10-2 認識表面織構符號
10-2 .1 表面織構概述
零件在經過各種不同的加工方法中,由於鑄砂模面、模具壁面、機械振動、刀具尖端等因素,致使機件表面產生凹凸紋路或粗糙痕跡,由肉眼無法看出,但透過電子儀器檢測,即可看出其表面微觀幾何特性,稱為表面織構 (Surface Texture)。
在產品圖樣中,對零件表面織構的要求,用幾種不同的圖形符號表示,稱為表面織構符號 (Surface Texture Symbol)。
機械零件的破壞,一般總是從表面層開始的。產品的性能,尤其是它的可靠性和耐久性,絕大多數取決於零件表面層的精粗情況,而機械加工表面精粗情況,直接影響機器的使用性能和使用壽命。因此不同的表面功能需要不同的測量參數。掌握和正確選用表面織構參數及附加要求,並在圖樣中清晰標註,是保證零件功能要求的唯一保證。
10-2 .2 表面織構參數
(Surface Texture Parameter)
因應零件表面功能的需求,採用不同的表面織構參數來評定。
表面織構參數之種類分成以下三種:
一、輪廓參數(Profile Parameter)
相關參數有:
1. R 輪廓(粗糙度參數)
2. W 輪廓(波紋參數)
3. P 輪廓(結構參數)
二、圖形參數(Motif Parameter)
相關參數有:
1. 粗糙度圖形參數(R 輪廓)
2. 波紋圖形參數(W 輪廓)
三、相關於材料比曲線之參數
(Parameter Related to the Material Ratio Curve)
相關參數有:
1. 以線性材料比曲線為基礎的參數
2. 以機率材料比曲線為基礎的參數
輪廓參數與圖形參數是用於單一加工方法表面。 通常用於單一加工方法表面的參數,不適用於兩種加工方法的表面。
相關於材料比曲線之參數是用於兩種加工方法表面。
以上三種表面織構參數,以機械加工層面最常用的是「輪廓參數」,而「輪廓參數」最常用的是「R輪廓」。
10-2 .3 表面織構輪廓參數的形成
由加工所形成的實際表面,呈非理想狀態,其表面幾何特性絕非單獨存在。大多數零件表面是由粗糙度、波紋度及表面巨觀結構綜合影響產生的結果。如圖10-16所示,以一切平面切割加工表面,所形成的截斷面線,稱為表面輪廓 。它是由表面粗糙度輪廓、波紋輪廓和結構輪廓疊加而成。
三種表面輪廓的幾何特性對零件功能影響各不相同,故採用輪廓濾波器將這些反映不同功能要求的波長分離,將表面輪廓分成長波和短波成分,如圖10-17所示。
圖10-17 三種表面輪廓曲線的形成
以傳輸波域(λs-λc)的波長分離成如圖10-17(a)曲線,即為所謂的R輪廓曲線 (粗糙度輪廓),它是計算粗糙度輪廓參數的基礎。以傳輸波域(λc-λf)的波長分離成如圖10-17(b)曲線,即為所謂的W輪廓曲線 (波紋輪廓),它是計算波紋輪廓參數的基礎。若應用短波的λs濾波器之後的總曲線,即為所謂的P輪廓曲線(結構輪廓),它是計算結構輪廓參數的基礎。
會形成加工表面具有此三種輪廓的因素如下:
1.粗糙度輪廓:由加工方法的刀具痕跡及切削撕裂材料塑性變形所形成。
2.波紋輪廓:由機器或刀具意外震動或零件撓曲形成材料應變所形成。
3.結構輪廓:由機器或零件的撓曲或導軌誤差所引起。
二、表面織構符號在文件中之代號
當表面織構符號在文件上 (例如:報告或合約中)使用時,必須如表10-3所示,以文字代號使用 ,不得使用圖形符號。
圖10-18 表面織構要求事項書寫位置
三、表面織構符號的完整符號之組成
為了確保對表面織構之要求,除了標註表面織構參數和數值外,必要時應增加特別要求事項。
完整符號中可以加註表面織構要求事項的指定位置,如圖10-18所示。
四、表面織構符號註寫位置說明
1. 位置a
常用的表面織構符號,是以完整符號,在如圖10-18位置a註寫參數代號和限界值 (粗糙度值)為主要。在註寫時,表面織構參數代號與限界值之間要留兩個空白 ,以避免誤讀。其他要求事項表示皆採用預設標準值,因此可以省略不標註,如圖10-19所示。
