טיב שטח — מדריך מקיף
מדריך הנדסי מקיף לטיב שטח (Surface Finish): Ra, Rz, Rmax, N-Grade, ISO 21920, סימנים בשרטוט, שיטות מדידה (פרופילומטר), והשוואת טיב שטח בין תהליכי ייצור שונים (חריטה, כרסום, שחיקה, ליטוש).
✦
טיב שטח — Surface Finish
Ra · Rz · Rmax · N-Grade · ISO 21920 · סימנים בשרטוט · מדידה · השוואת תהליכים
📊 פרמטרי טיב שטח — Surface Texture Parameters
פרמטרים ראשיים — Profile (2D)
ISO 21920-2ISO 4287 (ישן)
Raממוצע אריתמטי של הסטייה מקו האמצע — הנפוץ ביותר בתעשייה
Rzממוצע של 5 גבהים מקסימליים ב-5 חלונות דגימה — רגיש לשריטות
Rmax / Rz1maxהגובה המקסימלי הגדול ביותר מבין ה-5 חלונות — worst case
Rq (RMS)שורש ממוצע ריבועי — רגיש יותר מ-Ra לחריגות. Rq ≈ 1.11×Ra
Rtגובה כולל מקסימלי של הפרופיל — Peak to Valley על כל אורך המדידה
RskSkewness — א-סימטריה. שלילי=פלטו (טוב למסבים). חיובי=חודים
RkuKurtosis — חדות. Rku>3=חדוד (שריטות). Rku<3=שטוח (טוב)
RsmMean Spacing — מרחק ממוצע בין פסגות. קשור לכלי ו-fn
RmrMaterial Ratio — אחוז חומר בחתך נתון. Abbott-Firestone Curve
▸ Ra לבד לא מספיק! שני משטחים עם Ra=0.8 יכולים להיראות שונה לגמרי
▸ Rz חשוב יותר לאטימה — שריטה אחת עמוקה = דליפה
▸ Rsk שלילי = פלטו = ↑נשיאת עומס ← מסבים, צילינדרים
▶ YouTube
▸ Rz חשוב יותר לאטימה — שריטה אחת עמוקה = דליפה
▸ Rsk שלילי = פלטו = ↑נשיאת עומס ← מסבים, צילינדרים
פרמטרים משטחיים — Areal (3D)
ISO 25178
SaRa בתלת-ממד — ממוצע אריתמטי על שטח
SzRz בתלת-ממד — גובה מקסימום על שטח
SqRMS בתלת-ממד
SskSkewness משטחי
StrTexture Aspect Ratio — 0=כיווני, 1=איזוטרופי
SalAuto-correlation Length — אורך דפוס חוזר
SmrMaterial Ratio 3D — Abbott-Firestone משטחי
▸ ISO 25178 מחליף בהדרגה את ISO 4287
▸ 3D = תמונה מלאה — 2D = חתך אחד בלבד
▸ נדרש Confocal / White Light Interferometer
▸ 3D = תמונה מלאה — 2D = חתך אחד בלבד
▸ נדרש Confocal / White Light Interferometer
יחסים בין פרמטרים
| יחס | ערך טיפוסי | הערה |
|---|---|---|
| Rz / Ra | 4–7 | 4 לשחיקה, 7 לחריטה |
| Rq / Ra | 1.1–1.3 | ~1.11 לפרופיל סינוסואידלי |
| Rt / Rz | 1.0–2.0 | 1.0=אחיד, 2.0=שריטה בודדת |
| Rmax / Rz | 1.0–1.5 | גבוה = חריג מקומי |
▸ כלל אצבע: Rz ≈ 4×Ra (שחיקה) עד 7×Ra (חריטה)
▸ אם Rz/Ra > 8 ← חפש שריטה או פגם מקומי
▸ אם Rz/Ra > 8 ← חפש שריטה או פגם מקומי
Cutoff / Filter — λc, λs
ISO 21920-3
λc (Cutoff)מפריד Roughness מ-Waviness — הכי קריטי!
