1 1. Tegningen er en kontrakt skrevet i symbolsprog En teknisk tegning er en (teknisk/juridisk) kontrakt. Tegningens geometriske krav til bl.a. overfladerne på emnet skal opfyldes af producenten. Kravet til overfladerne formuleres på tegningen ved hjælp af et symbolsprog. Tegningens symbolsprog er i de fleste tilfælde den eneste kommunikation/information mellem den person, der har udarbejdet tegningen, og de personer, som skal fremstille emnet, samt de personer, som ved måling skal styre egenskaberne og skal vise, at kravet er opfyldt. Symbolsproget skal kunne løse to opgaver. A - kunne gøre specifikationsusikkerheden lille. B - Kunne gøre korrelationsusikkerheden lille. Vi har brug for et fælles entydigt symbolsprog til at kommunikere og formulere kravene til overfladers geometri. Dette af hensyn til specifikationsusikkerheden. Grunden til at stille krav til overfladerne på emnerne er, at de (overfladerne) skal opfylde en ganske bestemt funktion i det produkt, som de indgår i. Vi har brug for et fælles entydigt symbolsprog, der er så fleksibelt, at det kan udtrykke alle mulige forskellige emnefunktioner og emneegenskaber alene ved hjælp af krav til overfladens geometri. Dette af hensyn til korrelationsusikkerheden. Symbolsproget skal være fælles for alle involverede personer (udvikling, konstruktion, fremstilling, måling, kvalitetsstyring, service, salg, mv.), så de alle forstår akkurat det samme, når de taler, skriver eller læser sproget. Hvis ikke sproget er fælles, så vil der med sikkerhed opstå misforståelser og fejl, som vil ændre produktets egenskaber utilsigtet. Vi har i dag et sådant internationalt entydigt symbolsprog, som kan tales, skrives og forstås overalt i verden. Symbolsproget er ikke et dødt sprog. Det udvikles og raffineres hele tiden i takt med den almindelige teknologiudvikling og de krav, der opstår fra, at de industrielle markeder internationaliseres mere og mere. Der er i alt 13 standarder med tilsammen mere end 300 sider regler og meget koncentreret information, som til sammen dækker området. Det er kun 15-20 år siden at det internationale symbolsprog blev lanceret. Indtil da var det mange vidt forskellige lokale nationale symbolsprog, der var i anvendelse, og som hver især byggede på forskellige lokale traditioner og behov. Mange af disse nationale symbolsprog er stadig i anvendelse som dialekter, der kan skabe stor og effektiv forvirring. 2. År 2000 symbolsproget Vi kender alle den nationale begyndelse i Danmark indenfor overfladekarakterisering: 1, 2, 3 og 4 trekanter ( hajtænder ) eller krøllen. Disse gamle symboler kan stadig ses i anvendelse på tegninger. Hver af hajtand-symbolerne står for et Ra-værdi-område. Krøllen betyder, at der ikke skal ske nogen beabejdning af overfladen - der er ingen krav. Det er klart, at fire klasser af overfladerruhed ikke altid opfylder alle de ønsker og behov, som konstruktører/produkter har i år 2000.
