Du début à la fin :les bases de la mesure de surface

Lorsqu'un ingénieur inclut une spécification de finition de surface sur une impression, l'intention n'est généralement pas seulement de rendre la pièce belle. La finition de surface affecte la manière dont une pièce s'adapte, s'use, réfléchit la lumière, transmet la chaleur, répartit la lubrification et accepte les revêtements. La finition doit être déterminée par la fonction de la pièce :vous voulez une surface qui répond aux exigences techniques de l'application, sans perdre de temps et d'efforts sur une finition de meilleure qualité que nécessaire. (En fait, de nombreuses applications fonctionnent mieux avec une certaine "texture", et une finition trop fine peut être aussi mauvaise que trop grossière.)

Il y a trente ans, lorsque la plupart des tolérances dimensionnelles étaient mesurées en millièmes de pouce, la différence de quelques millionièmes dans la finition de surface était souvent sans importance. Maintenant que les tolérances de "dixièmes" ou même de dizaines de millionièmes sont monnaie courante, les variations de finition de surface représentent un pourcentage important du budget d'erreur total.

Notez l'exemple suivant :

La hauteur maximale de crête à vallée sur une surface est généralement quatre ou cinq fois supérieure à la finition de surface moyenne, telle que mesurée par la méthode Ra. Une pièce avec une valeur Ra ​​de 16 μ", a donc probablement une hauteur crête à vallée de 64 μ" ou plus. Si vous essayez de respecter une spécification dimensionnelle de 0,0001", la finition 16 μ" représente plus de la moitié de la tolérance autorisée.

La finition de surface - également appelée profil - est composée de deux composants :l'ondulation et la rugosité. L'ondulation, ou variation de longueur d'onde plus longue, est causée par des influences de type macro, comme des roulements de broche usés ou des vibrations provenant d'autres équipements de l'atelier. La rugosité - le motif à courte longueur d'onde des marques d'outils provenant du meulage, du fraisage ou d'autres processus d'usinage - est influencée par l'état et la qualité de l'outillage. Les deux peuvent être influencés par le choix de l'avance et de la profondeur de coupe de l'opérateur.

Bien que les blocs-notes pour les ongles puissent fournir un guide utilisable pour la finition, ils ne peuvent pas répondre aux exigences modernes de documentation et de traçabilité. D'où l'importance croissante des jauges d'état de surface. Il existe deux variétés de base :les systèmes de type skid ou de moyenne ; et systèmes sans patins ou de profilage. Les jauges de dérapage ont un ensemble de sonde articulé, la sonde se déplaçant à côté d'un patin relativement large qui entre également en contact avec la pièce. Le patin a tendance à filtrer l'ondulation, de sorte que la sonde ne mesure que les variations de courte longueur d'onde. Une jauge à patins a un cadran ou un affichage LCD pour afficher la mesure sous la forme d'une valeur numérique unique.

Les jauges sans patin incorporent une surface interne lisse et plate comme référence, de sorte que la sonde peut réagir à l'ondulation ainsi qu'à la rugosité. Afin de permettre une analyse séparée des variations de longueur d'onde longue et courte, les jauges de profilage génèrent généralement un graphique (sur papier ou sur un écran d'ordinateur) plutôt qu'un seul résultat numérique.

Chaque application réagit différemment aux différentes combinaisons de rugosité et d'ondulation, et l'industrie a réagi en créant plus de 100 formules différentes avec lesquelles calculer les paramètres de finition de surface à partir des mêmes données de mesure. Beaucoup d'entre eux sont très spécifiques à l'application, et la plupart des ateliers sont en mesure de limiter leurs mesures à une demi-douzaine de paramètres environ. Dans presque tous les cas, les mesures sont présentées en micropouces ou en microns. Ra est le paramètre le plus largement utilisé, car il fournit une moyenne arithmétique des irrégularités de surface mesurées à partir d'une ligne moyenne qui se situe quelque part entre les points les plus élevés et les plus bas sur une longueur de coupure donnée. Une variante légèrement plus sophistiquée, Rq, utilise un calcul de la moyenne quadratique pour trouver la rugosité moyenne géométrique - une moyenne moyenne, si vous voulez.

Cependant, ces deux éléments ont tendance à minimiser l'influence des anomalies de surface telles que les bavures ou les rayures. Si de tels facteurs sont critiques pour l'application, Rmax, Ry, Rt et Rtm calculent tous la rugosité en fonction de la hauteur maximale du pic à la vallée. Rz est également utile – le paramètre "hauteur en dix points » – qui calcule la moyenne de dix différences maximales entre les sommets et les vallées dans la plage d'échantillonnage.

Si la finition de surface est indiquée sur un dessin mais non spécifiée autrement, il est de pratique courante de supposer Ra. Mais aucun paramètre unique n'est le meilleur pour tous les types de pièces, et de nombreuses applications sont mieux servies en utilisant deux paramètres ou plus :par exemple, Ra (rugosité moyenne) en combinaison avec Rmax (rugosité maximale) peut fournir une bonne idée générale de la pièce. performances et alerter le QA de la présence d'anomalies de surface potentiellement dommageables.

La finition de surface n'est pas simplement un défi à relever :elle représente également une opportunité. Dans certains cas, si vous pouvez maintenir un bon contrôle sur la finition de surface, vous pourrez peut-être réduire en toute sécurité la précision dans d'autres domaines.

Précédemment présenté dans Quality Magazine.