λsמפריד Roughness מ-Noise — בדרך כלל 2.5μm
λfמפריד Waviness מ-Form
| Ra (μm) | λc מומלץ | אורך מדידה |
|---|---|---|
| 0.006–0.02 | 0.08mm | 0.4mm |
| 0.02–0.1 | 0.25mm | 1.25mm |
| 0.1–2.0 | 0.8mm | 4.0mm |
| 2.0–10 | 2.5mm | 12.5mm |
| 10–80 | 8.0mm | 40mm |
▸ λc=0.8mm = ברירת מחדל לרוב החלקים (Ra 0.1–2.0)
▸ שינוי λc משנה את תוצאת Ra! ← תמיד ציין בשרטוט
▸ שינוי λc משנה את תוצאת Ra! ← תמיד ציין בשרטוט
📋 טבלת N-Grade — ISO 1302
N-Grade — טבלה מלאה
| N | Ra μm | Ra μin | Rz μm | שיטת עיבוד | שימוש | עלות |
|---|---|---|---|---|---|---|
| N1 | 0.025 | 1 | 0.1 | ליטוש מראה / לאפינג | אופטיקה, אטמי פיסטון | ×50 |
| N2 | 0.05 | 2 | 0.2 | Superfinish / לאפינג | גלגורות מסבים, שסתומים | ×30 |
| N3 | 0.1 | 4 | 0.4 | האנינג / לאפינג | צירי מסבים דיוק | ×20 |
| N4 | 0.2 | 8 | 0.8 | שחיקה עדינה | גירים דיוק, Gauges | ×15 |
| N5 | 0.4 | 16 | 1.6 | שחיקה | כוננות לחץ, ציר מנוע | ×10 |
| N6 | 0.8 | 32 | 3.2 | שחיקה גסה / חריטת גמר | כוננות הזזה, מגשרים | ×5 |
| N7 ★ | 1.6 | 63 | 6.3 | חריטת גמר / כרסום גמר | O-Ring, אטמים, כללי | ×3 |
| N8 | 3.2 | 125 | 12.5 | חריטה / כרסום | כוננות מעבר, משטח כללי | ×2 |
| N9 | 6.3 | 250 | 25 | חריטה גסה / כרסום | לא פונקציונלי, פנימי | ×1.5 |
| N10 | 12.5 | 500 | 50 | ניסור / כרסום גס | חיתוך גלם | ×1 |
| N11 | 25 | 1000 | 100 | ניסור / חיתוך להבה | גלם לפני עיבוד | ×1 |
| N12 | 50 | 2000 | 200 | יציקה חול / חישול | גלם | — |
▸ ★ N7 (Ra 1.6) = ברירת מחדל סבירה לרוב המשטחים הפונקציונליים
▸ N8 (Ra 3.2) = ISO 2768 כללי — מספיק ל-90% מהמשטחים
▸ כל ירידה ב-N = ×1.5–2 בעלות!
▸ N8 (Ra 3.2) = ISO 2768 כללי — מספיק ל-90% מהמשטחים
▸ כל ירידה ב-N = ×1.5–2 בעלות!
✏️ סימני טיב שטח בשרטוט — ISO 1302:2002
סימן בסיסי
√ (בסיסי)כל שיטת עיבוד — לא מוגדר
√ + עיגולעיבוד אסור! משטח כפי שהוא (יציקה/חישול)
√ + קועיבוד שבבי נדרש — Material Removal Required
מיקום aRa ערך — למעלה משמאל (ראשי)
מיקום bשיטת ייצור — למעלה מימין
מיקום cCutoff λc — אם שונה מברירת מחדל
מיקום dכיוון Lay — ⊥ / = / × / M / C / R / P
מיקום eStock Removal — כמות חומר להסרה (mm)
▶ YouTube
כיוון Lay — סימנים
= (מקביל)קווי עיבוד מקבילים לשפת ההשקה — חריטה OD
⊥ (ניצב)קווי עיבוד ניצבים לשפת ההשקה — Facing
× (צולב)שתי כיוונים — האנינג צילינדרים
M (רב-כיווני)ללא כיוון מועדף — לאפינג, Shot Blast
C (מעגלי)מעגלים קונצנטריים — Facing, Surface Grinding
R (רדיאלי)קרניים מהמרכז
P (ללא דפוס)ללא Lay — ציפוי, הדפסה
▸ Lay חשוב לאטימה: O-Ring על משטח = ← כיוון Lay ⊥ לכיוון הדליפה!
