Hrapavost površine je poseben parameter materiala. To ime je pogosto skrajšano samo na hrapavost in je sestavni del površinske teksture. Kvantitativno ga določajo odstopanja smeri vektorja realne površine od njegove idealne oblike. Če so ta odstopanja velika, je površina hrapava; če so majhni, je površina gladka. V površinskem meroslovju se hrapavost običajno šteje za visokofrekvenčno kratkovalovno komponento površine, ki se meri. Vendar pa je v praksi pogosto treba poznati tako amplitudo kot frekvenco, da zagotovimo, da je površina primerna za določen namen. Hrapavost površine je zelo pomemben parameter oblikovanja.
vloga in pomen
Hrapavost igra pomembno vlogo pri določanju, kako bo resnični predmet komuniciral z okoljem. V tribologijiGrobe površine se običajno hitreje obrabijo in imajo višji koeficient trenja kot gladke površine. Hrapavost je pogosto dober napovedovalec delovanja mehanske komponente, saj lahko površinske nepravilnosti tvorijo mesta nukleacije za razpoke ali korozijo. Po drugi strani lahko hrapavost spodbuja oprijem. Na splošno namesto deskriptorjev lestvice deskriptorji navzkrižne lestvice, kot je površinska fraktalnost, zagotavljajo bolj smiselne napovedi mehanskih interakcij na površinah, vključno s togostjo stika in statičnim trenjem. Hrapavost površine je precej zapleten parameter, podrobnosti o katerem najdete spodaj.
visoke in nizke vrednosti
Čeprav je visoka vrednost hrapavosti pogosto nezaželena, jo je lahko težko in drago nadzirati med proizvodnjo. Na primer, težko in drago je nadzorovati površinsko hrapavost delov FDM. Znižanje teh stopenj običajno poveča stroške proizvodnje. To pogosto povzroči kompromis med stroški proizvodnje komponente in njeno učinkovitostjo pri uporabi.
Merilne metode
Indeks je mogoče izmeriti z ročno primerjavo s "primerjalnikom hrapavosti" (vzorec znane površinske hrapavosti), bolj splošno pa se meritev površinskega profila izvaja s profilometri. Lahko so kontaktne vrste (običajno diamantno pisalo) ali optične (npr.interferometer bele svetlobe ali konfokalni mikroskop za lasersko skeniranje).
Vendar je lahko nadzorovana hrapavost pogosto zaželena. Na primer, sijajna površina je lahko preveč sijoča za oči in preveč spolzka za prst (dober primer je sledilna ploščica), zato je potrebno nadzorovano delovanje. Hrapavost površine je tam, kjer sta amplituda in frekvenca zelo pomembni.
Njegova vrednost se lahko izračuna bodisi iz profila (linije) bodisi iz površine (površine). Parameter hrapavosti profila (Ra, Rq, …) je pogostejši. Parametri hrapavosti območja (Sa, Sq, …) dajejo bolj smiselne definicije.
Parametri
Vsak od parametrov hrapavosti se izračuna po formuli za opis površine. Standardne reference, ki podrobno opisujejo vsakega od njih, so površine in njihove mere. Značilnost je hrapavost površine.
Parametri hrapavosti profila so vključeni v britanski (in svetovni) standard BS EN ISO 4287: 2000, ki je identičen ISO 4287: 1997. Standard temelji na sistemu ″M″ (srednja črta).
Obstaja veliko različnih parametrov hrapavosti, vendar so zgornji najpogostejši, čeprav se standardizacija pogosto zgodi zaradi zgodovinskih razlogov in ne zaradi zaslug. Hrapavost površine je skupek nepravilnosti.
Nekateri parametri se uporabljajo samo v določenih panogah ali v določenih državah. Na primer, parametri MOTIF se večinoma uporabljajo v francoski avtomobilski industriji. Metoda MOTIFzagotavlja grafično oceno profila površine brez filtriranja valovitosti iz hrapavosti. MOTIF je sestavljen iz dela profila med dvema vrhovoma, končne kombinacije pa izločijo "manjše" vrhove in ohranijo "pomembne". Hrapavost površine na risbi je prisotnost izboklin, ki so vtisnjene in natančno izmerjene na risbi.
Ker ti parametri zmanjšajo vse informacije o profilu na eno številko, je treba biti previden pri njihovi uporabi in razlagi. Majhne spremembe v načinu filtriranja neobdelanih podatkov profila, izračuna srednje črte in fizike meritve lahko močno vplivajo na izračunani parameter. Na sodobni digitalni opremi je mogoče skeniranje oceniti, da se zagotovi, da ni očitnih napak, ki bi izkrivljale vrednosti.
Značilnosti parametrov in meritev
Ker številnim uporabnikom morda ni jasno, kaj vsaka meritev dejansko pomeni, orodje za modeliranje uporabniku omogoča prilagajanje ključnih parametrov, pri čemer se površine, ki so izrazito drugačne od človeškega očesa, razlikujejo po meritvah. Nekateri parametri na primer ne morejo razlikovati med dvema površinama, kjer je ena sestavljena iz vrhov, druga pa iz korit z enako amplitudo.
