Yüzey Pürüzlülüğü: Ra ve Rz Nedir, Nasıl Ölçülür?

Yüzey Pürüzlülüğü Nedir?

Hiçbir yüzey gerçekten düz değildir. Kesim, taşlama, zımparalama ya da haddeleme yüzeyde iz bırakır. Bu izlerin kısa aralıklı tepe ve çukurlarına yüzey pürüzlülüğü denir. Pürüzlülük mikrometre (µm) ile ifade edilir; bir mikrometre milimetrenin binde biridir.

Bir yüzeyin profili üç bileşenden oluşur. En uzun dalga boyu şekil hatasıdır: eğrilik, çarpılma, düzlemsellik sapması. Ortada dalgalılık yer alır; makine titreşimi ya da takımın salgısı gibi nedenlerle oluşur. En kısa dalga boyunda ise pürüzlülük vardır. Ölçüm cihazı bu üç bileşeni filtrelerle birbirinden ayırır ve pürüzlülük parametrelerini yalnız son bileşenden hesaplar.

Bu ayrımı pratikte gözden kaçırmayın. Sac parçanın düz olup olmadığı pürüzlülük değil düzlemsellik sorusudur ve farklı yöntemle ölçülür. Çarpılmış bir parçanın yüzeyi çok pürüzsüz olabilir; düz bir parçanın yüzeyi ise kaba olabilir. Düzlemselliği sac doğrultma sayfasında ayrıca anlattık.

Pürüzlülük parametreleri ISO 4287'de tanımlandı. Bu standart 2021 sonunda geri çekildi ve yerini ISO 21920 serisi aldı. ISO 21920-2 terimleri ve parametreleri, ISO 21920-3 ölçüm kurallarını, ISO 21920-1 ise teknik resimde gösterimi kapsar. Ra ve Rz yeni seride de yer alır; hesaplama ayrıntılarında küçük farklar vardır. Atölyede elinize gelen çizimlerin çoğu hâlâ eski standartlara göre hazırlanmıştır.

Sac işlemede pürüzlülük dört yerde karşınıza çıkar: boya ve kaplamanın tutunması, görünür yüzeyin görünümü, kaynak ağzının temizliği ve sızdırmazlık ya da hijyen isteyen yüzeyler. Her birinde istenen değer farklıdır; tek bir "iyi yüzey" yoktur.

Ra Nedir?

Ra, profilin ortalama çizgiden sapmalarının mutlak değerlerinin aritmetik ortalamasıdır. Türkçe kaynaklarda ortalama pürüzlülük ya da aritmetik ortalama sapma diye geçer. Ortalama çizgi, profili üstte ve altta kalan alanları eşit olacak şekilde ikiye böler. Ra, bu çizgiden yukarı ve aşağı sapmaların işaretine bakmadan ortalamasını alır.

Ra'nın yaygın kullanılmasının sebebi basitliğidir. Tek bir sayı verir, ölçüm cihazlarının neredeyse tamamı hesaplar ve yıllardır teknik resimlerde kullanılır. Talaşlı imalatın, taşlamanın ve zımparalamanın sonucunu karşılaştırmak için pratik bir göstergedir. Eski İngiliz kaynaklarında CLA (merkez çizgi ortalaması), ABD kaynaklarında AA (aritmetik ortalama) kısaltmasıyla da geçer.

Ra'nın sınırı da aynı basitlikten gelir. Ortalama aldığı için tek tek derin çizikleri ve yüksek tepeleri gizler. Çok farklı iki profil aynı Ra değerini verebilir: biri düzenli ince çiziklerden, öteki düz bir yüzeyde arada bir derin çizikten oluşabilir. Boya tutunması, sızdırmazlık ya da görünüm açısından bu iki yüzey aynı davranmaz.

ISO 4287'de Ra, her örnekleme uzunluğunda hesaplanır ve genelde beş örnekleme uzunluğunun ortalaması alınır. ISO 21920-2'de ise Ra doğrudan değerlendirme uzunluğunun tamamı üzerinden hesaplanır. Çoğu yüzeyde sonuç birbirine çok yakındır; şekil hatası içeren profillerde fark büyüyebilir.

Ra değeri yalnız birim ve ölçüm koşuluyla anlam taşır. Değerin yanına ölçüm yönünü ve filtre ayarını yazmadığınızda aynı parçadan iki farklı sonuç almanız mümkündür.

Rz Nedir?

