Le Rôle Essentiel des Tableaux de Finition de Surface dans la Qualité de la Coupe Métallique

Un Outil de Référence pour les Caractéristiques de Finition de Surface Métallique

Un tableau de finition de surface métallique est un matériel de référence que nous chez Metal Cutting utilisons parfois en interne dans le cadre de notre processus d'assurance qualité. (Vous pouvez en lire plus sur nos mesures de qualité sur la page Engagement Qualité de notre site web.)

Typiquement, ces tableaux fournissent des directives concernant la mesure des finitions de surface standard, telles que :

• Les différents paramètres utilisés
• La rugosité typique selon différentes méthodes de traitement
• La conversion d'une unité telle que les micro-pouces (µin) en microns (ou micromètres, µm)

Que Sont les Finitions de Surface Standard ?

Une finition de surface est généralement décrite comme une mesure de la texture d'une surface. Elle est caractérisée par le sens (ou direction) du motif de surface, sa rugosité et son ondulation. Les finitions de surface standard incluent les caractéristiques qui sont fréquemment utilisées en référence aux finitions d'usinage atteintes en utilisant différentes méthodes de production.

Qu'est-ce que vous trouverez exactement si vous cherchez sur le web un « tableau de finition de surface » et comment cela se rapporte-t-il aux finitions de surface standard sur les pièces métalliques ? Regardons de plus près.

Ra et Autres Unités de Finition de Surface

Un type de tableau de finition de surface métallique pourrait décrire les paramètres de finition de surface — c'est-à-dire les différentes unités de mesure et les calculs arithmétiques utilisés pour décrire la finition de surface. Un tel tableau pourrait inclure les paramètres suivants :

• Le paramètre le plus couramment utilisé est la Moyenne de Rugosité (Ra). C'est un calcul de la longueur moyenne entre tous les pics et vallées (ou la hauteur moyenne) par rapport à la ligne moyenne de la surface. Parce qu'il neutralise les points aberrants significatifs, Ra n'est pas sensible aux pics et entailles occasionnels.
• La Rugosité Quadratique Moyenne (RMS) est similaire à Ra mais généralement considérée comme une approximation et, par conséquent, moins précise que Ra. RMS est calculé en utilisant un algorithme qui trouve la racine carrée de la moyenne des carrés des valeurs. Fondamentalement, RMS transforme le profil de surface en une onde sinusoïdale et mesure la déviation moyenne de la courbe par rapport à la ligne moyenne.
• La Profondeur Maximale de Rugosité (Rmax) mesure la distance verticale du pic le plus haut à la vallée la plus basse dans les longueurs d'échantillonnage et sélectionne la plus grande des valeurs mesurées. En tant que méthode hautement sensible d'estimation de la finition de surface, Rmax est vulnérable aux bavures ou rayures qui mènent à une lecture plus élevée, indiquant une surface plus rugueuse par rapport à la surface globale.
• La Rugosité Moyenne (Rz) est calculée en moyennant la hauteur des cinq pics les plus hauts et les profondeurs des cinq vallées les plus basses. Parce qu'elle ne regarde que les extrêmes, Rz produit des valeurs qui tendent à être élevées et peut ne pas être un reflet précis de la finition de surface moyenne.

Chez Metal Cutting, nous testons typiquement pour Ra, et c'est ce que la plupart de nos clients demandent. Bien que Ra et RMS soient parfois utilisés de manière interchangeable car un facteur de conversion approximatif est RMS = Ra x 1,11, nous encourageons les clients à utiliser Ra. Il est considéré comme plus précis et est largement accepté dans l'industrie.

Tableaux de Rugosité de Surface

Un autre type de tableau de finition de surface métallique pourrait montrer la gamme moyenne des valeurs de rugosité de surface qui peuvent être atteintes en utilisant différents types de processus de fabrication. C'est utile à savoir car les finitions de surface peuvent varier grandement selon le processus d'usinage utilisé pour les produire.

