Yüzey Pürüzlülüğü ve Pürüzlülük Ölçümü

Konu Anlatımı

Yüzey Pürüzlülüğü ve Pürüzlülük Ölçümü

Bir metal parçanın yüzeyi hiçbir zaman tamamen düz değildir. Kesme, taşlama, honlama ve lap işlemleri yüzeyde tepe ve çukur adı verilen düzensizlikler bırakır; bu düzensizliklerin ölçüsü pürüzlülük olarak adlandırılır. Pürüzlülük yalnız görsel bir kusur değildir: yüzey pürüzlülüğü arttıkça korozyon hızlanır, yorulma ömrü kısalır ve geçme toleransı bozulur. Bu yüzden pürüzlülük, teknik resimde ölçüyle birlikte yazılan bir geometrik toleranstır. Bu derste pürüzlülük parametrelerini, işlem–sınıf ilişkisini ve ölçüm yöntemlerini öğreneceğiz.

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste pürüzlülüğün sayısal olarak nasıl ifade edildiğini, bir ölçüm raporundaki değerin nasıl okunacağını ve hangi işlemin hangi yüzey kalitesini sağladığını öğreneceğiz. Rz değerinden Ra değerine nasıl geçildiğini adım adım uygulayacağız. Ayrıca pürüzlülük arttıkça neden hem korozyon hem yorulma riskinin arttığını açıklayacağız ve bir parçanın yüzey sınıfını işlem adımına bağlayan bir plan çıkaracağız.

Ön bilgi

Ön bilgi olarak profil kavramı gereklidir. Yüzey pürüzlülüğü, bir ölçer iğnesi yüzeyi taradığında çizilen profilden hesaplanır. Tarama yönü ile işleme yönü aynı olduğunda yönlü pürüzlülük, aralarında açı varsa yönlendirilmemiş pürüzlülük oluşur. Bu yüzden ölçüm yönü teknik resimde belirtilmelidir; ölçüm yanlış yönde yapılırsa sonuç tamamen farklı çıkar.

İkinci ön bilgi mikron birimidir. Pürüzlülük değerleri 0,01 mikrona kadar küçük olabilir; bu nedenle ölçüm mikroskobik yöntemlerle yapılır. Gözle değerlendirme yalnızca çok kaba yüzeylerde anlamlıdır. Pürüzlülük değeri küçüldükçe ölçüm maliyeti hızla artar.

Ra, Rz ve Rq Parametreleri

Ra (ortalamalama pürüzlülük), profil yüksekliklerinin ortalama mutlak değeridir ve en sık kullanılan parametredir. Rz (pik yükseklik) profildeki en yüksek tepe ile en derin çukur arasındaki farkı verir. Rq ise profil sapmalarının karekök ortalamasıdır.

Bu üçü aynı yüzeyi farklı açılardan tanımlar. Genellikle Rz değeri Ra değerinin yaklaşık dört katıdır; ancak bu oran yüzeyin karakterine bağlıdır ve düzgün üretilen yüzeylerde daha güvenilirdir. Bu nedenle teknik resimde öncelikle Ra yazılır. Bir raporda Ra verilmişse doğrudan kullanılır; yalnız Rz verilmişse Ra'ya dönüştürmek yaklaşık bir işlemdir.

Pürüzlülük Serileri

Pürüzlülük değerleri standart bir seriye göre seçilir. Tipik seri şöyledir: 0,0125 – 0,025 – 0,05 – 0,1 – 0,2 – 0,4 – 0,8 – 1,6 – 3,2 – 6,3 – 12,5 – 25 – 50 mikron. Seriler yaklaşık iki kat artar; bu, algı ve ölçüm kolaylığı sağlar.

Üretim yüzeyleri bu seriden bir değerle adlandırılır. Örneğin Ra 3,2 yüzey «taşlanmış», Ra 0,8 yüzey «ince taşlanmış», Ra 0,2 yüzey ise «laplanmış» olarak anılır. Yeni üretilen bir parçanın resminde pürüzlülük Ra 1,6 ise işlem sonrasında en fazla bu değere kadar pürüzsüzleştirileceği anlaşılır.

