Oppervlakgrofheid is 'n spesiale materiaalparameter. Hierdie naam word dikwels verkort tot net grofheid en is 'n komponent van oppervlaktekstuur. Dit word kwantitatief bepaal deur die afwykings van die rigting van die werklike oppervlakvektor vanaf sy ideale vorm. As hierdie afwykings groot is, is die oppervlak grof; as hulle klein is, is die oppervlak glad. In oppervlakmetrologie word grofheid gewoonlik beskou as die hoëfrekwensie, kortgolflengte-komponent van die oppervlak wat gemeet word. In die praktyk is dit egter dikwels nodig om beide amplitude en frekwensie te ken om te verseker dat 'n oppervlak geskik is vir 'n spesifieke doel. Oppervlakgrofheid is 'n baie belangrike ontwerpparameter.
Rol en Betekenis
Ruwheid speel 'n belangrike rol om te bepaal hoe 'n werklike voorwerp met sy omgewing sal in wisselwerking tree. In tribologieRuwe oppervlaktes dra gewoonlik vinniger en het hoër wrywingskoëffisiënte as gladde oppervlaktes. Grofheid is dikwels 'n goeie voorspeller van die werkverrigting van 'n meganiese komponent, aangesien oppervlakonreëlmatighede kernvormingsplekke vir krake of korrosie kan vorm. Aan die ander kant kan grofheid adhesie bevorder. Oor die algemeen, in plaas van skaalbeskrywers, verskaf kruisskaalbeskrywers soos oppervlakfraktaliteit meer betekenisvolle voorspellings van meganiese interaksies op oppervlaktes, insluitend kontakstyfheid en statiese wrywing. Oppervlakgrofheid is 'n taamlik komplekse parameter, waarvan besonderhede hieronder gevind kan word.
Hoë en lae waardes
Hoewel 'n hoë grofheidswaarde dikwels ongewens is, kan dit moeilik en duur wees om te beheer tydens vervaardiging. Dit is byvoorbeeld moeilik en duur om die oppervlakruwheid van FDM-onderdele te beheer. Die vermindering van hierdie tariewe verhoog gewoonlik die vervaardigingskoste. Dit lei dikwels tot 'n afweging tussen die koste van die vervaardiging van 'n komponent en die doeltreffendheid daarvan in toepassing.
Meetmetodes
Die indeks kan gemeet word deur handmatige vergelyking met 'n "ruwheidsvergelyker" ('n monster van bekende oppervlakruwheid), maar meer algemeen word die meting van 'n oppervlakprofiel met profilometers gedoen. Hulle kan van die kontaktipe wees (gewoonlik 'n diamantstylus) of opties (byvoorbeeld,witlig-interferometer of laserskanderingskonfokale mikroskoop).
Beheerde grofheid kan egter dikwels wenslik wees. Byvoorbeeld, 'n blink oppervlak kan te blink wees vir die oë en te glad vir die vinger ('n goeie voorbeeld is die raakvlak), dus word beheerde werkverrigting vereis. Oppervlakgrofheid is waar amplitude en frekwensie baie belangrik is.
Die waarde daarvan kan óf vanaf die profiel (lyn) óf vanaf die oppervlak (area) bereken word. Die profielgrofheidsparameter (Ra, Rq, …) is meer algemeen. Areagrofheidsparameters (Sa, Sq, …) gee meer betekenisvolle definisies.
Parameters
Elkeen van die grofheidsparameters word deur die oppervlakbeskrywingsformule bereken. Die standaardverwysings wat elkeen van hulle in detail beskryf, is die oppervlaktes en hul afmetings. Oppervlakgrofheid is 'n kenmerk.
Profielruwheidsparameters is ingesluit in die Britse (en wêreldwye) standaard BS EN ISO 4287: 2000, wat identies is aan ISO 4287: 1997. Die standaard is gebaseer op die ″M″ (Midline)-stelsel.