Rz, profilin en yüksek tepesi ile en derin çukuru arasındaki yüksekliktir. ISO 4287:1997'de maksimum profil yüksekliği olarak tanımlanır: bir örnekleme uzunluğundaki en yüksek tepe yüksekliği (Rp) ile en derin çukur derinliğinin (Rv) toplamıdır. Uygulamada beş örnekleme uzunluğunda ayrı ayrı bulunur ve ortalaması alınır. ISO 21920-2 de Rz'yi bölüm uzunlukları üzerinden hesaplamaya devam eder.

Almanca konuşulan ülkelerde Rz'ye uzun süre ortalama pürüzlülük derinliği (DIN 4768) dendi. Tanım pratikte bugünkü Rz ile aynıdır. Bu yüzden Alman menşeli çizimlerde ve cihazlarda Rz sık görülür.

Eski Rz Tanımına Dikkat

ISO 4287'nin 1984 baskısında Rz başka bir şeydi: on nokta yüksekliği. Bu tanımda beş en yüksek tepe ile beş en derin çukurun ortalaması kullanılır. Japon standardında aynı parametre RzJIS olarak yaşamaya devam etti. Eski bir çizimde ya da eski bir cihazda Rz görüyorsanız hangi tanımın kastedildiğini sorun. İki tanım aynı yüzeyde farklı sayı verir.

Rz Nerede İşe Yarar?

Rz, tek tek derin çizikleri ve yüksek tepeleri Ra'dan daha iyi yakalar. Bu yüzden sızdırmazlık yüzeylerinde, boya kalınlığının pürüzlülüğü örtmesi gereken yerlerde ve kaplama öncesi yüzey hazırlığında tercih edilir. Isıl kesim yüzeylerinin kalitesini sınıflandıran ISO 9013 de Ra yerine bir Rz türevi olan Rz5'i kullanır.

Rz ile birlikte sık görülen iki parametre daha vardır. Rt, değerlendirme uzunluğunun tamamındaki toplam profil yüksekliğidir. Rq ise sapmaların karelerinin ortalamasının kareköküdür; ABD kaynaklarında RMS olarak geçer.

Ra ile Rz Farkı

Ra bir ortalamadır, Rz bir yüksekliktir. Ra yüzeyin genel karakterini anlatır; Rz en kötü tepe ile çukurun ne kadar açıldığını söyler. Aynı yüzeyde Rz her zaman Ra'dan büyük çıkar.

Sık sorulan soru, Ra'nın Rz'ye çevrilip çevrilemeyeceğidir. Kesin bir çevirme katsayısı yoktur. İnternette dolaşan çevirme tabloları belirli bir profil tipini varsayar ve yalnız kaba tahmin verir. Düzenli bir taşlama yüzeyinde oran başka, arada derin çizik olan bir yüzeyde başka çıkar.

Teknik resimde Ra istenmişse Ra ölçün, Rz istenmişse Rz ölçün. İki tarafın aynı parametreyi, aynı ölçüm yönünde ve aynı filtre ayarıyla ölçmesi, tedarikçi ile müşteri arasındaki pürüzlülük anlaşmazlıklarının çoğunu baştan önler.

Hangisini yazacağınıza kullanım yeri karar verir. Zımparalanmış, taşlanmış ya da satine yüzeylerde genel karakteri anlatmak için Ra yeterlidir. Derin bir çiziğin conta kaçağına, boya kabarmasına ya da görünür iz hatasına yol açacağı yerde Rz ya da Ra ile birlikte bir Rz sınırı yazın. İki sınır birlikte verildiğinde yüzeyin hem ortalaması hem en kötü noktası kontrol altına girer.

Yüzey Pürüzlülük Değerleri Tablosu

Her imalat yöntemi belirli bir pürüzlülük aralığında yüzey bırakır. Aşağıdaki tablo, genel mühendislik kaynağı olarak yaygın kullanılan Machinery's Handbook'un (28. baskı, Tablo 1) "olağan uygulama" aralıklarını sac ve metal işlemeyle ilgili yöntemler için özetler. Değerler tipik aralıktır; malzeme, takım ve parametreye göre dışına çıkılabilir.

Tablodaki aralıklar geniştir, çünkü aynı yöntem kaba ya da ince yapılabilir. Lazer kesimin satırı kesim yüzeyi içindir; sacın geniş yüzeyi ise haddelemeden gelen yüzeydir ve kesimden etkilenmez. Plazma kesim bu tabloda yer almaz. Isıl kesim yüzeyleri için ayrı bir sınıflandırma kullanılır: ISO 9013, kesim yüzeyini diklik ve Rz5 değerine göre kalite sınıflarına ayırır.

Paslanmaz sac yüzeylerin (2B, 2J, 2K gibi) tipik değerlerini metal yüzey işlem türleri yazısında verdik. Kesim yüzeyinin gaz seçimine göre nasıl değiştiğini ise lazer kesimde kesim gazı ve oksit yazısında anlattık.

