Rugozitatea suprafeței este un parametru special al materialului. Acest nume este adesea scurtat doar la rugozitate și este o componentă a texturii suprafeței. Este determinată cantitativ de abaterile direcției vectorului de suprafață reală de la forma sa ideală. Dacă aceste abateri sunt mari, suprafața este rugoasă; daca sunt mici, suprafata este neteda. În metrologia suprafeței, rugozitatea este de obicei considerată a fi componenta de în altă frecvență și lungime de undă scurtă a suprafeței măsurate. Cu toate acestea, în practică, este adesea necesar să se cunoască atât amplitudinea, cât și frecvența pentru a se asigura că o suprafață este potrivită pentru un anumit scop. Rugozitatea suprafeței este un parametru de proiectare foarte important.
Rol și semnificație
Rugozitatea joacă un rol important în determinarea modului în care un obiect real va interacționa cu mediul său. În tribologieSuprafețele rugoase se uzează în general mai repede și au coeficienți de frecare mai mari decât suprafețele netede. Rugozitatea este adesea un bun predictor al performanței unei componente mecanice, deoarece neregularitățile de suprafață pot forma locuri de nucleare pentru fisuri sau coroziune. Pe de altă parte, rugozitatea poate promova aderența. În general, în loc de descriptori la scară, descriptorii la scară transversală, cum ar fi fractalitatea suprafeței, oferă predicții mai semnificative ale interacțiunilor mecanice pe suprafețe, inclusiv rigiditatea contactului și frecarea statică. Rugozitatea suprafeței este un parametru destul de complex, detalii despre care pot fi găsite mai jos.
Valori mari și scăzute
Deși o valoare mare a rugozității este adesea nedorită, poate fi dificil și costisitor de controlat în timpul producției. De exemplu, este dificil și costisitor să controlați rugozitatea suprafeței pieselor FDM. Reducerea acestor rate crește de obicei costul de fabricație. Acest lucru duce adesea la un compromis între costul producerii unei componente și eficiența acesteia în aplicare.
Metode de măsurare
Indexul poate fi măsurat prin comparare manuală cu un „comparator de rugozitate” (o probă de rugozitate cunoscută a suprafeței), dar mai general măsurarea unui profil de suprafață se face cu profilometre. Acestea pot fi de tip contact (de obicei un stylus diamant) sau optice (de exemplu,interferometru cu lumină albă sau microscop confocal cu scanare cu laser).
Cu toate acestea, rugozitatea controlată poate fi adesea de dorit. De exemplu, o suprafață lucioasă poate fi prea strălucitoare pentru ochi și prea alunecoasă pentru deget (un exemplu bun este touchpad-ul), deci este necesară o performanță controlată. Rugozitatea suprafeței este locul în care amplitudinea și frecvența sunt foarte importante.
Valoarea sa poate fi calculată fie din profil (linie), fie din suprafață (zonă). Parametrul rugozității profilului (Ra, Rq, …) este mai frecvent. Parametrii rugozității zonei (Sa, Sq, …) oferă definiții mai semnificative.
Parametri
Fiecare dintre parametrii de rugozitate este calculat prin formula de descriere a suprafeței. Referințele standard care descriu fiecare dintre ele în detaliu sunt suprafețele și măsurătorile acestora. Rugozitatea suprafeței este o caracteristică.
Parametrii rugozității profilului sunt incluși în standardul britanic (și la nivel mondial) BS EN ISO 4287: 2000, care este identic cu ISO 4287: 1997. Standardul se bazează pe sistemul ″M″ (linia mediană).
Există mulți parametri diferiți de rugozitate, dar cei de mai sus sunt cei mai obișnuiți, deși standardizarea are loc adesea din motive istorice, mai degrabă decât merită. Rugozitatea suprafeței este o colecție de nereguli.
Unii parametri sunt utilizați numai în anumite industrii sau în anumite țări. De exemplu, parametrii MOTIF sunt utilizați în principal în industria auto franceză. Metoda MOTIFoferă o evaluare grafică a profilului suprafeței fără a filtra ondulația din rugozitate. MOTIF constă din porțiunea de profil dintre două vârfuri, iar combinațiile finale elimină vârfurile „minore” și le rețin pe cele „semnificative”. Rugozitatea suprafeței într-un desen este prezența denivelărilor imprimate și măsurate cu atenție pe acesta.
Deoarece acești parametri reduc toate informațiile de profil la un singur număr, trebuie să aveți grijă când le aplicați și interpretați. Micile modificări în modul în care sunt filtrate datele brute de profil, modul în care este calculată linia mediană și fizica măsurării pot afecta foarte mult parametrul calculat. Pe echipamentele digitale moderne, scanările pot fi evaluate pentru a se asigura că nu există erori evidente care deformează valorile.
Caracteristici ale parametrilor și măsurătorilor
Deoarece s-ar putea să nu fie evident pentru mulți utilizatori ce înseamnă de fapt fiecare măsurătoare, instrumentul de modelare permite utilizatorului să ajusteze parametrii cheie, redând suprafețele care sunt distinct diferite de ochiul uman, diferă în măsurători. De exemplu, unii parametri nu pot face distincția între două suprafețe, unde una constă din vârfuri, iar ceal altă din jgheaburi cu aceeași amplitudine.