▸ האנינג = × (Cross-Hatch) ← ← Honing Angle 45°–60°
▸ האנינג = × (Cross-Hatch) ← ← Honing Angle 45°–60°
דוגמאות סימון בשרטוט
Ra 0.8טיב שטח Ra מקסימום 0.8μm — כל שיטה
Ra 0.8 / Rz 4.0Ra + Rz ביחד — ↑בקרה
Ra 0.8 (שחיקה)Ra 0.8 בשיטת שחיקה ספציפית
Ra 3.2 כלליבפינת השרטוט — חל על כל המשטחים ללא סימון
U/LUpper/Lower limit — Ra 0.4U / Ra 0.1L = טווח
16% Ruleברירת מחדל: עד 16% מהמדידות יכולות לחרוג
Max Ruleאף מדידה לא חורגת — מסומן "max" ליד הערך
▸ 16% Rule: ISO ברירת מחדל. Ra 0.8 = עד 16% מהמדידות יכולות להיות >0.8
▸ Max Rule: מחמיר! 100% של המדידות ≤ 0.8. יקר יותר לייצור
▸ Max Rule: מחמיר! 100% של המדידות ≤ 0.8. יקר יותר לייצור
⚙️ תהליך → Ra — מה משיגים מכל שיטה
טווח Ra לפי תהליך ייצור
| תהליך | Ra Min (μm) | Ra Max (μm) | Ra טיפוסי | הערה |
|---|---|---|---|---|
| Superfinish | 0.01 | 0.1 | 0.025–0.05 | גלגורות מסבים, מדחסים |
| לאפינג | 0.01 | 0.4 | 0.05–0.1 | שסתומים, Gauge Blocks |
| האנינג | 0.05 | 0.8 | 0.1–0.4 | צילינדרים, Hydraulic Bores |
| ליטוש (Polishing) | 0.01 | 0.4 | 0.05–0.2 | תבניות, אופטיקה |
| שחיקה גלילית | 0.1 | 1.6 | 0.2–0.8 | צירים, כוננויות |
| שחיקת משטח | 0.1 | 1.6 | 0.2–0.8 | שטוחים מדויקים |
| Burnishing | 0.05 | 0.4 | 0.1–0.2 | לחיצת פני השטח ← Ra נמוך |
| חריטת גמר | 0.4 | 3.2 | 0.8–1.6 | fn נמוך, Wiper Insert |
| כרסום גמר | 0.4 | 3.2 | 0.8–1.6 | ae קטן, fz נמוך |
| Reaming | 0.4 | 3.2 | 0.8–1.6 | חורים H7 |
| Boring | 0.2 | 1.6 | 0.4–0.8 | Fine Boring ← 0.2 |
| חריטה רגילה | 1.6 | 6.3 | 3.2 | fn סטנדרטי |
| כרסום רגיל | 1.6 | 6.3 | 3.2 | ae/fz סטנדרטי |
| קידוח | 1.6 | 12.5 | 3.2–6.3 | מקדח HSS/Carbide |
| חריטה גסה | 3.2 | 25 | 6.3–12.5 | ap/fn גבוהים |
| ניסור | 6.3 | 25 | 12.5 | חיתוך גלם |
| חיתוך להבה | 12.5 | 50 | 25 | Oxy-Fuel / Plasma |
| יציקת חול | 12.5 | 50 | 25 | Sand Casting |
| Die Casting | 0.8 | 6.3 | 1.6–3.2 | תבנית חדשה |
חריטה — Ra לפי fn
Ra ≈ fn² / (8×R_nose) × 1000
| fn (mm/rev) | R_nose 0.4mm | R_nose 0.8mm | R_nose 1.2mm |
|---|---|---|---|
| 0.05 | 0.39 | 0.20 | 0.13 |
| 0.08 | 1.00 | 0.50 | 0.33 |
| 0.10 | 1.56 | 0.78 | 0.52 |
| 0.15 | 3.52 | 1.76 | 1.17 |
| 0.20 | 6.25 | 3.13 | 2.08 |
| 0.30 | 14.06 | 7.03 | 4.69 |
▸ Wiper Insert: מכפיל fn בלי להעלות Ra!