但它還是包含不可少的四項資訊:
(1) 標註三項表面輪廓(R 、W 、P )中的那一項
(2) 標註任一種表面織構特徵
(3) 評估長度為取樣長度之多少倍
(4) 應說明所標註的限界(值)規格(16%規則為預設值 ,或最大規則)
圖10-19 位置a均採用預設值註法
若要求事項未採用預設標準值,則須明確表示要求事項,則各要求事項之標註順序如圖10-20所示。
圖10-20 未採用預設值的標註順序
依圖10-20之標註順序,各要求事項說明如下:
(1) 限界形式:當表面識構參數為單邊之上限界時,其符號“U”可以省略不寫,如圖10-21(a),如果是下限界,則符號“L”必須加註在參數代號前,如圖10-21(b)。若為雙邊之上下限界時,則如圖10-21(c)標註。當上下限界有相同的參數代號,但限界值不同時,“U”及“L”可以省略,如圖10-21(d)。
(2) 濾波器形態:標準濾波器是由“Gaussian”(高斯)濾波器,可以省略不註出。不過將來其他濾波器也可能標準化,所以建議註出濾波器名稱,標註將會更明確。
(3) 傳輸波域與取樣長度:傳輸波域是指評估輸廓參數時,濾波器中所定(截止)短、長之波長範圍,在R輪廓其傳輸波域為(λs-λc),W輪廓其傳輸波域為(λc-λf)傳輸波域截止波長值單位為mm。一般將長波濾波器的截止值作為取樣長度。 R輪廓取樣長度的標準值如表10-4所示。
為了確保表面織構要求項目能明確的約束所規定之表面,傳輸波域應該標註在參數代號之前,並以斜線“/”分開。傳輸波域標註包含濾波器的截止值(cut-off Value),短波濾波器在前,長波濾波器在後,並用連字符號“─”分開,如圖10-22(a)所示。在某些情況下,傳輸波域兩個濾波器中,其中一個濾波器具有預設值,因此省略,可以不標註。如果只註一個濾波器,應保留連字符號“─” ,以便區分是短波濾波器或長波濾波器,如圖10-22(b)(c)所示。
輪廓參數的W輪廓其傳輸波域沒有預設值 ,它是以R輪廓的取樣長度標準值(0.08、0.25、0.8、2.5、8、25)為基礎,以λc-nxλc(λf)加註 ,如圖10-23(a)所示。其中n值由設計者選擇。但現階段因濾波器預設標準為(Gaussiam)高斯濾波器,所以其本身n內定為10,所以當圖面上λc是採用0.8,則λf=8,如圖10-23(b)所示。
(4) 表面織構參數:表面織構參數是由輪廓與特徵組成,輪廓是指(R 、W 、P )三種的那一種,特徵是指它的參數值計算是要採取振幅參數、間隔參數,或混合參數或曲線相關參數。一般在圖面上最常見到的是Ra 、Rz 此兩種參數。茲以表10-6說明此兩表面織構參數的粗糙度表示法。
常用的輪廓算術平均偏差Ra 的數值與輪廓最大高度Rz 的數值如表10-7所示。
(5) 評估長度(ℓn):用於評估被評定輪廓的x軸方向上的長度。評估長度包含一個或數個取樣長度。在輪廓參數的R 輪廓其評估長度預設是5倍的取樣長度 ,可以省略不註寫。若不是採用預設值,則必須在相關參代號後註寫其數目,例如:Ra 3、Rz 3、Wz 5。(於此要注意只有輪廓參數的R輪廓之評估長度才有預設值,其他相關參數沒有)。
由於加工表面的不均勻性,在評定表面粗糙度時的評估長度,應根據不同的加工精粗程度和相應的取樣長度來確定,可參考表10-5。若被測表面均勻性較好,測量時可用小於5倍取樣長度的評估長度,均勻性較差可選用大於5倍取樣長度的評估長度。
(6) 限界規格:有兩種不同方法來標註和說明表面織構的限界規格:16%規則和最大規則。茲以表10-8說明此兩種規則。
2. 位置b
在圖10-18位置b是註寫第2個或更多個表面織構要求的事項。
如圖10-26(a)所示第2個表面織構要求加註例。若或有第3個或更多表面織構要求事項要加註,為使有足夠空間註寫,應在圖形符號的垂直方向加長,當圖形符號加長時“a”“b”位置須上移,如圖10-26(b)所示。
圖10-26 位置b之標註例
3. 位置c
