Oberflächenrauheit – Wichtige Kenngröße für die Qualität in der Zerspanungstechnik

Die Oberflächenrauheit ist ein wesentlicher Aspekt der Zerspanungstechnik, der oft über die Qualität, Funktionalität und Langlebigkeit von Bauteilen entscheidet. Die präzise Steuerung der Rauheit beeinflusst Faktoren wie Reibung, Verschleiß und die Effizienz von Schmiermitteln. Besonders in hochsensiblen Industrien wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie sind optimierte Oberflächen unverzichtbar.Die Messung und Auswertung der Rauheit erfolgt nach festgelegten Normen wie DIN EN ISO 4287 und DIN EN ISO 4288. Diese definieren die wichtigsten Oberflächenparameter und die Messmethoden zur Bestimmung der Rauheit.

Für wen ist dieser Blogartikel geeignet?

Zielgruppe. Für CNC-Programmierer, technische Einkäufer, technische Zeichner, Ingenieure und Konstrukteure.
Ziel. Vermittlung von technischem Fachwissen über Oberflächenrauheit, verschiedene Messmethoden und die Auswirkungen auf die Funktions des Bauteils.

1. Was ist Oberflächenrauheit?

Oberflächenrauheit beschreibt die kleinsten Unebenheiten auf der Oberfläche eines Werkstücks, die durch verschiedene Bearbeitungsverfahren wie Drehen, Fräsen oder Schleifen entstehen. Diese Unebenheiten haben große Auswirkungen auf die Funktion des Bauteils, besonders im Hinblick auf Verschleiß, Reibung und Dichtheit.Die Rauheit wird durch verschiedene Parameter beschrieben, die unterschiedliche Aspekte der Oberfläche quantifizieren. Dabei ist es wichtig, diese Parameter korrekt zu interpretieren und die Messung der Oberflächenrauheit den spezifischen Anforderungen anzupassen.

Die wichtigsten Rauheitsparameter: Ra, Rz und Rt 

1. Ra (Arithmetische mittlere Rauheit):

Was es misst: Ra beschreibt den Durchschnitt der Abweichungen vom idealen Oberflächenprofil und ist der am weitesten verbreitete Rauheitsparameter.
Vorteile: Ra ist einfach zu messen und bietet eine gute allgemeine Einschätzung der Oberflächengüte. Es gibt jedoch keine Auskunft über einzelne extreme Spitzen oder Täler auf der Oberfläche.
Anwendung: Ra wird in vielen Industrien, insbesondere in der Automobilindustrie, verwendet.

2. Rz (Gemittelte Rautiefe):

Was es misst: Rz misst den Höhenunterschied zwischen den höchsten Spitzen und den tiefsten Tälern über mehrere Messstrecken und ist somit genauer als Ra.
Vorteile: Rz bietet eine detailliertere Beurteilung der Oberfläche, besonders für Kontaktflächen, die unter hohen Belastungen stehen.
Anwendung: Rz wird häufig in der Luftfahrt- und Maschinenbauindustrie verwendet, um sicherzustellen, dass Oberflächen für Gleit- und Dichtungsanwendungen geeignet sind.

3. Rt (Maximale Rautiefe):

Was es misst: Rt gibt den maximalen Abstand zwischen der höchsten Spitze und der tiefsten Vertiefung innerhalb der gesamten Messstrecke an.
Vorteile: Rt ist nützlich, um extreme Abweichungen auf einer Oberfläche zu erkennen, die die Funktion des Bauteils beeinträchtigen könnten.
Anwendung: Besonders in sicherheitskritischen Anwendungen wie in der Luftfahrt.

Rollierwerkzeug mit einer Rollwalze oder Diamantglättewerkzeug mit einer Diamantspitze.

2. DIN EN ISO 4287 und DIN EN ISO 4288 – Die relevanten Normen

Um eine einheitliche Bewertung der Oberflächenrauheit zu gewährleisten, sind die Normen DIN EN ISO 4287 und DIN EN ISO 4288 von zentraler Bedeutung:

DIN EN ISO 4287: Diese Norm definiert die verschiedenen Oberflächenkennwerte wie Ra, Rz und Rt. Sie stellt sicher, dass Rauheitswerte international standardisiert und vergleichbar sind.
DIN EN ISO 4288: Diese Norm regelt die Messmethoden und -bedingungen. Sie gibt detaillierte Vorgaben zur Wahl der Grenzwellenlänge (λc), je nach Oberflächenprofil (periodisch oder aperiodisch), und beschreibt die Bedingungen, unter denen Rauheitsparameter korrekt gemessen werden müssen.