▸ R_nose גדול = Ra נמוך ← אבל ↑Chatter בחומרים רכים
▸ נוסחה: Ra ≈ fn² / (8×Rε) × 1000 [μm]
▶ YouTube▸ R_nose גדול = Ra נמוך ← אבל ↑Chatter בחומרים רכים
▸ נוסחה: Ra ≈ fn² / (8×Rε) × 1000 [μm]
כרסום — Ra לפי Step-Over
Ball End Mill — Scallop Height
| ae/D | Ball ⌀6 | Ball ⌀10 | Ball ⌀16 |
|---|---|---|---|
| 0.05 | Ra 0.3 | Ra 0.2 | Ra 0.1 |
| 0.10 | Ra 1.2 | Ra 0.7 | Ra 0.4 |
| 0.20 | Ra 4.7 | Ra 2.8 | Ra 1.8 |
| 0.30 | Ra 10.5 | Ra 6.3 | Ra 3.9 |
▸ Scallop Height = ae²/(8×R)
▸ ae/D=0.1 עם Ball ⌀10 = Ra 0.7 — סביר לתבניות
▶ YouTube▸ ae/D=0.1 עם Ball ⌀10 = Ra 0.7 — סביר לתבניות
📐 מדידת טיב שטח — Measuring Methods
Contact Profilometer — מחט סריקה
הנפוץ ביותר
עקרוןStylus (מחט יהלום R=2μm) סורקת על פני השטח
פרמטריםRa, Rz, Rq, Rsm, Rmr — כל פרמטרי 2D
טווחRa 0.01–100μm
רזולוציה0.001μm אנכי (Z) · 0.5μm אופקי (X)
מגבלותמגע פיזי ← שריטה בחומרים רכים. 2D בלבד
ניידMitutoyo SJ-210/310 — ← ← ← נפוץ בשטח!
שולחניTaylor Hobson Surtronic / Mahr MarSurf
כיולRa Reference Standard — Type C1/D1 לפי ISO 5436
▸ הנחת מכשיר: ⊥ לכיוון ה-Lay! מדידה ∥ ← Ra נמוך מדי
▸ כיול: לפני כל סדרת מדידות — Reference Specimen
▸ חזרתיות: 3 מדידות מינימום, ממוצע
▶ YouTube
▸ כיול: לפני כל סדרת מדידות — Reference Specimen
▸ חזרתיות: 3 מדידות מינימום, ממוצע
Optical — ללא מגע
3DISO 25178
White Light Interferometry↑↑רזולוציה (0.1nm Z!) — Zygo, Bruker
Confocal Microscopyסריקת שכבות — 3D מלא — Keyence, Sensofar
Focus VariationAlicona InfiniteFocus — חלקים מורכבים
Structured Lightהקרנת פסים — מהיר, פחות מדויק
יתרוןללא מגע ← חומרים רכים, 3D ← Sa/Sz/Ssk
חסרוןיקר ×10–50 מ-Contact, רגיש לזוהר/שקיפות
▶ YouTube
Comparator — השוואה ויזואלית
מהירסובייקטיבי
עקרוןהשוואת משטח לדגמי התייחסות — ציפורן / עין
Ra ComparatorRubert / GAR — 6 דגמים לפי תהליך
דיוק±1 N-Grade — מספיק לבקרת קו
כלל הציפורןRa>1.6 = מרגיש. Ra<0.8 = חלק למגע
▸ Comparator = בקרה מהירה בקו ייצור
