Oberflächenrauheit: Alles, was Sie wissen müssen

Bei der Fertigung von Bauteilen sind neben Maßhaltigkeit und Toleranzen auch die Oberflächenbeschaffenheit entscheidend. Die richtige Oberflächenrauheit wird eingehalten, um Haltbarkeit, Leistung und Qualität zu gewährleisten.

Wenn Sie sich mit Oberflächenrauheit noch nicht auskennen und wissen möchten, was Oberflächenrauheit ist und welche Einheiten dafür verwendet werden, lesen Sie die folgende Anleitung.

Was ist Oberflächenrauheit in der Zerspanung und Fertigung?

Die Beschaffenheit einer Oberfläche wird als Oberflächenveredelung oder Oberflächenrauheit bezeichnet. Sie beschreibt die Abweichung der Oberfläche von einer ideal ebenen Fläche. Der Begriff Oberflächenveredelung bezieht sich auf den Grad der Bearbeitung und Politur, der auf ein Bauteil aufgebracht wird. Die Einsatzmöglichkeiten von Bauteilen hängen von ihrer Oberflächenrauheit ab.

Maßeinheiten für Oberflächenrauheit (Ra)

Was sind Ra-Einheiten?

Ra steht für Mittenrauwert und ist eine Einheit zur Messung der Oberflächenrauheit in der Fertigung. Sie ermöglicht die Quantifizierung der Glätte und Textur einer Oberfläche und gibt Aufschluss über ihr Erscheinungsbild und ihre Funktionalität. Gemessen wird in Mikrozoll oder Mikrometer.

Ra-Wert bei Oberflächenrauheit

Ein Wert der Oberflächenrauheit gibt die durchschnittliche Abweichung der Oberfläche von der Mittellinie über eine bestimmte Messstrecke an.

Begriffe der Oberflächenrauheit

Die verschiedenen Begriffe, die zur Bestimmung der Oberflächenrauheit verwendet werden, sind im Folgenden aufgeführt.

Ra

Ra ist die gebräuchlichste Maßeinheit zur Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit. Sie steht für die arithmetische mittlere Abweichung, die die Rauheit einer Oberfläche umfasst. Sie quantifiziert die Abweichung der Rauheit von der Mittellinie.

Rz

Rz ist ein Maß für die maximale mittlere Höhe der Oberfläche eines Bauteils. Er gibt den Mittelwert von fünf Abweichungen zwischen den niedrigsten und höchsten Spitzen an. Wenn Ra aufgrund ungenauer Messungen unzuverlässig ist, hilft die Einheit Rz manchmal dabei, Fehler zu vermeiden.

Rp

Rp steht für die maximale Spitzenhöhe über der Mittellinie. Es ist die Höhe der höchsten Spitze und ein sehr wichtiger Parameter, da er die maximale Oberflächenunregelmäßigkeit bestimmt. Gemessen wird in Mikrometern oder Mikrozoll.

Rv

Rv ist die maximale Taltiefe; er misst den tiefsten Wert innerhalb der Messstrecke von der Mittellinie aus. Er gibt die Tiefe von Vertiefungen auf einer Oberfläche an und kann durch Faktoren wie Spannungskonzentration beeinflusst werden.

Rmax

Bei der Beurteilung der Oberflächenrauheit sind Kratzer und Grate sehr wichtig, und Rmax hilft dabei, diese Unregelmäßigkeiten zu erkennen.

RMS

RMS steht für Roughness Magnitude Surface (quadratischer Mittenrauwert); er misst die Oberflächenrauheit, indem die Höhenwerte quadriert werden. Dadurch werden Extremwerte stärker gewichtet und es ergibt sich ein detaillierter Einblick in die Textur der Oberfläche.

Was ist die Standard-Oberflächenbeschaffenheit in der Zerspanung?

3,2 µm Ra ist die Standard-Oberflächenveredelung und wird bei allgemeinen Anwendungen gewählt. Sie bringt Fertigbarkeit und Funktionalität in Einklang und erfordert keine umfangreiche Nachbearbeitung. Dieser Ra-Bereich steht für eine mäßig glatte Oberfläche mit einigen sichtbaren Werkzeugspuren, aber ohne wesentliche Unregelmäßigkeiten.

Arten von Bearbeitungsoberflächen

Die verschiedenen Arten von Bearbeitungsoberflächen sind wie folgt:

Bearbeitungsoberfläche (as machined)

Dies ist die Oberfläche, wie sie direkt nach der Bearbeitung entsteht, mit Werkzeugspuren. Diese Oberfläche hat einen Ra-Wert zwischen 3,2 und 6,3 µm. Sie wird für Teile gewählt, bei denen die Optik keine Rolle spielt, etwa bei Funktionsprototypen.

