HRAPAVOST, TOLERANCE in UJEMI
Pri načrtovanju in izdelavi strojnih elementov ni dovolj, da določimo le osnovno geometrijo izdelka. V realnem proizvodnem procesu nobena površina ni popolnoma gladka in nobena mera ni izdelana popolnoma natančno. Zato mora tehnična dokumentacija poleg geometrije vsebovati tudi informacije o kakovosti površine ter dovoljena odstopanja mer in oblik.
Vsaka obdelana površina je na mikroskopski ravni sestavljena iz drobnih vrhov in dolin. Te nepravilnosti nastanejo kot posledica proizvodnega postopka, na primer struženja, rezkanja, brušenja ali litja. Lastnost, ki opisuje velikost teh mikroskopskih nepravilnosti, imenujemo hrapavost površine. Hrapavost je pomembna predvsem zato, ker neposredno vpliva na trenje med površinami. Ko se dva strojna elementa gibljeta drug ob drugem, pride do stika njihovih mikroskopskih neravnin. Če je površina zelo hrapava, je stik večji, trenje večje in obraba hitrejša. Če je površina zelo gladka, je trenje manjše, gibanje pa bolj enakomerno. Zato mora konstruktor v tehnični dokumentaciji določiti zahtevano hrapavost površine tam, kjer ta vpliva na delovanje izdelka. Tipični primeri so: drsni ležaji, vodila strojev, tesnilne površine, kontaktne površine sestavnih delov … Hrapavost torej opisuje kakovost površine na mikroskopski ravni in je tesno povezana s tribologijo, to je znanostjo o trenju, obrabi in mazanju.
Drugo pomembno področje so tolerance mer. V praksi noben proizvodni proces ne more izdelati elementa z absolutno točno mero. Če na risbi določimo premer 20 mm, bo dejanska izdelana mera vedno nekoliko večja ali manjša od te vrednosti. Zato v tehnični dokumentaciji določimo toleranco, to je dovoljeno območje odstopanja od nominalne mere. Na primer: $\varnothing 20 \pm 0,02$ mm pomeni, da je sprejemljiva vsaka mera med 19,98 mm in 20,02 mm. Toleriranje mer je ključno predvsem zato, ker določa, kako se posamezni deli med seboj sestavljajo. Ko se dva elementa stikata in s tem lahko zagotavljamo ohlapni ali tesni ujem. Vsak od niju ima svoje karakteristične lastnosti in na ta način predpisuje tehnologijo sestavljanja sestavnih delov.
Čeprav hrapavost in tolerance opisujeta različne lastnosti, sta v praksi tesno povezani. Tolerance opisujejo dovoljeno odstopanje makroskopske mere, torej velikost elementa kot celote. Hrapavost pa opisuje mikroskopsko strukturo površine, ki nastane med obdelavo. Zlasti v strojništvu pri obdelavi kovin je pogosto potrebno določiti obe zahtevi hkrati. Na primer:
- gred mora imeti točno določeno toleranco premera,
- njena površina pa mora biti dovolj gladka, da omogoča pravilno delovanje ležaja.
Če je površina preveč hrapava, lahko povzroči povečano trenje, obrabo ali poškodbe tudi takrat, ko so mere znotraj predpisane tolerance. Zato v tehnični dokumentaciji vedno obravnavamo mere, tolerance in kakovost površin kot celoto, saj vse tri lastnosti skupaj določajo, kako bo izdelek deloval v realnem mehanskem sistemu. Manj pogosto je to pri lesarstvu, kjer ima material nekoliko elastične lastnosti in se dimenzija celo spreminja v odvisnosti od zunanjih klimatskih pogojev.