Prin convenție, fiecare parametru de rugozitate 2D este un R majuscul urmat de caractere suplimentare într-un indice. Indicele specifică formula care a fost utilizată șiR înseamnă că formula a fost aplicată unui profil de rugozitate 2D.
Majuscule diferite înseamnă că formula a fost aplicată unui alt profil. De exemplu, Ra este media aritmetică a profilului de rugozitate, Pa este media aritmetică a profilului brut nefiltrat și Sa este media aritmetică a rugozității 3D.
Setări de amplitudine
Parametrii de amplitudine caracterizează suprafața pe baza abaterilor verticale ale profilului de rugozitate de la linia mediană. De exemplu, media aritmetică a profilului de rugozitate filtrat, determinată din abaterile de la linia centrală în cadrul lungimii de evaluare, poate fi raportată la intervalul de puncte colectate pentru acea rugozitate. Această valoare este adesea folosită ca referință la rugozitatea suprafeței.
Rugozitatea medie aritmetică este cel mai utilizat parametru unidimensional.
Cercetare și observare
Matematicianul Benoit Mandelbrot a subliniat relația dintre rugozitatea suprafeței și dimensiunea fractală. Descrierea reprezentată de un fractal la nivelul microrugozității poate face posibilă controlul proprietăților materialului și a tipului de formare a așchiilor. Dar fractalii nu pot oferi o reprezentare la scară completă a unei suprafețe prelucrate tipice afectate de semnele de avansare a sculei, ei ignoră geometria muchiei de tăiere.
Puțin mai multe despre măsurare
Parametrii rugozității suprafeței sunt definiți în seria ISO 25178.valori: Sa, Sq, Sz… Multe instrumente optice de măsură sunt capabile să măsoare rugozitatea suprafeței în funcție de suprafață. Măsurătorile de suprafață sunt posibile și cu sisteme de contact. Din zona țintă sunt efectuate scanări 2D multiple, apropiate. Acestea sunt apoi cusute digital împreună folosind software-ul adecvat, rezultând o imagine 3D și parametrii corespunzători de rugozitate.
Suprafața solului
Rugozitatea suprafeței solului (SSR) se referă la modificările verticale prezente în micro- și macrotopografia suprafeței solului, precum și la distribuția stocastică a acestora. Există patru clase diferite de SSR, fiecare reprezentând o scară de lungime verticală caracteristică:
- prima clasă include modificări ale microreliefului de la boabe individuale de sol la agregate de ordinul 0,053–2,0 mm;
- clasa a doua constă în variații ale bobocilor de sol de la 2 la 100 mm;
- a treia clasă de rugozitate a suprafeței solului este modificările sistematice ale cotei datorate lucrărilor solului, numite rugozitate orientată (OS), variind de la 100 la 300 mm;
- clasa a patra include curbura plană sau caracteristici topografice la scară macro.
Primele două clase explică așa-numita micro-rugozitate, care s-a dovedit că influențează foarte mult evenimentul și scara sezonieră în funcție de precipitații și, respectiv, lucrarea solului. Microrugozitatea este cel mai adesea determinatăcuantificată prin rugozitatea aleatorie, care este în esență abaterea standard a datelor de elevație a suprafeței stratului în jurul înălțimii medii după corectarea pantei, folosind un plan de cea mai bună potrivire și eliminând efectele de prelucrare a solului în citirile individuale ale înălțimii. Expunerea la precipitații poate duce la deteriorarea sau creșterea micro-rugozității, în funcție de condițiile inițiale și de proprietățile solului.
Pe suprafețele de sol accidentate, acțiunea de rupere a pulverizării ploii tinde să netezească marginile rugozității suprafeței solului, rezultând o reducere generală a RR. Cu toate acestea, un studiu recent care a examinat răspunsul suprafețelor netede ale solului la precipitații a arătat că RR poate crește semnificativ la scări mici de microrugozitate inițială de ordinul 0-5 mm. De asemenea, s-a demonstrat că creșterea sau scăderea este consecventă în diferite scoruri SSR.
Mecanici
Structura suprafeței joacă un rol cheie în controlul mecanicii de contact, adică comportamentul mecanic care are loc la interfața dintre două obiecte solide pe măsură ce acestea se apropie unul de celăl alt și trec de la non-contact la contact complet. În special, rigiditatea normală de contact este determinată în principal de structurile de rugozitate (panta suprafeței și fractalitatea) și proprietățile materialului.
Din perspectiva suprafeței de inginerie, rugozitatea este considerată dăunătoare performanței piesei. În consecință, majoritatea tipăririlor de producție stabilesc o limită superioarărugozitate, dar nu fund. Excepție fac alezajul cilindrului în care uleiul este reținut în profilul suprafeței și este necesară rugozitatea minimă a suprafeței (Rz).
Structură și fractalitate
Structura unei suprafețe este adesea strâns legată de proprietățile sale de frecare și de rezistență la uzură. O suprafață cu o dimensiune fractală mai mare, o valoare mare sau o valoare pozitivă va avea de obicei o frecare puțin mai mare și se va uza rapid. Vârfurile din profilul rugozității nu sunt întotdeauna puncte de contact. De asemenea, trebuie luate în considerare forma și ondulația (adică atât amplitudinea, cât și frecvența), în special atunci când se prelucrează rugozitatea suprafeței.