N Sınıfları (N1-N12) ve Ra Karşılıkları

Eski teknik resimlerde pürüzlülük Ra yerine N ile başlayan bir sınıf numarasıyla verilir. Bu gösterim ISO 1302'nin 1992 baskısında yer alıyordu. 2002 baskısında kaldırıldı; bugün değer doğrudan Ra ile yazılır. Yine de atölyeye gelen birçok çizimde N sınıfı görürsünüz. Her N sınıfı belirli bir Ra değerine karşılık gelir ve sınıf numarası büyüdükçe yüzey kabalaşır.

Tablodaki Ra değerleri bir dizinin adımlarıdır; her adım bir öncekinin yaklaşık iki katıdır. Mikroinç (µin) sütunu ABD çizimleri içindir. Çizimde "N7" görüyorsanız istenen değer Ra 1,6 µm'dir. Sınıfın bir üst sınır mı yoksa bir hedef mi olduğu çizimde yazmıyorsa bunu tasarımcıya sorun.

Daha eski Alman kökenli çizimlerde üçgen işaretleriyle verilen yüzey kalitesi de görülebilir. Bu gösterim de yürürlükten kalktı. Bu tür bir çizimle çalışıyorsanız işareti Ra ya da Rz değerine çevirip çizimi güncelletmek, ölçümde yanlış anlaşılmayı önler.

Teknik Resim Sembolleri

Yüzey pürüzlülüğü teknik resimde bir kök işaretiyle gösterilir. Bu işaret ISO 1302'de tanımlandı; bugün ISO 21920-1 kapsamındadır. Temel işaret, farklı uzunlukta iki kollu bir "v" biçimindedir. İşaretin şekli, yüzeyin nasıl elde edileceği hakkında da bilgi verir.

• Temel işaret: Yöntem serbesttir; yalnız yüzey gereksinimi belirtilir.
• Yatay çizgili işaret: Yüzey talaş kaldırılarak (tornalama, frezeleme, taşlama, zımparalama) elde edilmelidir.
• Daireli işaret: Talaş kaldırılmasına izin verilmez; yüzey önceki işlemden geldiği gibi kalır.
• Köşesinde daire olan işaret: Aynı gereksinim parçanın çevresindeki tüm yüzeyler için geçerlidir.

İşaretin uzun koluna yatay bir çizgi eklenir ve gereksinimler bu çizginin çevresine yazılır. Parametre ve değer ("Ra 1,6" gibi) ana yere yazılır. İkinci bir gereksinim, üretim yöntemi ("taşlanmış" gibi), işleme izlerinin yönü ve işleme payı ayrı konumlarda gösterilir.

İşleme İzlerinin Yönü

İz yönü, özellikle zımparalanmış ve satine yüzeylerde görünümü doğrudan etkiler. Teknik resimde şu işaretlerle verilir:

• = İzler, işaretin bulunduğu görünüşün izdüşüm düzlemine paralel.
• ⊥ İzler izdüşüm düzlemine dik.
• X İzler iki eğik yönde çapraz.
• M İzler çok yönlü.
• C İzler yüzeyin merkezine göre yaklaşık dairesel.
• R İzler yüzeyin merkezine göre yaklaşık ışınsal.
• P Yönsüz, tanecikli ya da çıkıntılı yüzey.

Bir de karar kuralı vardır. ISO 4288'e göre yazılan bir üst sınırda, ölçülen değerlerin en çok yüzde 16'sının sınırı aşmasına izin verilir; "max" eki ise hiçbir değerin aşmamasını ister. ISO 21920 ile varsayılan kural "max" kuralı oldu. Çizimin hangi standarda göre hazırlandığı bu yüzden sonucu değiştirir.

Yüzey Pürüzlülüğü Nasıl Ölçülür?

Atölyede ve kalite laboratuvarında en yaygın yöntem temaslı profilometredir. Elmas uçlu bir iğne yüzey üzerinde sabit hızla çekilir ve dikey hareketi kaydedilir. Cihaz bu profili filtreler ve Ra, Rz gibi parametreleri hesaplar. Taşınabilir cihazlar parçanın üzerine konur; masa tipi cihazlar daha uzun ve hassas ölçüm yapar.

Temassız yöntemler de vardır. Konfokal mikroskop, beyaz ışık interferometresi ve odak değişimi yöntemi yüzeye dokunmadan ölçer. Yumuşak, hassas ya da çok parlak yüzeylerde tercih edilir. Alan ölçümü (ISO 25178) de bu cihazlarla yapılır.

