تشطيب السطح

تشطيب السطح، المعروف أيضًا باسم نسيج السطح أو تضاريس السطح، هو طبيعة السطح كما هو محدد بثلاث خصائص هي: الاستواء، وخشونة السطح ، والتموج . ^{[ 1 ]} وهو يشمل الانحرافات الصغيرة والمحلية للسطح عن السطح المثالي المسطح تمامًا ( المستوى الحقيقي ).

يُعدّ نسيج السطح أحد العوامل المهمة التي تتحكم في الاحتكاك وتكوين طبقة النقل أثناء الانزلاق. وقد بُذلت جهود كبيرة لدراسة تأثير نسيج السطح على الاحتكاك والتآكل في ظروف الانزلاق. يمكن أن يكون نسيج السطح متجانسًا أو غير متجانس . في بعض الأحيان، يمكن ملاحظة ظاهرة الاحتكاك المتقطع أثناء الانزلاق، وذلك تبعًا لنسيج السطح.

تُنتج كل عملية تصنيع (مثل أنواع التشغيل الآلي المتعددة ) نسيجًا سطحيًا. وعادةً ما تُحسَّن العملية لضمان قابلية استخدام النسيج الناتج. وإذا لزم الأمر، تُضاف عملية أخرى لتعديل النسيج الأولي. وقد تشمل هذه العملية الأخيرة التجليخ (القطع الكاشط) ، أو التلميع ، أو التجليخ الدقيق، أو السفع الرملي ، أو الصقل ، أو التشغيل بالتفريغ الكهربائي ، أو الطحن ، أو الطباعة الحجرية، أو الحفر الصناعي / الطحن الكيميائي ، أو التشكيل بالليزر، أو غيرها من العمليات.

يشير مصطلح "Lay" إلى اتجاه النمط السطحي السائد، والذي يتحدد عادةً بطريقة الإنتاج المستخدمة. كما يُستخدم المصطلح للدلالة على اتجاه لف الألياف والخيوط في الحبل . ^{[ 2 ]}

خشونة السطح، أو ما يُعرف اختصارًا بالخشونة، هي مقياس لإجمالي التفاوتات السطحية المتباعدة. ^{[ 1 ]} في الهندسة، هذا ما يُقصد عادةً بـ "تشطيب السطح". يشير الرقم المنخفض إلى تفاوتات أدق، أي سطح أكثر نعومة.

التموج هو مقياس لعدم انتظام السطح بمسافة أكبر من خشونة السطح. تحدث هذه العيوب عادةً بسبب الالتواء أو الاهتزازات أو الانحراف أثناء عملية التشغيل. ^{[ 1 ]}

يمكن قياس خشونة السطح بطريقتين: طرق التلامس وطرق عدم التلامس . تتضمن طرق التلامس تمرير قلم قياس على السطح؛ وتُسمى هذه الأجهزة بمقاييس الملامح . أما طرق عدم التلامس فتشمل: قياس التداخل ، والمجهر متحد البؤر ، وتغيير التركيز ، والضوء المُهيكل ، والسعة الكهربائية ، والمجهر الإلكتروني ، ومجهر القوة الذرية ، والتصوير المساحي .

في الولايات المتحدة، يُحدد تشطيب السطح عادةً باستخدام معيار ASME Y14.36M. أما المعيار الشائع الآخر فهو معيار المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) 1302:2002، على الرغم من سحبه لصالح معيار ISO 21920-1:2021. ^{[ 6 ]}

تساهم عوامل عديدة في تحديد جودة سطح المنتج في عمليات التصنيع. ففي عمليات التشكيل، كالقولبة أو تشكيل المعادن ، تحدد جودة سطح القالب جودة سطح قطعة العمل. أما في عمليات التشغيل الآلي، فيساهم كل من تفاعل حواف القطع والبنية المجهرية للمادة المراد قطعها في تحديد جودة السطح النهائية.

بشكل عام، تزداد تكلفة تصنيع السطح مع تحسن تشطيبه. ^{[ 7 ]} عادةً ما تُحسَّن أي عملية تصنيع لضمان أن يكون الملمس الناتج مناسبًا للاستخدام المقصود للجزء. عند الضرورة، تُضاف عملية أخرى لتعديل الملمس الأولي. يجب تبرير تكلفة هذه العملية الإضافية بإضافة قيمة ما، لا سيما تحسين الأداء أو إطالة العمر الافتراضي. قد تعمل الأجزاء التي تتلامس انزلاقيًا مع أجزاء أخرى بشكل أفضل أو تدوم لفترة أطول إذا كانت خشونة السطح أقل. قد يُضيف التحسين الجمالي قيمة إذا حسّن من قابلية المنتج للبيع.

مثال عملي على ذلك: تتعاقد شركة تصنيع طائرات مع مورد لتصنيع قطع غيار. يُحدد نوع معين من الفولاذ لهذه القطع لقوته وصلابته الكافيتين لأداء وظيفتها. هذا الفولاذ قابل للتشكيل ، وإن لم يكن تشكيله سهلاً . يقرر المورد استخدام آلة التفريز . يمكن للتفريز تحقيق الخشونة المطلوبة (على سبيل المثال، ≤ 3.2 ميكرومتر) شريطة أن يستخدم المشغل رؤوس قطع عالية الجودة في قاطع التفريز ، وأن يستبدلها بعد كل 20 قطعة (بدلاً من قطع مئات القطع قبل تغيير الرؤوس). لا حاجة لإضافة عملية ثانية (مثل التجليخ أو التلميع) بعد التفريز طالما أن عملية التفريز تتم بكفاءة (باستخدام رؤوس قطع مناسبة، وتغييرها بشكل متكرر، واستخدام سائل تبريد نظيف ). صحيح أن رؤوس القطع وسائل التبريد مكلفة، لكن تكاليف التجليخ أو التلميع (المزيد من الوقت والمواد الإضافية) ستكون أعلى بكثير. يؤدي الاستغناء عن العملية الثانية إلى انخفاض تكلفة الوحدة ، وبالتالي انخفاض السعر . تُضفي المنافسة بين الموردين أهمية بالغة على هذه التفاصيل ، فتجعلها تنتقل من كونها ثانوية إلى بالغة الأهمية. كان من الممكن بالتأكيد تصنيع الأجزاء بطريقة أقل كفاءة (عمليتان) بسعر أعلى قليلاً؛ ولكن لا يمكن إلا لمورد واحد الحصول على العقد، لذا فإن الفرق الطفيف في الكفاءة يتضخم بفعل المنافسة ليصبح الفرق الشاسع بين الشركات المزدهرة والشركات التي تُغلق أبوابها. 

كما أن عمليات التصنيع المختلفة تُنتج أجزاءً بتفاوتات متفاوتة، فإنها قادرة أيضاً على إنتاج أسطح ذات خشونة متفاوتة. وعموماً، ترتبط هاتان الخاصيتان ارتباطاً وثيقاً: فعمليات التصنيع الدقيقة الأبعاد تُنتج أسطحاً ذات خشونة منخفضة. بعبارة أخرى، إذا كانت عملية ما قادرة على تصنيع أجزاء بتفاوت أبعاد ضيق، فلن تكون هذه الأجزاء خشنة للغاية.

نظراً لطبيعة معايير تشطيب السطح المجردة، يستخدم المهندسون عادةً أداة ذات مجموعة متنوعة من خشونة السطح التي تم إنشاؤها باستخدام طرق تصنيع مختلفة. ^{[ 7 ]}

• لمعان (بصريات)