2 Figur 1 - De ældste danske symboler anvendt til at stille geometriske krav til overflader Symbolsproget for geometriske krav til overflader på emner findes kun beskrevet i standarder, og kan ikke findes andre steder. Disse standarder er nu en del af GPS matrix systemet (GPS står for Geometriske Produkt Specifikationer - For overblik over GPS se [1] og [2]). I år 2000 GPS matrix systemet er der tre typer af krav, der kan anvendes på overflader: Dansk Overfladebeskaffenhed Overfladeufuldkommenheder Formkrav Engelsk Surface texture Surface imperfections Form requirements Formkrav og Overfladebeskaffenhed har samme natur, men er indrettet på forskellig måde og rettet mod forskellige bølgelængder i overfladen. Formkrav anvendes udelukkende til langbølgeområdet. Overfladebeskaffenhed kan anvendes til såvel kort- og mellembølgeområdet som langbølgeområdet. Formkrav vil ikke blive omtalt yderligere. Overfladebeskaffenhed omfatter det gamle begreb ruhed og to nye geometriske begreber, bølgethed og P-profilen.Angivelse af overfladebeskaffenhed kan anvendes til at stille krav til den overflade, der efterlades af fremstillingsprocessen. Overfladeufuldkommenheder er et nyt geometrisk begreb, der supplerer overfladebeskaffenhed. Angivelse af overfladeufuldkommenhed kan f.eks. anvendes til at stille krav til/sætte en grænse for typer, antallet og størrelsen af skader i den overflade, som fremstillingsprocessen efterlader. 3. Overfladebeskaffenhed DS 58, 4. udgave er nøglen til at sætte en specifikation for overfladebeskaffenhed på en tegning. DS 58, 4. udgave er lavet som en styrepult eller vejledning, der informerer og guider den person, som har ansvar for specifikationen, hen til de relevante steder i de andre standarder. Det er meget væsentligt, at der nu eksisterer en lang række forskellige muligheder, som er til rådighed for tegningsspecifikationen, så det er muligt at variere kravet til overfladen, så kravet bedst muligt korrelerer med den funktionsegenskab, som overfladen er tiltænkt. Med anvendelse af et moderne usikkerhedsbegreb betyder det: At der nu er mulighed for at holde korrelationsusikkerheden nede på et acceptabelt niveau.
Det grafiske symbol til angivelse af overfladebeskaffenhed findes i tre varianter, som signalerer procestypen, som vist på figur 2. Variant a betyder, at der er valgfrihed for procestype. Variant b betyder, at overfladebeskaffenheden skal opnås ved at fjerne materiale. Variant c betyder, at der ikke må fjernes materiale for at opnå den krævede overfladebeskaffenhed. 3 a b c Figur 2 Det grafiske symbol skal suppleres med et større eller mindre antal supplerende krav, for at det virker! Figur 3 viser et sådant eksempel. Kravet til overfladen, der kan læses på figur 3, er: 1 Der skal fjernes materiale (fx spåntagning!), 2 Ruhedsprofil-maksimumhøjden 3 Rz må ikke overstige 0,9 :m. Læg mærke til at bogstavet z stå på linien. Det - bl.a. - viser, at det er et krav stillet efter de nye år 2000 standarder. Tidligere blev det andet bogstav i parameterbetegnelsen - her z - angivet som indices. Det har afgørende betydning!!!!!!!!!! Figur 3 De tre delkrav, som kan ses på figur 3 er ikke tilstrækkelige til at sikre et entydigt krav til overfladen. Der skal mere til! De supplerende delkrav er der, men er skjult - Man skal vide at de er der. Specifikationen på figur 3 er en såkaldt Default angivelse - dvs. en kort skriveform for et langt mere omfattende krav. Definitionen af hvad default angivelsen betyder findes i standarderne. På figur 4 er vist, hvad default angivelsen på figur 3 i virkeligheden betyder og står for, hvis den skulle skrives helt ud. Fordelen ved den korte skriveform (figur 3) er klar, den er overskuelig og nem, men default skrivemåden indebærer også en risiko, for de, der ikke kender betydningen - som kun kan læses i de relevante standarder. Figur 4 1 Der skal fjernes materiale (fx spåntagning!),