Wahl der Grenzwellenlänge (λc)
Die Grenzwellenlänge bestimmt, welche Profilanteile als Rauheit oder Welligkeit betrachtet werden. Für periodische Oberflächenprofile wird die Grenzwellenlänge auf Basis des mittleren Rillenabstands (RSm) gewählt, während bei aperiodischen Profilen Rauheitswerte wie Rz oder Ra ausschlaggebend sind. Eine Probemessung mit einer Grenzwellenlänge von λc = 0,8 mm ist oft der Ausgangspunkt. Die Wahl des kleinsten möglichen λc-Wertes, der die Normvorgaben erfüllt, ist entscheidend für eine präzise Messung.

Rollierrolle oder Diamantspitze

3. Messmethoden der Oberflächenrauheit

Die gebräuchlichste Methode zur Messung der Rauheit ist das Tastschnittverfahren. Eine Diamantspitze fährt über die Oberfläche des Werkstücks und tastet dabei die Unebenheiten ab. Diese Methode wird durch die Normen DIN EN ISO 4287 und DIN EN ISO 4288 reguliert, um sicherzustellen, dass die Messbedingungen einheitlich sind.

Das Tastschnittverfahren erfasst das Profil der Oberfläche und teilt es in das Primärprofil (P-Profil), das Rauheitsprofil (R-Profil) und das Welligkeitsprofil (W-Profil). Dabei wird das Primärprofil mit einem Gauss-Filter gefiltert, um lang- und kurzwellige Anteile voneinander zu trennen.

Das Primärprofil (P-Profil):
Das Primärprofil umfasst sowohl die Rauheit als auch die Welligkeit der Oberfläche und bildet die Grundlage für die weitere Analyse.

Das Rauheitsprofil (R-Profil):
Das Rauheitsprofil zeigt die kurzwelligen Anteile der Oberflächenstruktur, die durch Bearbeitungsverfahren entstehen. Diese Anteile sind für die Funktion des Bauteils entscheidend, da sie die Rauheit und damit die Reibungs- und Verschleißeigenschaften beeinflussen.

Das Welligkeitsprofil (W-Profil):
Das Welligkeitsprofil enthält die langwelligen Anteile der Oberfläche, die durch größere Abweichungen oder Verformungen entstehen. Diese Anteile werden für die Form- und Welligkeitsanalyse verwendet.

4. Optimierung der Rauheit mit Rollierrollen

Um die Oberflächenrauheit zu verbessern, spielen Rollierrollen eine entscheidende Rolle. Diese Werkzeuge glätten die Oberfläche eines Werkstücks durch plastische Verformung, ohne dabei Material abzutragen. Durch den Einsatz von Rollierrollen werden Spitzen und Täler auf der Oberfläche geglättet, was zu einer höheren Oberflächenqualität und einer längeren Lebensdauer des Bauteils führt.Rollierrollen sind besonders effektiv bei der Bearbeitung von Bauteilen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, wie z.B. in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Durch die Reduzierung der Oberflächenrauheit wird nicht nur die Funktion verbessert, sondern auch der Verschleiß reduziert.

5. Optimierung der Rauheit mit Diamant-Glättewerkzeugen

Diamant-Glättewerkzeuge bieten eine erstklassige Lösung für die Verbesserung der Oberflächenrauheit, insbesondere bei extrem harten Materialien. Mit ihren Diamantspitzen können diese Werkzeuge die Oberfläche eines Werkstücks präzise glätten, indem sie Unebenheiten plastisch verformen, ohne Material abzutragen. Diese Glättewerkzeuge kommen besonders bei Werkstoffen mit einer Härte von über 60 HRC zum Einsatz und garantieren höchste Präzision und Langlebigkeit.

Durch den Einsatz von Diamant-Glättewerkzeugen wird die Oberflächenrauheit erheblich reduziert, was zu weniger Reibung, höherer Belastbarkeit und einer längeren Lebensdauer des Bauteils führt. Im Vergleich zu herkömmlichen Glättverfahren ermöglichen Diamantspitzen eine extrem glatte Oberfläche, was in anspruchsvollen Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie unverzichtbar ist.

Fazit

Die Oberflächenrauheit ist ein entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit von Bauteilen in der Zerspanungstechnik. Die Normen DIN EN ISO 4287 und DIN EN ISO 4288 stellen sicher, dass die Messungen einheitlich und präzise durchgeführt werden. Durch den Einsatz von Rollierrollen können Oberflächen gezielt optimiert werden, was zu einer höheren Qualität und besseren Funktionalität der Bauteile führt.

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