Glatte Oberfläche

Eine glatte Oberfläche ist eine feine Oberfläche, die mit einem Formwerkzeug und bei langsamer Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt wird. Sie hat einen Ra-Wert zwischen 0,8 und 1,6 µm. Sie wird in Anwendungen wie Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt und Automobilbau eingesetzt, wo glatte Oberflächen zur Reibungsminderung beitragen.

Strukturierte Oberfläche

Eine strukturierte Oberfläche ist eine Oberfläche, die mit Verfahren und Werkzeugen wie Kugelstrahlen und Rändeln gezielt aufgeraut wurde. Sie hat einen Ra-Wert über 6,3 µm. Sie wird eingesetzt, um die Griffigkeit zu verbessern, Blendungen zu reduzieren und zu Dekorationszwecken.

Spiegeloberfläche

Eine Spiegeloberfläche ist eine polierte Oberfläche mit nahtloser Glätte. Der Ra-Wert dieser Oberfläche beträgt 0,2 µm. Eine solche Oberfläche ist bei optischen Produkten erforderlich.

Eloxierte Oberfläche

Eine eloxierte Oberfläche entsteht durch chemische Behandlung der Oberfläche, wobei eine Eloxalschicht gebildet wird, die sowohl die Optik als auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Der Ra-Wert einer eloxierten Oberfläche beginnt üblicherweise bei 3,2 µm und wird für Luft- und Raumfahrt- sowie Elektronikkomponenten eingesetzt.

Wie werden unterschiedliche Oberflächenrauheitsgrade erzielt?

Es gibt verschiedene Oberflächenrauheitsgrade, die mit unterschiedlichen Verfahren erzielt werden, wie im Folgenden erläutert.

Wie bearbeitet

Wie bearbeitete Oberflächen entstehen direkt nach der Bearbeitung und weisen einige Werkzeugspuren auf. Die Oberflächenrauheit dieser Flächen liegt bei etwa 3,2 bis 6,3 µm Ra. Es ist ein kosteneffizientes Verfahren und eignet sich für Anwendungen, die keine optisch ansprechenden Teile erfordern.

Kugelgestrahlt

Kugelstrahlen ist ein Oberflächenveredelungsverfahren, bei dem Kugeln wie feine Glaskugeln mit hohem Druck auf die Oberfläche gestrahlt werden. Es entsteht eine gleichmäßige, matte Oberfläche, und der Ra-Bereich liegt bei dieser Oberfläche zwischen 1,6 und 6,3 µm Ra. Es glättet scharfe Kanten und verbessert die Optik der Komponenten.

Eloxieren

Eloxieren ist das Verfahren der chemischen Oberflächenbehandlung, bei dem eine Eloxalschicht auf der Oberfläche der Komponenten gebildet wird. Die beiden verschiedenen Arten des Eloxierverfahrens sind wie folgt:

Eloxieren Typ II erzeugt eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche mit einer Oberflächenrauheit von 5–25 µm. Es bietet Korrosionsbeständigkeit und ermöglicht verschiedene Farben. Es ist leichtgewichtig und wird daher meist für Elektronikgehäuse gewählt.

Eloxieren Typ III ist eine harte Oxidschicht mit einer Oberflächenrauheit von 25 bis 100 µm. Diese Art des Eloxierens verleiht der Oberfläche hohe Beständigkeit gegen Korrosion und Verschleiß. Sie wird meist für militärische Anwendungen gewählt.

In der CNC-Bearbeitung erzielbare Oberflächenrauheitsoptionen

Die verschiedenen Arten von Oberflächenrauheitsoptionen, die mit CNC-Bearbeitung erzielt werden, sind wie folgt:

3,2 μm Ra

3,2 μm Ra ist die Oberfläche für chemische Maschinen; sie ist für Verbraucherkomponenten meist akzeptabel und weist glatte Oberflächen auf. Auf diesen Komponenten sind jedoch einige sichtbare Werkzeugspuren zu erkennen.

1,6 μm Ra

1,6 μm Ra weist Schnittspuren auf und wird meist für Teile gewählt, die hohen Belastungen ausgesetzt sind oder enge Passungen erfordern.

0,8 μm Ra

0,8 μm Ra ist eine Oberflächenveredelung, die hochwertige Oberflächen bietet und zudem kostspielig ist. Sie ist jedoch wichtig für Teile, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.