İşlem ve Yüzey Sınıfı İlişkisi

Her işlemin ulaşabildiği bir pürüzlülük sınırı vardır. Tornalama ile Ra 6,3 – 12,5 arası, Frezeleme ile Ra 6,3 – 25 arası, Taşlama ile Ra 0,4 – 3,2 arası, Honlama ile Ra 0,2 – 0,8 arası, Laplama ile Ra 0,0125 – 0,4 arası yüzeyler elde edilir.

Bu değerler en iyi durum için verilmiştir; ölçüm yönü yanlış seçilirse, alet takılır veya titreşim olursa gerçek değer belirtilenden kötü çıkar. Bu yüzden «işlem iyi yapıldı» yeterli bir gerekçe değildir; ölçüm sonucu yazılır.

Pürüzlülüğün Etkileri

Pürüzlülüğin dört temel etkisi vardır. Korozyon: pürüzlü yüzeyde nem ve klorür iyonları çukur tabanlarında birikir; korozyon hızlanır. Yorulma: çukur tabanları gerilme yoğunluğunu artırır ve çatlak başlangıcı oluşur. Geçme toleransı: iki parça birleştiğinde tepe noktaları yalnız birkaç noktada temas eder, temas alanı beklenenden az olur. Sürtünme ve aşınma: yağ filmi pürüzlü yüzeyde sürekli kopar, yağlama tüketimi artar.

Bu nedenle hassas geçme yapılan millerde, ölçü toleransından bağımsız olarak pürüzlülük toleransı da yazılır. Mil ile yatak arasındaki radial clearance (radyal boşluk) pürüzlülük arttıkça değişir ve yağ filmi kalınlığı bozulur.

Ölçüm Yöntemleri

Pürüzlülük üç yöntemle ölçülür. Karşılaştırmalı yöntemde parça yüzeyi referans numune pullarla (Ra 0,2 ile Ra 12,5 arasında standart pullar) gözle karşılaştırılır; ucuz ve hızlıdır ama kişisel yargı içerir. Temaslı yöntemde ölçerin iğnesi yüzeyi belirli bir mesafede tarar; en yaygın ve en güvenilir yöntemdir. Temassız yöntemde optik veya lazer yöntemlerle profil çıkarılır; pürüzsüz yüzeylerde ve ince filmlerde tercih edilir.

Ölçümde hata en çok iz yönünden gelir. Ölçülen yüzey, işleme yönüyle aynı yönde tarandığında bazen pürüzlülük olduğundan yüksek, dik yönde tarandığında olduğundan düşük çıkar. Ayrıca yüzeydeki yağ, toz veya talaş, iğneyi sürükleyerek sonucu bozar. Bu nedenle ölçüm öncesi yüzey dikkatle temizlenir.

Basit örnek

Örnek: Bir yüzeyde pik yükseklik Rz = 12,5 mikron ölçülmüştür. Ortalamalama pürüzlülük Ra yaklaşık kaç mikron olur ve bu değer hangi standart sınıfa girer?

İleri örnek

Örnek: Bir milin teknik resminde Ra 0,4 mikron yazılıdır. Ölçümde Rz = 2,0 mikron bulunmuştur. Parça kabul edilebilir mi, hangi işlem uygulanmalıdır?

Adım adım çözülmüş örnek

Yönerge: Aşağıdaki işlemi adım adım çözünüz. Adım 1: Rz değerinden yararlanılarak Ra'ya geçilir: Ra = Rz ÷ 4. Adım 2: Rz = 2,0 mikron için Ra = 2,0 ÷ 4 = 0,5 mikron bulunur. Adım 3: Ra = 0,5 mikron, standart seride verilen 0,4 mikron değerinden büyüktür. Adım 4: 0,4 mikron değeri istenen üst sınırdır, ölçülen 0,5 mikron bu sınırı aşar. Adım 5: Sonuç: parça kabul edilmez; lap işlemi uygulanıp ölçüm tekrarlanır.