2 Det er en øvre grænse (U) 3 Der skal filtreres med et Gauss-filter 4 Der skal filtreres med to filtre 0,0025 mm (nedre) og 0,8 mm (øvre) 5 Ruhedsprofil-maksimumhøjden, Rz, er parameteren 6 Ruhedsværdierne er defineret som en middelværdi af 5, hver beregnet over en referencelængde på 0,8 mm 7 16% reglen er kontrolkriterie 8 Grænseværdien for Rz er 0,9 :m (må overskrides i 16% af tilfældene) Der mangler endnu to meget væsentlige oplysninger for at kravet er så entydigt, som det kan blive. Oplysninger som aldrig kan være en del af default-definitionen, og som derfor altid bør gives på tegningens symbol - også når kun default skrivemåden på fig 3 anvendes. Det, der mangler, er processen og oveflademønstrets form og/eller retning (markeret med? på figur 4). Angivelse af processen er - i de fleste tilfælde - lige så væsentlig for relevansen af talværdien i et overfladekrav i forhold til emnets funktion, som temperatur-talværdien og navnet på temperaturskalaen (Celsius, Fahrenheit eller Réaumur) er det for vands kogeeller frysepunkt. Sagt med andre ord: To overflader, f.eks. med samme ruhedsværdi, fremstillet med to forskellige processer, vil normalt fungere forskelligt. Så "på med processen" for at sikre entydighed - der er ensbetydende med en lav specifikationsusikkerhed! Overflademønstrets form og retning har i langt de fleste tilfælde afgørende indflydelse på funktionen - så det krav - den oplysning - må ikke mangle. 4 Figur 5 Figur 5 resummerer alle de delkrav i et overfladekrav, som er nødvendige, for at specifikationsusikkerheden kan holdes nede. På figur 5 er valgt talværdier og definitioner for delkravene, som IKKE svarer til default. Det samme er tilfældet på figur 6 og 7, der gradvist nærmer sig en fuldstændig og entydig "ikke default" (special) tegningsangivelse af et overfladekrav.
5 Figur 6 Special (ikke default) angivelsen på tegningen er en nødvendighed i masser af tilfælde for at kunne opnå små korrelationsusikkerheder - altså en tæt og entydig sammenhæng mellem den specificerede talværdi i kravet og overfladens funktionsegenskab. Figur 7 Anvendelse af default-angivelse af overfladekrav må betragtes som en nødløsning, der - helt uden tvivl - altid vil gøre fremstillingen af emnerne/produktet dyrere!! (for at opnå samme emnefunktion), end hvis der anvendes special angivelse af overfladekravet. Figur 8 Figur 8 viser, at det både er muligt - og somme tider også relevant - at stille mere end ét og endda også forskellige typer af overfladekrav til samme overflade for at sikre sig, at der er en lav korrelationsusikkerhed. Her på figur 8 er det to øvre grænser med brug af hhv. Ra og Rz og én nedre grænse med brug af parameteren Rz. Processen er her en elektrokemisk proces - der "lægger" noget på overfladen. Med bogstav betegnelserne på tekstkasserne på figur 5 kan der kort knyttes følgende kommentarer: a Der kan også som vist i figur 8 angives nedre grænser for overfladekravet - Bogstavet L. Hvis der ikke står noget bogstav U eller L, så er det en øvre grænse. b Default filter typen er i dag et Gauss filter - defineret i ISO 11562. Tidligere blev anvendt det såkaldte 2RC filter c Default transmissionsbåndene (forholdet mellem det lange, 8c, og det korte, 8s, filter) er - når de er defineret - fastlagt i ISO 3274. Det lange filters default-værdi er fastlagt i standarder, som er relevante for parametertypen (fx ISO 4288 og ISO 13565-1)
Figur 9 6 d Der er defineret tre forskellige profiler, hhv. R-profilen - også kaldet ruhedsprofilen, W- profilen - også kaldet bølgethedsprofilen og P-profilen (uden andet navn). Parameterbetegnelserne knytte til de tre profiler er hhv. R, W og P (se figur 9). W-profilen har endnu ikke fået defineret default filterværdier og default transmissionsbånd. Denne mangel betyder at Wz-kravet vist på figur 9 har en meget stor specifikationsusikkerhed, da filtrene ikke er fastlagt. De to andre eksempler på figur 9 m. Rz og Pz er i orden (lille specifikationsusikkerhed), da der findes de nødvendige default definitioner. e Der findes et stort antal forskellige overfladeparametre, mange af dem er kun egnet til meget specielle emnefunktioner - og som derfor i specielle situationer giver lav korrelationsusikkerhed, når de anvendes korrekt. Parametrene kan opstilles i tre hovedgrupper: De "gamle"/de klassiske - dem vi kende