Po dogovoru je vsak parameter 2D hrapavosti velika črka R, ki ji sledijo dodatni znaki v podpisu. Podpis določa formulo, ki je bila uporabljena, inR pomeni, da je bila formula uporabljena za 2D profil hrapavosti.
Različna uporaba velikih začetnic pomeni, da je bila formula uporabljena za drug profil. Na primer, Ra je aritmetična sredina profila hrapavosti, Pa je aritmetična sredina nefiltriranega neobdelanega profila in Sa je aritmetična sredina 3D hrapavosti.
Nastavitve amplitude
Parametri amplitude označujejo površino na podlagi vertikalnih odstopanj profila hrapavosti od srednje črte. Na primer, aritmetična sredina filtriranega profila hrapavosti, določena iz odstopanj od središčne črte znotraj dolžine vrednotenja, je lahko povezana z obsegom točk, zbranih za to hrapavost. Ta vrednost se pogosto uporablja kot referenca na hrapavost površine.
Aritmetična srednja hrapavost je najpogosteje uporabljen enodimenzionalni parameter.
Raziskave in opazovanja
Matematik Benoit Mandelbrot je opozoril na razmerje med hrapavostjo površine in fraktalno dimenzijo. Opis, ki ga predstavlja fraktal na ravni mikrohrapavosti, lahko omogoča nadzor lastnosti materiala in vrste tvorbe odrezkov. Toda fraktali ne morejo zagotoviti popolne predstavitve tipične obdelane površine, na katero vplivajo oznake podajanja orodja, ignorirajo geometrijo rezalnih robov.
Malo več o meritvah
Parametri hrapavosti površine so opredeljeni v seriji ISO 25178.vrednosti: Sa, Sq, Sz… Številni optični merilni instrumenti so sposobni meriti hrapavost površine po površini. Meritve površine so možne tudi s kontaktnimi sistemi. Iz ciljnega območja je posnetih več, tesno razmaknjenih 2D-skenov. Nato se digitalno sešijo skupaj z uporabo ustrezne programske opreme, kar ima za posledico 3D sliko in ustrezne parametre hrapavosti.
Površina tal
Hrapavost površine tal (SSR) se nanaša na navpične spremembe, prisotne v mikro- in makrotopografiji talne površine, kot tudi na njihovo stohastično porazdelitev. Obstajajo štirje različni razredi SSR, od katerih vsak predstavlja značilno navpično dolžinsko lestvico:
- prvi razred vključuje spremembe mikroreliefa od posameznih talnih zrn do agregatov reda velikosti 0,053–2,0 mm;
- drugi razred sestavljajo različice grudic zemlje od 2 do 100 mm;
- tretji razred hrapavosti površine tal so sistematične spremembe nadmorske višine zaradi obdelave tal, imenovane usmerjena hrapavost (OS), v razponu od 100 do 300 mm;
- četrti razred vključuje planarno ukrivljenost ali topografske značilnosti v makro lestvici.
Prva dva razreda pojasnjujeta tako imenovano mikrohrapavost, za katero se je izkazalo, da močno vpliva na dogajanje in na sezonsko lestvico, odvisno od padavin oziroma obdelave tal. Najpogosteje se določi mikrohrapavostkvantificirano z naključno hrapavostjo, ki je v bistvu standardna deviacija podatkov o nadmorski višini površine plasti okoli povprečne višine po popravku naklona, z uporabo ravnine najboljšega prileganja in odstranjevanja učinkov obdelave tal v posameznih odčitkih višine. Izpostavljenost padavinam lahko povzroči poslabšanje ali povečanje mikrohrapavosti, odvisno od začetnih pogojev in lastnosti tal.
Na grobih talnih površinah razpršilo dežja zgladi robove hrapavosti površine tal, kar ima za posledico splošno zmanjšanje RR. Vendar pa je nedavna študija, ki je preučevala odziv gladkih površin tal na padavine, pokazala, da se lahko RR znatno poveča pri majhnih začetnih lestvicah mikrohrapavosti reda 0-5 mm. Pokazalo se je tudi, da je povečanje ali zmanjšanje dosledno pri različnih rezultatih SSR.
mehanika
Površinska struktura igra ključno vlogo pri nadzoru kontaktne mehanike, to je mehanskega obnašanja, ki se pojavi na vmesniku med dvema trdnima objektoma, ko se približujeta drug drugemu in prehajata od brezstika do polnega stika. Zlasti običajno togost stika določajo predvsem strukture hrapavosti (površinski naklon in fraktalnost) in lastnosti materiala.
Z vidika inženirske površine velja, da hrapavost škoduje učinkovitosti dela. Posledično večina produkcijskih natisov postavlja zgornjo mejohrapavost, vendar ne dno. Izjema so izvrtine cilindrov, kjer se olje zadrži v površinskem profilu in je zahtevana minimalna hrapavost površine (Rz).
Struktura in fraktalnost
Struktura površine je pogosto tesno povezana z njenimi lastnostmi trenja in obrabe. Površina z višjo fraktalno dimenzijo, veliko vrednostjo ali pozitivno vrednostjo ima običajno nekoliko večje trenje in se hitro obrabi. Vrhovi v profilu hrapavosti niso vedno stične točke. Upoštevati je treba tudi obliko in valovitost (to je tako amplitudo kot frekvenco), zlasti pri obdelavi hrapavosti površine.