Kavram karşılaştırma tablosu

Tablo değerleri standart seriye dayanır: seride değerler yaklaşık iki kat artar ve Ra için ana basamaklar 0,2 / 0,4 / 0,8 / 1,6 / 3,2 / 6,3 / 12,5 mikron olarak kullanılır.

Sık Yapılan Hatalar

• Rz değerini Ra değeri olarak kullanmak: Rz, Ra'nın yaklaşık dört katıdır; doğrudan yazılırsa tolerans dört kat gevşer ve geçme yetersiz kalır.
• Ölçüm yönünü resme göre seçmemek: Yanlış yönde tarama pürüzlülüğü olduğundan yüksek veya düşük gösterir; resimde ölçüm yönü belirtilmelidir.
• Yüzeyi temizlemeden ölçmek: Yağ ve talaş iğneyi sürükler; ölçümden önce yüzey özenle temizlenmelidir.
• Gözle ölçüm kararı vermek: Referans pulla karşılaştırma özneldir; rapor için ölçer sonucu kullanılmalıdır.
• Tornalama yüzeyini taşlanmış saymak: Tornalama en iyi durumda Ra 6,3 verir; taşlama ile aradaki fark bir seri basamağıdır.
• Pürüzlülüğün yalnız estetik olduğunu düşünmek: Pürüzlülük korozyon hızını, yorulma ömrünü ve geçme toleransını doğrudan etkiler.
• İşlem sonrası ölçüm yapmamak: Alet takılması ve titreşim nedeniyle ölçülen değer yazılı değerden kötüdür; ölçüm zorunludur.
• Titreşim sırasında ölçmek: Titreşim iğneyi yerinden oynatır ve sonucu tamamen geçersiz kılar; ölçüm makinesi sabitlenmelidir.

Özet

Yüzey pürüzlülüğü, metal yüzeydeki tepe ve çukur düzensizliklerinin ölçüsüdür ve teknik resimde ölçüyle birlikte yazılan bir geometrik toleranstır. Pürüzlülük üç temel parametreyle tanımlanır: Ra ortalama mutlak yüksekliği, Rz en yüksek tepe ile en derin çukur arasındaki farkı, Rq ise karekök ortalamayı verir. Genellikle Rz değeri Ra değerinin yaklaşık dört katıdır ve teknik resimde öncelikle Ra yazılır. Pürüzlülük değerleri standart bir seriden seçilir: 0,0125 / 0,025 / 0,05 / 0,1 / 0,2 / 0,4 / 0,8 / 1,6 / 3,2 / 6,3 / 12,5 / 25 / 50 mikron. Her işlemin ulaşabildiği bir sınır vardır: tornalama Ra 6,3-12,5, frezeleme Ra 6,3-25, taşlama Ra 0,4-3,2, honlama Ra 0,2-0,8 ve lap Ra 0,0125-0,4 aralığında yüzey üretir; bunlar en iyi durum değerleridir. Pürüzlülüğün dört temel etkisi vardır: çukur tabanlarında nem biriktiği için korozyon hızlanır, gerilme yoğunluğu arttığı için yorulma ömrü kısalır, tepe noktalarının az sayıda temas etmesi nedeniyle geçme toleransı bozulur ve yağ filmi koptuğu için sürtünme kaybı artar. Ölçüm karşılaştırmalı, temashı veya temassız yöntemlerle yapılır; temashı yöntem en yaygın ve en güvenilir olanıdır. Ölçüm yönü teknik resimde belirtilmeli, yüzey temizlenmeli ve titreşim olmadığı doğrulanmalıdır.

Kendini dene

Aşağıdaki dört soruyu yanıtlayarak çalışma kâğıdına yaz. Kendini şu ölçütle değerlendir: (1) Ra ile Rz arasındaki ilişkiyi ve neden önce Ra'nın yazıldığını açıkladıysan 10 puan, (2) tornalama ile lap arasındaki yüzey kalitesi farkını seri basamaklarıyla yazdıysan 10 puan, (3) ölçüm yönünün neden sonucu değiştirdiğini açıkladıysan 10 puan, (4) pürüzlülüğün korozyon, yorulma ve geçme toleransı üzerindeki üç etkisini yazdıysan 10 puan almışsındır. Toplam 40 puandır.