Ölçümün en çok karıştırılan ayarı kesme dalga boyudur (λc). Bu değer, pürüzlülüğün dalgalılıktan nerede ayrılacağını belirler. Periyodik olmayan profiller için ISO 4288 şu seçimi önerir:

ISO 4288 de 2021 sonunda geri çekildi; ölçüm kuralları artık ISO 21920-3'tedir. Cihazların çoğu hâlâ bu tabloya göre ayarlanır.

• Ölçümü işleme izlerine dik yönde yapın; iz boyunca alınan değer çoğu zaman daha düşük çıkar.
• Kesme dalga boyunu ve değerlendirme uzunluğunu rapora yazın.
• Ölçüm yerini çapak, çizik ya da kaynak sıçrantısı gibi yerel kusurlardan uzak seçin.

Cihaz yoksa yüzey karşılaştırma numuneleri kullanılır. Bilinen Ra değerindeki numune plakalarıyla parça gözle ve tırnakla karşılaştırılır. Bu yöntem hızlıdır ama ölçüm değildir; görünür yüzeylerde onaylı bir referans numune saklamak daha güvenilir sonuç verir.

Zımpara Bandı Kumu ve Ra İlişkisi

Kum numarası büyüdükçe aşındırıcı tane küçülür, bıraktığı çizik sığlaşır ve Ra düşer. Bu genel eğilim doğrudur, ama tek başına bir Ra değeri vermez. Aynı kum numarası farklı makinede, farklı malzemede ve farklı bant durumunda farklı sonuç bırakır.

Sonucu kum numarasının yanında şu etkenler belirler:

• Bandın durumu: Yeni bant keskin taneyle daha derin çizer; aşınmış bant daha ince iz bırakır ama daha az malzeme alır.
• Temas basıncı ve temas tamburunun sertliği: Basınç arttıkça çizik derinleşir.
• Besleme hızı ve bant hızı: Parçanın banttan geçiş hızı yüzeydeki iz yoğunluğunu değiştirir.
• Malzeme: Alüminyum yumuşaktır ve kolay iz alır; paslanmaz sert ve yapışkandır.
• Önceki kademe: İnce kum, kaba kumun bıraktığı derin çiziği kendiliğinden silmez. Kum sırası kademeli ilerlemelidir.

TFON Surfacer makinelerinde kullanılan sarf malzemelerin kum aralıkları şöyledir:

Parçanız için bir Ra hedefi varsa, doğru kum sırasını ve makine ayarını numune üzerinde ölçerek belirliyoruz. Satine ve finisaj kademelerini sac metal yüzey finisajı sayfasında anlattık. Bant seçenekleri zımpara bandı, mop zımpara ve scotch zımpara sayfalarında yer alır.

Sac Parçada Pürüzlülük Nerede Önemli?

Sac parçada pürüzlülük çoğu zaman bir görünüm konusu sanılır. Oysa en sık karşılaşılan sorunlar boyada, kaynakta ve montajda çıkar.

• Boya ve toz boya: Boyanın tutunması için yüzeyin temiz olması ve ince bir mikro pürüze sahip olması gerekir. Aşırı parlak bir yüzey tutunmayı zorlaştırır; aşırı kaba bir yüzeyde tepe noktaları ince boya filminin içinden çıkar.
• Görünür paneller: Asansör, mutfak ekipmanı ve cephe panellerinde asıl ölçüt izin yönü ve düzgünlüğüdür. Aynı Ra değerinde iki panel yan yana farklı görünebilir.
• Kaynak ağzı: Kaynak prosedürü ağız yüzeyinin temiz ve çıplak metal olmasını ister; burada pürüzlülükten çok oksit ve kir belirleyicidir.
• Sızdırmazlık ve hijyen: Conta yüzeylerinde ve gıda ile temas eden yüzeylerde derin çizik istenmez; burada Rz ya da Ra üst sınırı çizime yazılır.

Hangi yüzeyin ne kadar pürüzsüz olacağını baştan yazmak üretim maliyetini de belirler. Gereğinden düşük bir Ra istemek fazladan kademe, fazladan sarf ve fazladan süre demektir. Görünür olmayan bir yüzeye görünür yüzey şartı yazmayın.

Otomatik çapak alma makinesinde parça standart olarak tek yüzünden işlenir. İki yüz de görünür olacaksa ikinci yüz için ikinci geçiş planlayın. Surfacer modellerini çapak alma ve kenar yuvarlama makineleri sayfasında karşılaştırabilir, satine istasyonlu TF-RF-3013 ve TF-RBF-3013 modellerine bakabilirsiniz. Terimlerin kısa tanımları için sac işleme terimleri sözlüğü hazır.