Daar is baie verskillende grofheidsparameters, maar bogenoemde is die algemeenste, alhoewel standaardisering dikwels om historiese redes plaasvind eerder as meriete. Oppervlakgrofheid is 'n versameling onreëlmatighede.
Sommige parameters word slegs in sekere nywerhede of in sekere lande gebruik. Byvoorbeeld, MOTIF-parameters word hoofsaaklik in die Franse motorbedryf gebruik. MOTIEWE metodebied 'n grafiese evaluering van die oppervlakprofiel sonder om golwendheid van grofheid uit te filter. MOTIF bestaan uit die gedeelte van die profiel tussen twee pieke, en die finale kombinasies skakel die "klein" pieke uit en behou die "beduidende" pieke. Oppervlakruwheid in 'n tekening is die teenwoordigheid van knoppe wat daarop afgedruk en versigtig gemeet is.
Omdat hierdie parameters alle profielinligting tot 'n enkele nommer verminder, moet versigtigheid gedra word wanneer dit toegepas en geïnterpreteer word. Klein veranderinge in hoe die rou profieldata gefiltreer word, hoe die middellyn bereken word, en die fisika van die meting kan die berekende parameter grootliks beïnvloed. Op moderne digitale toerusting kan skanderings geëvalueer word om te verseker dat daar geen ooglopende foute is wat waardes skeeftrek nie.
Kenmerke van parameters en metings
Omdat dit dalk nie vir baie gebruikers duidelik is wat elke meting eintlik beteken nie, stel die modelleringsinstrument die gebruiker in staat om sleutelparameters aan te pas, wat oppervlaktes wat duidelik verskil van die menslike oog, verskil in metings. Sommige parameters kan byvoorbeeld nie tussen twee oppervlaktes onderskei nie, waar een uit pieke bestaan en die ander uit trôe met dieselfde amplitude bestaan.
Volgens konvensie is elke 2D-ruwheidsparameter 'n hoofletter R gevolg deur bykomende karakters in 'n subskripsie. Die subskripsie spesifiseer die formule wat gebruik is, enR beteken die formule is toegepas op 'n 2D-ruwheidsprofiel.
Verskillende hoofletters beteken die formule is op 'n ander profiel toegepas. Ra is byvoorbeeld die rekenkundige gemiddeld van die grofheidsprofiel, Pa is die rekenkundige gemiddelde van die ongefiltreerde rou profiel, en Sa is die rekenkundige gemiddelde van die 3D-ruwheid.
Amplitude-instellings
Die amplitude-parameters kenmerk die oppervlak gebaseer op vertikale afwykings van die grofheidsprofiel vanaf die middellyn. Byvoorbeeld, die rekenkundige gemiddelde van die gefiltreerde grofheidsprofiel, bepaal uit die afwykings van die middellyn binne die evalueringslengte, kan in verband gebring word met die reeks punte wat vir daardie grofheid ingesamel is. Hierdie waarde word dikwels gebruik as 'n verwysing na oppervlakruwheid.
Rekenkundige gemiddelde grofheid is die mees gebruikte eendimensionele parameter.
Navorsing en waarneming
Wiskundige Benoit Mandelbrot het die verband tussen oppervlakruwheid en fraktale dimensie uitgewys. Die beskrywing wat deur 'n fraktaal op die vlak van mikroruwheid voorgestel word, kan dit moontlik maak om die eienskappe van die materiaal en die tipe skyfievorming te beheer. Maar fraktale kan nie 'n volskaalse voorstelling verskaf van 'n tipiese gemasjineerde oppervlak wat deur gereedskaptoevoermerke geraak word nie, hulle ignoreer die voorpuntgeometrie.