▸ לא מחליף מדידה! רק Go/No-Go ראשוני
▸ דגם נפרד לכל תהליך: חריטה ≠ כרסום ≠ שחיקה
▸ לא מחליף מדידה! רק Go/No-Go ראשוני
▸ דגם נפרד לכל תהליך: חריטה ≠ כרסום ≠ שחיקה
🔧 דרישות טיב שטח לפי יישום
Ra מומלץ לפי יישום הנדסי
| יישום | Ra (μm) | Rz (μm) | שיטה | הערות |
|---|---|---|---|---|
| גלגורת מסב | 0.025–0.05 | 0.1–0.2 | Superfinish | Rsk שלילי חובה |
| ציר מסב | 0.1–0.4 | 0.4–1.6 | שחיקה | h5/h6 + Ra |
| בית מסב | 0.4–1.6 | 1.6–6.3 | שחיקה / Boring | H7 + Ra |
| פני שסתום (Seat) | 0.05–0.2 | 0.2–0.8 | לאפינג | Leak-tight! |
| O-Ring Groove | 0.4–0.8 | 1.6–3.2 | חריטת גמר | Lay ⊥ לאטימה |
| O-Ring מושב (Static) | 0.2–0.8 | 0.8–3.2 | שחיקה / חריטה | Ra 0.4 = בטוח |
| O-Ring מושב (Dynamic) | 0.1–0.4 | 0.4–1.6 | שחיקה | Ra 0.2 אידיאלי |
| גליל הידראולי | 0.1–0.4 | 0.4–1.6 | האנינג | Cross-Hatch Angle 45° |
| גליל מנוע | 0.2–0.8 | 0.8–3.2 | האנינג | Plateau Honing |
| כוננות לחץ H7/p6 | 0.4–0.8 | 1.6–3.2 | שחיקה | Ra שני חלקים תואם |
| כוננות הזזה H7/f7 | 0.4–1.6 | 1.6–6.3 | שחיקה / חריטה | סיכה נדרשת |
| גליל פנאומטי | 0.1–0.4 | 0.4–1.6 | האנינג / שחיקה | Chrome plated ID |
| שטוח Gasket | 1.6–3.2 | 6.3–12.5 | כרסום / חריטה | Gasket מפצה |
| Metal-to-Metal Seal | 0.2–0.4 | 0.8–1.6 | שחיקה | בלי Gasket! |
| Flange Face (RF) | 3.2–6.3 | 12.5–25 | חריטה | ASME B16.5 — Serrated Finish |
| חוט הברגה | 1.6–3.2 | 6.3–12.5 | חריטה / ארבול | כללי |
| שן גיר | 0.4–1.6 | 1.6–6.3 | שחיקה / Shaving | תלוי AGMA Quality |
| מגלש מדריכי CNC | 0.2–0.8 | 0.8–3.2 | שחיקה | + Turcite/Scraped |
💡 שיפור טיב שטח — איך להוריד Ra
חריטה — שיפור Ra
↓ fnהזנה נמוכה = Ra נמוך. Ra ∝ fn² ← ← השפעה מרכזית!
↑ R_noseרדיוס חוד גדול = Ra נמוך. R0.8 → R1.2 = ↓Ra ×33%
Wiper Insert↑fn בלי ↑Ra — ← ← הפתרון הכלכלי ביותר
↑ Vcמהירות גבוהה יותר = ↓BUE = ↓Ra (בד"כ)
Coolantקירור מספיק = ↓חום = ↓BUE = ↓Ra
כלי חדVB < 0.1mm ← כלי שחוק = ↑Ra!