對於指定表面之加工方法、處理、被覆或其他加工要求時,則在圖10-18的位置c加註。如圖10-27所示。字在圖面上恆呈水平。
圖10-27 位置c表面之加工方法要求之標註
4. 位置d
零件表面因加工方法所產生的紋理和方向,例如:刀具遺留的紋路。如有必要指定時,則用表10-9所示之符號註寫在圖10-18位置d處,如圖10-28所示。如無必要,則不必註明。此符號並不適用在“文字上”的標註。
圖10-28 位置d表面紋理和方向的標註
5. 位置e
加工裕度通常僅標註在多重加工階段,例如:在表示完工零件形狀的鑄、鍛件圖樣中給出加工裕度。加工裕度單位為mm,其註寫在圖10-18位置e。如圖10-29所示,加工裕度標註不適用在"文字上"的標註。
圖10-29 位置e加工裕度的標註(包含所有表面之加工裕度為3mm)
10-2 .5 表面織構符號在圖上和其他技術產品文件上的標註
一、表面織構符號標註的位置與方向
1. 標註方向
一般規則是:表面織構符號在圖上的標註方向,與尺度標註的方向一樣,朝上和朝左二個方向 ,如圖10-30所示。
圖10-31
表面織構符號標註於該面之輪廓線上
圖10-32 用指線標註表面織構符號
2. 標註於輪廓線或指線上
表面織構符號應該與表面接觸或利用指線與之相連。指線的箭頭端(或相關端點),應指向工件外側表面的輪廓線或其延伸線上,如圖10-31、圖10-32所示。
3. 組合件上之標註
在不致誤解的情況下,表面織構符號可標註在尺度線上,如圖10-33所示。
圖10-33 組合件上之標註
4. 在幾何公差符號上之標註
表面織構符號可以標註在幾何公差框格上,如圖10-34所示。
圖10-34 表面織構符號標註於幾何公差框格上
5. 在尺度界線上之標註
表面織構符號可以直接標註在尺度界線上,或以指線的箭頭端與尺度界線相連,如圖10-35所示。
圖10-35 表面織構符號在尺度界線上的標註
6.在圓柱及稜柱(角柱)表面之標註
若圓柱及稜柱的表面有相同的表面織構要求時,則其表面僅須標註一次,如圖10-35所示。若稜柱有不同的表面織構要求時,則須個別標註,如圖10-36所示。
圖10-36 圓柱及稜柱表面織構符號之標註
二、公用表面織構符號之標註
1. 大多數表面有相同之表面織構要求
單一零件圖上,若工件大多數表面有相同之表面織構,其公用表面織構符號應置於該圖的標題欄旁,少數例外之表面織構符號仍分別標註在各面之邊視圖上。並在公用表面織構符號之右側加畫一個有括弧的基本符號(✓),代表視圖上所標示的各個表面織構符號,如圖10-37所示。
若為了指出有些要求項目與共同的表面織構之要求項目有所差異,將要求事項特別差異的表面織構符號加註在括弧內,如圖10-38所示。(註:新的標準括弧內之表面織構符號是由細至粗順序標註)
圖10-38 公用表面織構符號之標註(二)(加註說明)
若為了指出有些要求項目與共同的表面織構之要求項目有所差異,將要求事項特別差異的表面織構符號加註在括弧內,如圖10-38所示。(註:新的標準括弧內之表面織構符號是由細至粗順序標註)
若是一張圖面上有多個零件圖時,則是將公用表面織構符號標註於視圖外件號之右側,少數例外的則在公用表面織構符號之右側,加畫一個有括弧的基本符號(✓),如圖10-39所示。
下頁圖:圖10-39 多個零件圖於一張圖上的公用表面織構符號標註法
2. 多數表面有相同要求項目
當機件上多數表面有相同的表面織構符號時,為避免重複標註,或受圖紙空間限制,可以採用簡化註法。
(1) 用帶有字母的完整符號的簡化註法:可用帶有字母的完整符號以等式的形式,在圖形或標題欄附近,對有相同表面織構要求的表面註寫簡化標註,如圖10-40(a)所示。
(2) 僅用表面織構圖形符號的簡化註法:可用基本符號,及延伸符號,以等式的形式註寫對多數表面共同的表面織構要求,如圖10-40(b)所示。
三、兩種或多種加工方法的標註
若必須明確標註表面處理前、後的表面織構要求,則可如圖10-41所示的方式標註。
圖10-41 表面處理前、後之表面織構符號標註