'n Bietjie meer oor meting
Die oppervlakruwheidsparameters word in die ISO 25178-reeks gedefinieer.waardes: Sa, Sq, Sz… Baie optiese meetinstrumente is in staat om oppervlakruwheid volgens area te meet. Areametings is ook moontlik met kontakstelsels. Veelvuldige, nou-gespasiëerde 2D-skanderings word vanaf die teikenarea geneem. Hulle word dan digitaal saamgestik met die toepaslike sagteware, wat lei tot 'n 3D-beeld en ooreenstemmende grofheidsparameters.
Grondoppervlak
Grondoppervlakgrofheid (SSR) verwys na die vertikale veranderinge teenwoordig in die mikro- en makrotopografie van die grondoppervlak, sowel as hul stogastiese verspreiding. Daar is vier verskillende SSR-klasse, wat elk 'n kenmerkende vertikale lengteskaal verteenwoordig:
- eerste klas sluit veranderinge in mikroreliëf van individuele grondkorrels na aggregate van die orde van 0,053–2,0 mm in;
- tweede klas bestaan uit variasies van grondklonte van 2 tot 100 mm;
- die derde klas grondoppervlakgrofheid is sistematiese hoogteveranderings as gevolg van bewerking, genoem georiënteerde grofheid (OS), wat wissel van 100 tot 300 mm;
- vierde klas sluit planêre kromming of makroskaal topografiese kenmerke in.
Die eerste twee klasse verduidelik die sogenaamde mikro-ruwheid, wat getoon is dat dit die gebeurtenis en die seisoenale skaal grootliks beïnvloed, afhangende van onderskeidelik reënval en bewerking. Mikroruwheid word meestal bepaalgekwantifiseer deur ewekansige grofheid, wat in wese die standaardafwyking is van laagoppervlak-hoogtedata rondom gemiddelde hoogte na hellingkorreksie, deur gebruik te maak van 'n vlak van die beste passing en die verwydering van bewerkingseffekte in individuele hoogtelesings. Blootstelling aan neerslag kan tot agteruitgang of toename in mikroruwheid lei, afhangende van die aanvanklike toestande en grondeienskappe.
Op growwe grondoppervlaktes is die wegbreekaksie van reënsproei geneig om die rande van die ruheid van die grondoppervlak glad te maak, wat 'n algehele vermindering in RR tot gevolg het. 'n Onlangse studie wat die reaksie van gladde grondoppervlaktes op reënval ondersoek het, het egter getoon dat RR aansienlik kan toeneem by klein aanvanklike mikroruwheidskale van die orde van 0-5 mm. Dit is ook getoon dat die toename of afname konsekwent is oor verskillende SSR-tellings.
Mechanics
Oppervlakstruktuur speel 'n sleutelrol in die beheer van kontakmeganika, dit wil sê, die meganiese gedrag wat by die koppelvlak tussen twee soliede voorwerpe voorkom as hulle mekaar nader en van nie-kontak na volle kontak gaan. In die besonder word normale kontakstyfheid hoofsaaklik bepaal deur ruheidstrukture (oppervlakhelling en fraktaliteit) en materiaal eienskappe.
Vanuit 'n ingenieursoppervlakperspektief word grofheid beskou as nadelig vir onderdeelwerkverrigting. Gevolglik stel die meeste produksieafdrukke 'n boonste limietgrofheid, maar nie onderkant nie. Die uitsondering is silinderborings waar olie in die oppervlakprofiel behou word en minimum oppervlakruwheid (Rz) vereis word.
Struktuur en fraktaliteit
Die struktuur van 'n oppervlak is dikwels nou verwant aan sy wrywing- en slytvaste eienskappe. 'n Oppervlak met 'n hoër fraktale dimensie, 'n groot waarde of 'n positiewe waarde sal gewoonlik effens hoër wrywing hê en sal vinnig verslyt. Die pieke in die grofheidsprofiel is nie altyd raakpunte nie. Vorm en golfheid (dit wil sê beide amplitude en frekwensie) moet ook in ag geneem word, veral wanneer oppervlakruwheid verwerk word.