Décider entre différentes méthodes de coupe est une étape importante si avoir une surface particulière sur vos pièces métalliques finies est critique pour le succès de votre application. De plus, atteindre une finition de surface particulière peut nécessiter l'utilisation de plus d'un processus.

Chaque processus de coupe de métal a ses propres caractéristiques (ce que les machinistes appellent « marques de témoin »). Elles peuvent être variées dans une certaine mesure et avec certaines limitations, encore selon le processus.

Par exemple, là où il y a un plancher sur à quel point une surface usinée peut être lisse, vous pouvez utiliser le polissage pour atteindre une surface hautement lisse. Ou vous pourriez utiliser le rectificage pour créer un bord tranchant ou une finition brillante.

Vous pouvez chercher des tableaux de rugosité de surface qui comparent les finitions de surface standard pour diverses méthodes de coupe de métal, telles que la coupe abrasive, l'EDM, ou le rectificage de surface, ainsi que le fraisage, le tournage, le lappage ou le polissage. Notez qu'avec la mesure de finition de surface, plus le nombre est bas, plus la surface est lisse — ou moins rugueuse.

Conversions des Unités de Rugosité de Surface

Un autre type de tableau de finition de surface métallique pourrait montrer les conversions entre différentes unités pour des grades de rugosité de surface spécifiques. Par exemple, le tableau montré ici fournit les conversions entre Ra et RMS, dans les deux systèmes de mesure standard et métrique (c'est-à-dire en micro-pouces et microns/micromètres) :

Notez que les conversions de rugosité de surface sont approximatives. C'est parce que Ra et RMS mesurent des choses différentes et ne sont convertibles qu'avec un profil d'onde sinusoïdale — ou quand les pics et vallées sont parfaitement les mêmes tout au long de la surface, ce qui est rarement le cas dans les paramètres réels.

Outils pour Comparer Visuellement les Finitions de Surface

Quelqu'un qui cherche sur le web un tableau montrant les finitions de surface standard pourrait en fait chercher une image qui montre à quoi devrait ressembler une surface particulière — disons, une avec une rugosité de 63 µin Ra.

C'est là qu'un autre outil de référence pratique entre en jeu : les comparateurs de finition de surface, aussi appelés plaques de comparaison de rugosité de surface.

Les comparateurs de finition de surface sont des outils d'inspection qui offrent une alternative au test mécanique de chaque pièce et à l'obtention d'une mesure réelle de son Ra. Le test mécanique implique généralement l'une de deux méthodes :

• Un profilomètre de rugosité de surface par contact, qui fait glisser une sonde le long de la surface de la pièce pour la lire — et qui peut rayer ou autrement altérer la surface de la pièce
• Un outil non-contact, non-destructif qui utilise l'interférométrie ou une autre métrologie optique 3D pour mesurer sans toucher la surface de la pièce

Cependant, à la place de ces outils mécaniques, vous pouvez regarder une plaque de comparaison qui montre à quoi ressemble un Ra de 63 µin (ou 32 µin, 16 µin, 8 µin, et ainsi de suite) comparé à la pièce que vous inspectez.

L'utilisation de comparateurs de finition de surface est un moyen rapide et facile de discerner si une pièce est dans les specs en la regardant plutôt qu'en mesurant physiquement le profil de surface.

Différents Types de Comparateurs

Tout comme il y a différentes gammes moyennes de finition de surface pour différents processus de coupe de métal, il y a aussi différentes plaques de comparaison pour différents processus.

C'est parce que, par exemple, une pièce coupée par EDM aura l'apparence de minuscules « trous » sur la surface de la coupe d'extrémité, tandis qu'une méthode abrasive produira ce qui ressemble à des lignes très fines, légèrement arquées, à travers la surface de la coupe d'extrémité. Même la même valeur exacte de Ra peut sembler très différente selon le processus de coupe utilisé.

