Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι μια ειδική παράμετρος υλικού. Αυτό το όνομα συχνά συντομεύεται σε απλώς τραχύτητα και αποτελεί συστατικό της υφής της επιφάνειας. Καθορίζεται ποσοτικά από τις αποκλίσεις της κατεύθυνσης του διανύσματος της πραγματικής επιφάνειας από το ιδανικό του σχήμα. Εάν αυτές οι αποκλίσεις είναι μεγάλες, η επιφάνεια είναι τραχιά. αν είναι μικρά, η επιφάνεια είναι λεία. Στη μετρολογία επιφανειών, η τραχύτητα θεωρείται συνήθως το συστατικό υψηλής συχνότητας και μικρού μήκους κύματος της επιφάνειας που μετράται. Ωστόσο, στην πράξη είναι συχνά απαραίτητο να γνωρίζουμε τόσο το πλάτος όσο και τη συχνότητα για να διασφαλίσουμε ότι μια επιφάνεια είναι κατάλληλη για έναν συγκεκριμένο σκοπό. Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος σχεδιασμού.
Ρόλος και νόημα
Η τραχύτητα παίζει σημαντικό ρόλο στον καθορισμό του τρόπου με τον οποίο ένα πραγματικό αντικείμενο θα αλληλεπιδράσει με το περιβάλλον του. Στην τριβολογίαΟι τραχιές επιφάνειες γενικά φθείρονται πιο γρήγορα και έχουν υψηλότερους συντελεστές τριβής από τις λείες επιφάνειες. Η τραχύτητα είναι συχνά ένας καλός προγνωστικός δείκτης της απόδοσης ενός μηχανικού εξαρτήματος, καθώς οι επιφανειακές ανωμαλίες μπορούν να σχηματίσουν θέσεις πυρήνων για ρωγμές ή διάβρωση. Από την άλλη πλευρά, η τραχύτητα μπορεί να προάγει την πρόσφυση. Σε γενικές γραμμές, αντί για περιγραφείς κλίμακας, οι περιγραφείς διασταυρούμενης κλίμακας όπως η επιφανειακή κλασματικότητα παρέχουν πιο ουσιαστικές προβλέψεις μηχανικών αλληλεπιδράσεων σε επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένης της ακαμψίας επαφής και της στατικής τριβής. Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι μια αρκετά περίπλοκη παράμετρος, λεπτομέρειες της οποίας μπορείτε να βρείτε παρακάτω.
Υψηλές και χαμηλές τιμές
Αν και μια υψηλή τιμή τραχύτητας είναι συχνά ανεπιθύμητη, μπορεί να είναι δύσκολος και δαπανηρός ο έλεγχος κατά την κατασκευή. Για παράδειγμα, είναι δύσκολος και ακριβός ο έλεγχος της τραχύτητας της επιφάνειας των εξαρτημάτων FDM. Η μείωση αυτών των συντελεστών συνήθως αυξάνει το κόστος κατασκευής. Αυτό συχνά οδηγεί σε αντιστάθμιση μεταξύ του κόστους παραγωγής ενός εξαρτήματος και της αποτελεσματικότητάς του κατά την εφαρμογή.
Μέθοδοι μέτρησης
Ο δείκτης μπορεί να μετρηθεί με χειροκίνητη σύγκριση με έναν "συγκριτικό τραχύτητας" (δείγμα γνωστής τραχύτητας επιφάνειας), αλλά γενικότερα η μέτρηση ενός προφίλ επιφάνειας γίνεται με προφιλόμετρα. Μπορούν να είναι τύπου επαφής (συνήθως διαμαντένια γραφίδα) ή οπτικών (για παράδειγμα,συμβολόμετρο λευκού φωτός ή ομοεστιακό μικροσκόπιο σάρωσης με λέιζερ).
Ωστόσο, η ελεγχόμενη τραχύτητα μπορεί συχνά να είναι επιθυμητή. Για παράδειγμα, μια γυαλιστερή επιφάνεια μπορεί να είναι πολύ γυαλιστερή για τα μάτια και πολύ ολισθηρή για το δάχτυλο (ένα καλό παράδειγμα είναι το touchpad), επομένως απαιτείται ελεγχόμενη απόδοση. Η τραχύτητα επιφάνειας είναι εκεί όπου το πλάτος και η συχνότητα είναι πολύ σημαντικά.