f.eks. Ra, Rz, Rp, Rq, osv. (ISO 4287), de nye specialiserede (ISO 13565-serien), de "Franske" Motiv-parametre (ISO 12085). De to sidste har speciel filtrering. f Default evalueringslængden er 5 referencelængder. Når der står et andet tal (antal referencelængder ændrer det fx en overflades ruhed g En overflade har ikke én R-værdi, W-værdi eller P-værdi. Der er altid tale om en fordeling af overfladeparameterværdier med en relativ stor standardafvigelse (ofte er standardafvigelsen over 10% af middelværdien). Derfor er Default reglen, at op til 16% af parameterværdierne i en overflade må være større end den angivne øvre grænse hhv. mindre end den angivne nedre grænse. Ved at skrive max efter parameterbetegnelsen ændres reglen til: At ingen værdier må være større end angivne øvre grænse hhv mindre end den angivne nedre grænse. Forskellen mellem de to (16% og max) i et krav kan ændre en overflades parametermiddelværdi op til 50%. h Grænseværdien angives i :m i k Tre muligheder - omtalt tidligere DS 58 indeholder en række symboler til styring af overflademønsteret m Fremstillingsprocessen Det er meget vigtigt at gøre sig klart, at ovenstående er det, der gældende i dag for specifikation af overflader. De nye år 2000 standarder er fremstillet i ISO, og er derfor kendte i hele verden. Det betyder ikke nødvendigvis, at de er gjort til nationale standarder i alle lande. Der er forskelle - så pas på med fremmede tegninger og fremstilling på basis af danske tegninger i andre lande. Alle de nye overflade standarder er blevet accepetret som Europæiske (EN) Standarder. Det betyder at alle Europæiske lande har enslydende/teknisk identiske nationale standarder på overfladeområdet. Mange regler og defintioner, ja selv parameterbetegnelser er ændret siden forrige ISOudgivelse omkring 1985. Det betyder at ældre tegninger eller tegninger udført af personer, som ikke kender til de nye standarder,med sikkerhed er baseret på andre regler og en helt anden praksis. Der er al mulig grund til at være på vagt, og gøre sig klart i forhold til hvilket lands standarder en overfladeangivelse skal tolkes i forhold til. Forskellene kan samlet let overstige 100% selv når der skrives exact det samme krav på tegningen. 4. Overfladeufuldkommenheder
Regler for angivelse af krav til overfladeufuldkommenhed er indeholdt i ISO 8785. ISO 8785 bygger på (og angiver på billeder/skitser - se eksemplet Figur 10), at der kan identificeres 31 forskellige typer/former for Overfladeufuldkommenheder (f.eks.: furer, ridser, revner, porer, sugninger, indtrykninger, lagdeling, indeslutninger, osv.). Standarden er et katalog over disse 31 forskellige, med nærmere beskrivelser af årsag, mv. Når der skal angives en specifikation af en overfladeufuldkommenhed, så er ideen i ISO 8785 den, at man så kan opstille begrænsende krav af forskellig slags, f.eks. til arten (de 31 typer Overfladeufuldkommenheder), størrelsen (længde og bredde), arealet, arealet/arealenhed, dybden, mv af de enkelte defekter - eller summen af dem. Dette kan ske med et antal fastlagte forkortelser, f.eks.: 7 Figur 10 Eksempel på én af de 31 illustrationer fra ISO 8785, der viser et såkaldt gasblære (blowhole) SIM e SIM w SIM sd SIM cd SIM sh SIM ch SIM a SIM t SIM n SIM n /A Længde af Overfladeufuldkommenhed Bredde af overfladeufuldkommenhed Dybde af overfladeufuldkommenhed (kun fordybninger) Dybde af kombineret overfladeufuldkommenhed Højde af overfladeufuldkommenhed (kun forhøjninger) Højde af kombineret overfladeufuldkommenhed Overfladeufuldkommenhedsareal Totalt overfladeufuldkommenhedsareal Antal overfladeufuldkommenheder Antal overfladeufuldkommenheder pr. enhedsareal Metoden er altså, at man - i ord - beskriver hvilke overfladeufuldkommenhedstyper af de 31, der kan tolereres eller ikke kan tolereres - afhængig af situationen, og at man derudover fastsætter grænseværdier for de relevante egenskaber med de ovenfor angivne parametre, f.eks.: SIM n = 60 Betyder: At der på (hele) den pågældende flade kun kan accepteres op til 60 stk. overfladeufuldkommenheder af den nærmere specificerede type. Er der flere må overfladen afvises.