קשיחות↑Clamping + ↓Overhang = ↓Chatter = ↓Ra
כרסום — שיפור Ra
↓ fzהזנה לשן נמוכה = ↓Ra
↓ ae (Step-Over)ae/D=0.05 במקום 0.2 = ↓Ra ×4 (Ball Mill)
↑ z (מספר שיניים)4-Flute במקום 2 = ↓fz באותו Vf
Climb Millingתמיד Climb ← ↓Ra vs. Conventional
Spring Passמעבר נוסף בלי Feed = ↓Ra (Deflection)
High SpeedHSM ← ↑Vc + ↓fz = ↓Ra + ↑פרודוקטיביות
שחיקה — שיפור Ra
↓ Infeed0.005mm/pass Finishing vs 0.02mm Roughing
Spark Out3–5 מעברים ללא Feed ← ← חובה לRa נמוך!
Dress Wheelגלגל מכויל = Ra נמוך. Diamond Single Point
Fine GritF120 → F220 ← ↓Ra (אבל ↓MRR)
Coolantחובה! ← מניעת Thermal Damage ו-Grinding Burn
CBN Wheel↑יציבות ← Ra עקבי לאורך כל הסדרה
תהליכי גמר מיוחדים
Burnishingלחיצת גלגלת/כדור ← משטח Ra 0.05–0.2 ללא הסרת חומר
Tumblingבטון סיבובי עם Media ← ← Deburr + Ra 0.4–1.6
Shot Peening↑Ra (מחספס!) אבל ↑↑חיי עייפות
Electropolishחומצה + זרם ← Ra 0.1–0.4 — נירוסטה בלבד
Bead Blastingחרוזי זכוכית ← Ra אחיד 1.6–3.2, מראה מט
Vapor Honingמים + Media ← Ra 0.4–1.6, ← ← אחיד ועדין
▶ YouTube
⚠️ פגמי משטח — Surface Defects
פגמים בעיבוד שבבי
Chatter Marksסימוני רטט — פסים מחזוריים. פתרון: שנה RPM/ap
BUE (Built-Up Edge)הצטברות חומר על הכלי ← Ra גרוע. ↑Vc או ↑Coolant
Feed Marksקווי הזנה — צפויים. ↓fn = ↓סימנים
Tool Dragשריטה ברגע עצירת Spindle — הרם כלי לפני עצירה!
Smearingמריחת חומר רך (Al/Cu) — ↑Vc, כלי DLC, Coolant
Grinding Burnשינוי צבע/מיקרו-מבנה מחום ← Temper Etch לבדיקה
Orange Peelמרקם תפוז — מיקרו-מבנה גס. ↑גריינדינג/ליטוש
Burrשפם מתכתי ← Deburr ידני / Tumbling / Electrochemical
▶ YouTube
Grinding Burn — בדיקה ומניעה
קריטי!
מהוחום מוגזם בשחיקה ← שינוי מיקרו-מבנה ← ↓קשיות/עייפות
סימניםשינוי צבע (כחול/חום), ↓קשיות מקומית
Temper EtchNital Etch — חשיפת אזורי Burn. AMS 2649
Barkhausen Noiseבדיקה מגנטית ללא מגע ← Online QC. Stresstech
מניעה↑Coolant, ↓Infeed, ↑Wheel Speed, Dress תכוף
חומרהBurn = פסילה! ← ← אסור להשתמש בחלק!
▸ Grinding Burn = Scrap! אין תיקון — רק מניעה
▸ תעופה: Temper Etch 100% — AMS 2649 / PWA 34
▸ רכב: Barkhausen Online ← בקרה אוטומטית
▶ YouTube
▸ תעופה: Temper Etch 100% — AMS 2649 / PWA 34
▸ רכב: Barkhausen Online ← בקרה אוטומטית
White Layer / Rehardened Layer
מהושכבה דקה מאוד קשיחה מ-Martensite שנוצר מחום + קירור מהיר
עובי5–50μm — לא נראית בעין!
בעיהשברירית, מאמצי מתיחה ← סדיקת עייפות
נגרם ע"ישחיקה אגרסיבית, EDM, Hard Turning בלי Coolant
בדיקהמטלוגרפיה — חתך + Etch + מיקרוסקופ
מניעה↑Coolant, ↓אגרסיביות, Stress Relief אחרי EDM