Η τιμή του μπορεί να υπολογιστεί είτε από το προφίλ (γραμμή) είτε από την επιφάνεια (εμβαδόν). Η παράμετρος τραχύτητας προφίλ (Ra, Rq,…) είναι πιο κοινή. Οι παράμετροι τραχύτητας περιοχής (Sa, Sq,…) δίνουν πιο ουσιαστικούς ορισμούς.
Παράμετροι
Κάθε μία από τις παραμέτρους τραχύτητας υπολογίζεται από τον τύπο περιγραφής επιφάνειας. Οι τυπικές αναφορές που περιγράφουν λεπτομερώς το καθένα από αυτά είναι οι επιφάνειες και οι μετρήσεις τους. Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι χαρακτηριστικό.
Οι παράμετροι τραχύτητας προφίλ περιλαμβάνονται στο βρετανικό (και παγκοσμίως) πρότυπο BS EN ISO 4287: 2000, το οποίο είναι πανομοιότυπο με το ISO 4287: 1997. Το πρότυπο βασίζεται στο σύστημα ″M″ (Μεσαία γραμμή).
Υπάρχουν πολλές διαφορετικές παράμετροι τραχύτητας, αλλά οι παραπάνω είναι οι πιο συνηθισμένες, αν και η τυποποίηση συμβαίνει συχνά για ιστορικούς λόγους και όχι για λόγους αξίας. Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι μια συλλογή από ανωμαλίες.
Ορισμένες παράμετροι χρησιμοποιούνται μόνο σε συγκεκριμένους κλάδους ή σε ορισμένες χώρες. Για παράδειγμα, οι παράμετροι MOTIF χρησιμοποιούνται κυρίως στη γαλλική αυτοκινητοβιομηχανία. MOTIF Μέθοδοςπαρέχει μια γραφική αξιολόγηση του προφίλ της επιφάνειας χωρίς να φιλτράρει την κυματοποίηση από την τραχύτητα. Το MOTIF αποτελείται από το τμήμα του προφίλ ανάμεσα σε δύο κορυφές και οι τελικοί συνδυασμοί εξαλείφουν τις «μικρές» κορυφές και διατηρούν τις «σημαντικές». Η τραχύτητα επιφάνειας σε ένα σχέδιο είναι η παρουσία εξογκωμάτων που είναι αποτυπωμένα και προσεκτικά μετρημένα σε αυτό.
Επειδή αυτές οι παράμετροι μειώνουν όλες τις πληροφορίες προφίλ σε έναν μόνο αριθμό, πρέπει να δίνεται προσοχή κατά την εφαρμογή και την ερμηνεία τους. Μικρές αλλαγές στον τρόπο φιλτραρίσματος των ακατέργαστων δεδομένων προφίλ, στον τρόπο υπολογισμού της μέσης γραμμής και στη φυσική της μέτρησης μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την υπολογισμένη παράμετρο. Σε σύγχρονο ψηφιακό εξοπλισμό, οι σαρώσεις μπορούν να αξιολογηθούν για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν εμφανείς δυσλειτουργίες που παραμορφώνουν τις τιμές.
Δυνατότητες παραμέτρων και μετρήσεων
Επειδή μπορεί να μην είναι προφανές σε πολλούς χρήστες τι σημαίνει στην πραγματικότητα κάθε μέτρηση, το εργαλείο μοντελοποίησης επιτρέπει στο χρήστη να προσαρμόζει τις βασικές παραμέτρους, αποδίδοντας επιφάνειες που είναι σαφώς διαφορετικές από το ανθρώπινο μάτι, διαφορετικές σε μετρήσεις. Για παράδειγμα, ορισμένες παράμετροι δεν μπορούν να διακρίνουν μεταξύ δύο επιφανειών, όπου η μία αποτελείται από κορυφές και η άλλη από κοιλότητες με το ίδιο πλάτος.