0,4 μm Ra

0,4 μm Ra ist eine Oberflächenrauheit, die für Komponenten gewählt wird, bei denen eine nahtlose Oberfläche höchste Priorität hat. Sie eignet sich für Komponenten, die übermäßiger Spannung und Belastung ausgesetzt sind.

Wesentliche Auswirkungen der Oberflächenrauheit auf Teile

Die Auswirkungen der Oberflächenrauheit auf die Komponenten sind wie folgt:

Verschleißfestigkeit

Bei einer rauen Oberfläche erzeugt die Verbindung zwischen den Paarungskomponenten eine erhöhte Reibung. Dies führt zu schnellem Verschleiß.

Stabilität der Passung

Rauhe Oberflächen sind weniger verschleißfest, wodurch das Spiel während der Nutzung zunimmt. Die Mikrospitzen werden beim Fügen von Presspassungen abgeflacht, was das effektive Übermaß verringert und die Festigkeit der Verbindung schwächt.

Ermüdungsfestigkeit

Rauhe Teile weisen größere Riefen auf, die wie Spannungskonzentratoren wirken. Diese beeinflussen die Ermüdungsfestigkeit der Komponenten.

Korrosionsbeständigkeit

Aufgrund der Rauheit können Luft und Feuchtigkeit in die Metallkomponenten eindringen, wodurch die Teile weniger korrosionsbeständig werden.

Dichtfähigkeit

Rauhe Oberflächen können keine ausreichende Dichtfähigkeit erzeugen, was zu Leckagen zwischen den zusammengefügten Komponenten führen kann.

Kontaktsteifigkeit

Die Kontaktsteifigkeit ist die Fähigkeit der zusammenpassenden Komponenten, einer Verformung bei Einwirkung externer Kräfte zu widerstehen. Die Steifigkeit einer Maschine hängt von der Kontaktsteifigkeit zwischen den Teilen ab.

Messgenauigkeit

Die Rauheit der Oberfläche beeinflusst die Messgenauigkeit, wenn eine Komponente mit einem Messwerkzeug gemessen wird.

Umrechnungstabelle für Oberflächenrauheit

Die Umrechnungstabelle für die Oberflächenrauheit lautet wie folgt.

Rauheitsgrade	Amerikanisches System	Metrisches System
Ra (µin)	Ra (µm)
N12	2000	50
N11	1000	25
N10	500	12.5
N9	250	8.3
N8	125	3.2
N7	63	1.6
N6	32	0.8
N5	16	0.4
N4	8	0.2
N3	4	0.1
N2	2	0.05
N1	1	0.025

Wie wird die Oberflächenrauheit gemessen?

Es gibt verschiedene Methoden zur Messung der Oberflächenrauheit, die im Folgenden erläutert werden:

Profilverfahren: Bei diesem Verfahren werden Oberflächen mit einer hochauflösenden Tastspitze gemessen.

Flächenverfahren: Bei diesem Verfahren wird eine begrenzte Fläche einer gegebenen Oberfläche gemessen. Die Messungen liefern einen statistischen Mittelwert der Riefen und Spitzen. Dieses Verfahren verwendet kapazitive Tastspitzen, Ultraschallstreuung oder optische Streuung.

Mikroskopieverfahren: Es handelt sich um ein qualitatives Verfahren, das die Kontakte misst. Es liefert Informationen über die Täler und Spitzen der Oberflächen.

Fazit

Die Oberflächenrauheit ist ein entscheidender Aspekt bei der Fertigung von Bauteilen, da deren Leistung und Haltbarkeit davon abhängen. Wenn Sie Bauteile mit der feinsten Oberflächenveredelung für Ihre individuellen Anwendungen fertigen lassen möchten, können wir von DEK Ihnen helfen. Unsere erfahrenen Ingenieure berücksichtigen die Bedeutung der Oberflächenrauheit bei Bauteilen sehr sorgfältig und gewährleisten außergewöhnliche Perfektion.

Häufig gestellte Fragen

Wie entsteht Oberflächenrauheit?

Oberflächenrauheit entsteht durch den Fertigungsprozess oder durch Oberflächenveredelungstechniken.

Worauf ist bei der Kennzeichnung der Oberflächenrauheit zu achten?

Ra ist der Parameter zur Beschreibung der Oberflächenrauheit. Bei der Kennzeichnung wird die Abweichung der mittleren Profilhöhe von der Mittellinie gemessen.

Welche Merkmale weist die Oberflächenform auf, wenn die Oberflächenrauheit Ra 3,2 µm beträgt?

3,2 µm Ra zeigt sichtbare Bearbeitungsspuren und eine mäßig raue Oberfläche.