Ra) parametresinden daha önem kazanır. Cihazın avantajı, grafik çizmeye ihtiyaç duymadan hızlı ölçme yapabilmesidir. Cihaz içinde çubuk (mil) bulunan, bir gösterge kadranından ibarettir. Elmas uç, yüzeyin silindirik veya düz olmasına bağlı olarak 2 veya üç noktadan sabitlenebilir. Cihaz önce standart bir blok üzerinde sıfırlanır. Sonra ölçülecek yüzeye bastırılarak yüzeyin çukur- tepelerine girmesi sağlanır. Daha sonra uç iyice sıkıştırılarak okuma yapılır. Bu işlem en az 4 noktada tekrarlanır. Ortalaması hemen ( Rz) değerine eşittir. Şayet (Ra) istenirse, bulunan (Rz) değeri (4) e bölünür. Kaba pürüzlülük değeri Rz = 4Ra dır. Tolerans % ?15 civarındadır. Bu tip amprik değerlere aşırı güven beslememe gerektiğini unutmamalıyız. Rz, (Ra) nın 7 katı da olabilir. IŞIK İNTERFERANS MİKROSKOPLARI İLE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ ÖLÇÜMÜ Düz ve eğimli yüzeyler üzerinde gölge hasıl etme tekniğinin optik sisteminde uygun bir düzeltme yapılarak yüzey pürüzlülüğü ölçümünde de kullanmak mümkündür. İnterferans gölge bandları sadece incelenen yüzey alanında görülür. Gölgenin sürekli her bakılan yüzeyde görülebilmesi için kamera, büyültmeyi sağlayan çok pahalı ve masraflı dönüştürücülere ihtiyaç vardır.Bu cihazlar yüksek kararlılığa sahip cihazlardır. Bu cihazlarla genişliği 0,5 ?m olan çizik aralıkları kolaylıkla görülür. Elektriksel sivri uçlu cihazlarda kararlılık (2,5) ?m’ nun altına düşer. Işık interferans gölgeleri önce mastar üzerinde görülür. Daha sonra ölçülen yüzeyin gölgeleri kıyaslanır. Küresel rulmanlı yatakların yüzey pürüzlülüğü bu metodla kontrol edilir. Bu yöntemin avantajları; a. İncelenen kısımda yüzey karışık bile olsa detaylı görüntü elde edilir. b. Metod tahribatsızdır, yüzeyle direkt teması yoktur. c. Cihaz tekrar tekrar kalibreleme istemez. YÜZEY KOPYALAMA İLE YÜZEY DEĞERLENDİRME Bu yüzey pürüzlülüğü ölçüm metodu, parça çok büyük, yüzey cihaza sığmıyorsa düşünülür. Bu yöntemin esası, yüzey üzerine yumuşatılma plastik parça basmak, numune çevresine duvar örerek veya bir halka geçirilerek sıvı plastiği dökmektir. Daha sonra uygun bir zaman sonra dökülen plastik kaldırılır. Yumuşatılmış plastikle %80, sıvı plastik dökme ile %100 doğruluk elde edilir.