Συμβατικά, κάθε παράμετρος τραχύτητας 2D είναι ένα κεφαλαίο R που ακολουθείται από πρόσθετους χαρακτήρες σε έναν δείκτη. Ο δείκτης καθορίζει τον τύπο που χρησιμοποιήθηκε καιR σημαίνει ότι ο τύπος έχει εφαρμοστεί σε ένα προφίλ τραχύτητας 2D.
Διαφορετική χρήση κεφαλαίων σημαίνει ότι ο τύπος έχει εφαρμοστεί σε διαφορετικό προφίλ. Για παράδειγμα, Ra είναι ο αριθμητικός μέσος όρος του προφίλ τραχύτητας, Pa είναι ο αριθμητικός μέσος όρος του μη φιλτραρισμένου πρωτογενούς προφίλ και Sa είναι ο αριθμητικός μέσος όρος της τρισδιάστατης τραχύτητας.
Ρυθμίσεις πλάτους
Οι παράμετροι πλάτους χαρακτηρίζουν την επιφάνεια με βάση κάθετες αποκλίσεις του προφίλ τραχύτητας από τη μέση γραμμή. Για παράδειγμα, ο αριθμητικός μέσος όρος του φιλτραρισμένου προφίλ τραχύτητας, που προσδιορίζεται από τις αποκλίσεις από την κεντρική γραμμή εντός του μήκους αξιολόγησης, μπορεί να σχετίζεται με το εύρος των σημείων που συλλέγονται για αυτήν την τραχύτητα. Αυτή η τιμή χρησιμοποιείται συχνά ως αναφορά στην τραχύτητα της επιφάνειας.
Η αριθμητική μέση τραχύτητα είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μονοδιάστατη παράμετρος.
Έρευνα και παρατήρηση
Ο μαθηματικός Benoit Mandelbrot επεσήμανε τη σχέση μεταξύ της τραχύτητας της επιφάνειας και της διάστασης φράκταλ. Η περιγραφή που αντιπροσωπεύεται από ένα φράκταλ στο επίπεδο μικροτραχύτητας μπορεί να καταστήσει δυνατό τον έλεγχο των ιδιοτήτων του υλικού και του τύπου σχηματισμού τσιπ. Αλλά τα φράκταλ δεν μπορούν να παρέχουν μια πλήρη αναπαράσταση μιας τυπικής επεξεργασμένης επιφάνειας που επηρεάζεται από σημάδια τροφοδοσίας εργαλείων, αγνοούν τη γεωμετρία αιχμής.
Λίγα περισσότερα για τη μέτρηση
Οι παράμετροι τραχύτητας επιφάνειας ορίζονται στη σειρά ISO 25178. Τιμές: Sa, Sq, Sz… Πολλά οπτικά όργανα μέτρησης είναι ικανά να μετρούν την τραχύτητα της επιφάνειας ανά περιοχή. Οι μετρήσεις επιφάνειας είναι επίσης δυνατές με συστήματα επαφής. Πολλαπλές, σε κοντινή απόσταση 2D σαρώσεις λαμβάνονται από την περιοχή στόχο. Στη συνέχεια συρράπτονται ψηφιακά μεταξύ τους χρησιμοποιώντας το κατάλληλο λογισμικό, με αποτέλεσμα μια τρισδιάστατη εικόνα και αντίστοιχες παραμέτρους τραχύτητας.
Επιφάνεια εδάφους
Η Η τραχύτητα της επιφάνειας του εδάφους (SSR) αναφέρεται στις κατακόρυφες αλλαγές που υπάρχουν στη μικρο- και μακροτοπογραφία της επιφάνειας του εδάφους, καθώς και στη στοχαστική κατανομή τους. Υπάρχουν τέσσερις διαφορετικές κατηγορίες SSR, η καθεμία αντιπροσωπεύει μια χαρακτηριστική κλίμακα κατακόρυφου μήκους:
- Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει αλλαγές στο μικροανάγλυφο από μεμονωμένους κόκκους εδάφους σε συσσωματώματα της τάξης των 0,053–2,0 mm.