SIM n /A = 60m 2 Betyder: At der må være op til 60 stk. overfladeufuldkommenheder pr. m 2 8 SIM n /A = 10/50 mm 2 Betyder: At der må være op til 10 stk. Overfladeufuldkommenheder pr. 50 mm 2 Tilsvarende kan der med de andre krav opstilles øvre grænser for overfladefekternes karakteristika. Identifikationsbogstaverne i parameternavnene er skrevet som indices. Dette er en trykfejl, som er indført i standarderne af ISOs Centralsekretariat i Geneve. Det skulle, som i alle andre overfladestandarder, have været små bogstaver på linien - af hensyn til læsbarheden osv. - Der vil ikke opstå misforståelser ved at anvende små bogstaver på linien som f.eks.: SIMe, SIMw, SIMsd, SIMcd, SIMsh, osv. Trykfejlen vil blive rette ved udgivelse af den næste udgave. Referencer [1] DS/CEN/CR ISO 14638:1997 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Oversigt [2] DS/CEN/CR ISO 14638/Til.1:1997 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Oversigt [3] DS 58:1997, 4. udgave - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Metode til angivelse af overfladebeskaffenhed i teknisk produktdokumentation. Vil i løbet af ca. ét år blive afløst af ISO 1302 med samme tekniske indhold. [4] DS/EN ISO 3274:1998 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Tastsniinstrumenters nominelle karakteristika [5] DS/EN ISO 4287:1998 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Termer, definitioner og overfladebeskaffenhedsparametre [6] DS/EN ISO 4288:1998 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Regler og procedurer for evaluering af overfladebeskaffenhed [7] DS/EN ISO 5436-1:2000 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Målenormaler - Del 1: Materialiserede mål Endnu ikke trykt og udgivet med dansk tekst [8] DS/EN ISO 5436-2:2001 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Målenormaler - Del 2: Software målenormaler Endnu ikke trykt og udgivet af ISO og DS - udgives først i 2001 [9] DS/EN ISO 8785:1999 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladeufuldkommenhed - Termer, definitioner og parametre
[10] DS/EN ISO 11562:1998 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Fasekorrekte filtres metrologiske egenskaber [11] DS/EN ISO 12085:1998 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Motivparametre [12] DS/EN ISO 12179:2000 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Kalibrering af tastsnitinstrumenter Endnu ikke trykt og udgivet med dansk tekst [13] DS/EN ISO 13565-1:1998 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Overflader med niveaudelte funktionsegenskaber - Del 1: Filtrering og generelle målebetingelser [14] DS/EN ISO 13565-2:1998 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Overflader med niveaudelte funktionsegenskaber - Del 2: Højdekarakterisering ved anvendelse af den lineære materialeandelskurve [15] DS/EN ISO 13565-3:2000 - Geometriske produktspecifikationer (GPS) - Overfladebeskaffenhed, profilmetode - Overflader med niveaudelte funktionsegenskaber - Del 3: Højdekarakterisering ved anvendelse af materialesandsynlighedskurven Endnu ikke trykt og udgivet med dansk tekst 9