Par conséquent, il est important d'être sûr que vous regardez la plaque de comparaison pour le bon processus.

Limitations des Comparateurs

De plus, quand vous descendez à des exigences de finition de surface beaucoup plus basses (plus lisses), telles que 2 µin ou 1 µin Ra, les plaques de comparaison ne sont pas utiles. C'est parce que sauf s'ils sont sous fort grossissement, les différences entre 2 µin et 1 µin Ra (ou plus bas) ne seront pas facilement apparentes.

Si votre application particulière a une plage critique — par exemple, chaque pièce doit être entre 10 µin Ra et 25 µin Ra — alors les plaques de comparaison peuvent aussi ne pas être la meilleure option. Dans ces cas, il peut être nécessaire de tester mécaniquement les pièces pour s'assurer que leur finition de surface est dans la plage spécifiée.

Standards Exigeants de Finition de Surface

Ici chez Metal Cutting, les finitions de surface que nous traitons le plus souvent sont la coupe d'extrémité de petites pièces métalliques de précision et la surface du corps le long du diamètre des tubes et tiges.

Il est important de se rappeler que s'il y a une imperfection, un coup ou une rayure quelque part sur une pièce, elle peut ne pas être incluse dans la mesure totale de finition de surface de la pièce. Cependant, nous prenons grand soin de minimiser ces types de défauts de finition de surface et, dans la mesure où la finition de surface est critique pour le produit, nous pouvons inspecter pour tout défaut si nécessaire.

Résultats Typiques pour les Coupes d'Extrémité

Notre méthode de coupe abrasive produit de manière conservatrice une coupe d'extrémité de 32 ou 63 µin Ra ou mieux selon la meule utilisée. (Rappelez-vous, plus le nombre est bas, plus la surface est lisse — donc « ou mieux » signifie « ou plus bas ».) Nous disons de manière conservatrice et commençons avec une valeur Ra élevée parce que différents types de métal jouent un rôle crucial dans ce qui peut être atteint.

Avec une pièce lappée, la surface de la coupe d'extrémité que nous atteignons est typiquement 16 µin Ra ou mieux. Et nos meilleurs résultats sont quand nous polissons mécaniquement les pièces à des coupes d'extrémité aussi lisses que 1 µin Ra ou même plus lisse.

Résultats Typiques pour les Surfaces de Corps

Si l'exigence du client est différente de la surface « telle que tirée » de la matière première, Metal Cutting peut rectifier le matériau pour atteindre les résultats désirés pour les surfaces de diamètre d'une pièce (ou le corps de la pièce). Nous atteignons typiquement 8 à 16 µin Ra par rectificage, mais 2 à 4 µin Ra est possible dans certaines circonstances.

Quand nous trions pour ébavurer, un avantage supplémentaire est que cela peut créer une action de polissage qui produit une surface encore plus lisse de 8 µin Ra ou mieux. À partir de là, nous pouvons utiliser des techniques de polissage mécanique pour ramener la finition de surface du corps en dessous de 1 µin Ra.

Si une surface plus rugueuse est requise, nous pouvons utiliser le sablage ou le rectificage pour développer intentionnellement une surface très rugueuse, dépassant possiblement 100 µin Ra.

(Lisez plus sur comment nous répondons aux exigences de finition de surface Ra des petites pièces métalliques.)

Comment Satisfaire Vos Besoins en Finition de Surface Métallique

Comme vous pouvez le voir à partir des différents types de tableaux de finition de surface métallique, il y a diverses options de finition de surface et différentes façons de regarder la rugosité de surface.

Heureusement, avec un choix de processus de coupe de métal et les diverses techniques de finition qui peuvent être utilisées, le bon partenaire peut produire des pièces métalliques qui répondront à vos exigences de finition de surface ainsi qu'à vos autres besoins de dimensions critiques.

Pour en savoir plus, consultez notre vidéo Comment Éviter les Problèmes de Finition de Surface de Dernière Minute.