- Η δεύτερη τάξη αποτελείται από παραλλαγές θρόμβων εδάφους από 2 έως 100 mm;
- η τρίτη κατηγορία τραχύτητας της επιφάνειας του εδάφους είναι οι συστηματικές υψομετρικές αλλαγές που οφείλονται στο όργωμα, που ονομάζεται προσανατολισμένη τραχύτητα (OS), που κυμαίνεται από 100 έως 300 mm.
- Η τέταρτη τάξη περιλαμβάνει επίπεδα καμπυλότητας ή τοπογραφικά χαρακτηριστικά μακροκλίμακας.
Οι δύο πρώτες κατηγορίες εξηγούν τη λεγόμενη μικρο-τραχύτητα, η οποία έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το συμβάν και την εποχιακή κλίμακα ανάλογα με τις βροχοπτώσεις και την καλλιέργεια, αντίστοιχα. Η μικροτραχύτητα προσδιορίζεται συχνότεραποσοτικοποιήθηκε με τυχαία τραχύτητα, η οποία είναι ουσιαστικά η τυπική απόκλιση των δεδομένων ανύψωσης της επιφάνειας του στρώματος γύρω από το μέσο ύψος μετά τη διόρθωση της κλίσης, χρησιμοποιώντας ένα επίπεδο βέλτιστης προσαρμογής και αφαιρώντας τα φαινόμενα άροσης σε μεμονωμένες μετρήσεις ύψους. Η έκθεση στις βροχοπτώσεις μπορεί να οδηγήσει σε επιδείνωση ή αύξηση της μικροτραχύτητας, ανάλογα με τις αρχικές συνθήκες και τις ιδιότητες του εδάφους.
Σε ανώμαλες επιφάνειες εδάφους, η αποσπασματική δράση του ψεκασμού βροχής τείνει να εξομαλύνει τις άκρες της τραχύτητας της επιφάνειας του εδάφους, με αποτέλεσμα τη συνολική μείωση του RR. Ωστόσο, μια πρόσφατη μελέτη που εξέτασε την απόκριση των λείων επιφανειών του εδάφους στις βροχοπτώσεις έδειξε ότι η RR μπορεί να αυξηθεί σημαντικά σε μικρές αρχικές κλίμακες μικροτραχύτητας της τάξης των 0-5 mm. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι η αύξηση ή η μείωση είναι συνεπής σε διαφορετικές βαθμολογίες SSR.
Μηχανική
Η επιφανειακή δομή παίζει βασικό ρόλο στον έλεγχο της μηχανικής επαφής, δηλαδή της μηχανικής συμπεριφοράς που εμφανίζεται στη διεπαφή μεταξύ δύο στερεών αντικειμένων καθώς πλησιάζουν το ένα το άλλο και περνούν από τη μη επαφή στην πλήρη επαφή. Συγκεκριμένα, η κανονική ακαμψία επαφής καθορίζεται κυρίως από τις δομές τραχύτητας (κλίση επιφάνειας και κλασματικότητα) και τις ιδιότητες του υλικού.
Από άποψη μηχανικής επιφάνειας, η τραχύτητα θεωρείται επιζήμια για την απόδοση του εξαρτήματος. Κατά συνέπεια, οι περισσότερες εκτυπώσεις παραγωγής θέτουν ένα ανώτατο όριοτραχύτητα, αλλά όχι κάτω. Εξαίρεση αποτελούν οι οπές κυλίνδρων όπου το λάδι συγκρατείται στο προφίλ της επιφάνειας και απαιτείται ελάχιστη τραχύτητα επιφάνειας (Rz).
Δομή και κλασματικότητα
Η δομή μιας επιφάνειας συχνά σχετίζεται στενά με τις ιδιότητές της στην τριβή και αντοχή στη φθορά. Μια επιφάνεια με υψηλότερη διάσταση φράκταλ, μεγάλη τιμή ή θετική τιμή θα έχει συνήθως ελαφρώς υψηλότερη τριβή και θα φθείρεται γρήγορα. Οι κορυφές στο προφίλ τραχύτητας δεν είναι πάντα σημεία επαφής. Το σχήμα και η κυματότητα (δηλαδή, τόσο το πλάτος όσο και η συχνότητα) πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη, ειδικά κατά την επεξεργασία της τραχύτητας της επιφάνειας.
