Overfladeruhed er en speciel materialeparameter. Dette navn er ofte forkortet til blot ruhed og er en del af overfladetekstur. Det er kvantitativt bestemt af afvigelserne i retningen af den reelle overfladevektor fra dens ideelle form. Hvis disse afvigelser er store, er overfladen ru; hvis de er små, er overfladen glat. I overflademetrologi anses ruhed sædvanligvis for at være den højfrekvente, korte bølgelængdekomponent af den overflade, der måles. Men i praksis er det ofte nødvendigt at kende både amplitude og frekvens for at sikre, at en overflade er egnet til et bestemt formål. Overfladeruhed er en meget vigtig designparameter.
Rolle og betydning
Ruhed spiller en vigtig rolle i at bestemme, hvordan et rigtigt objekt vil interagere med sit miljø. I tribologiRu overflader slides generelt hurtigere og har højere friktionskoefficienter end glatte overflader. Ruhed er ofte en god forudsigelse for ydeevnen af en mekanisk komponent, da overfladeuregelmæssigheder kan danne kernedannelsessteder for revner eller korrosion. På den anden side kan ruhed fremme vedhæftning. Generelt i stedet for skalabeskrivelser giver krydsskalabeskrivelser såsom overfladefraktalitet mere meningsfulde forudsigelser af mekaniske interaktioner på overflader, herunder kontaktstivhed og statisk friktion. Overfladeruhed er en ret kompleks parameter, hvis detaljer kan findes nedenfor.
Høje og lave værdier
Selv om en høj ruhedsværdi ofte er uønsket, kan den være svær og dyr at kontrollere under fremstillingen. For eksempel er det svært og dyrt at kontrollere overfladeruheden af FDM-dele. Reduktion af disse satser øger norm alt produktionsomkostningerne. Dette resulterer ofte i en afvejning mellem omkostningerne ved at producere en komponent og dens effektivitet i anvendelsen.
Målemetoder
Indekset kan måles ved manuel sammenligning med en "ruhedskomparator" (en prøve med kendt overfladeruhed), men mere generelt udføres målingen af en overfladeprofil med profilometre. De kan være af kontakttypen (norm alt en diamantpenne) eller optiske (f.eks.hvidt lys interferometer eller laserscanning konfokalmikroskop).
Kontrolleret ruhed kan dog ofte være ønskelig. For eksempel kan en blank overflade være for skinnende for øjnene og for glat til fingeren (et godt eksempel er touchpad'en), så kontrolleret ydeevne er påkrævet. Overfladeruhed er, hvor amplitude og frekvens er meget vigtige.
Dens værdi kan beregnes enten ud fra profilen (linjen) eller fra overfladen (arealet). Profilruhedsparameteren (Ra, Rq, …) er mere almindelig. Områderuhedsparametre (Sa, Sq, …) giver mere meningsfulde definitioner.
Parameters
Hver af ruhedsparametrene beregnes af overfladebeskrivelsesformlen. Standardreferencerne, der beskriver hver af dem i detaljer, er overfladerne og deres mål. Overfladeruhed er en egenskab.
Profilruhedsparametre er inkluderet i den britiske (og verdensomspændende) standard BS EN ISO 4287: 2000, som er identisk med ISO 4287: 1997. Standarden er baseret på ″M″ (Midline)-systemet.
Der er mange forskellige ruhedsparametre, men ovenstående er de mest almindelige, selvom standardisering ofte forekommer af historiske årsager frem for fortjeneste. Overfladeruhed er en samling af uregelmæssigheder.
Nogle parametre bruges kun i visse industrier eller i visse lande. For eksempel bruges MOTIF-parametre hovedsageligt i den franske bilindustri. MOTIF metodegiver en grafisk evaluering af overfladeprofilen uden at bortfiltrere bølger fra ruhed. MOTIF består af delen af profilen mellem to toppe, og de endelige kombinationer eliminerer de "mindre" toppe og bevarer de "signifikante". Overfladeruhed i en tegning er tilstedeværelsen af ujævnheder påtrykt og omhyggeligt målt på den.
Fordi disse parametre reducerer alle profiloplysninger til et enkelt tal, skal der udvises forsigtighed ved anvendelse og fortolkning af dem. Små ændringer i hvordan de rå profildata filtreres, hvordan midtlinjen beregnes og målingens fysik kan i høj grad påvirke den beregnede parameter. På moderne digit alt udstyr kan scanninger evalueres for at sikre, at der ikke er nogen åbenlyse fejl, der skævvrider værdierne.
Funktioner af parametre og mål
Fordi det måske ikke er indlysende for mange brugere, hvad hver måling faktisk betyder, giver modelleringsværktøjet brugeren mulighed for at justere nøgleparametre, hvilket gør overflader, der er tydeligt forskellige fra det menneskelige øje, forskellige i målinger. For eksempel kan nogle parametre ikke skelne mellem to overflader, hvor den ene består af toppe og den anden består af lavninger med samme amplitude.
Ved konvention er hver 2D-ruhedsparameter et stort R efterfulgt af yderligere tegn i et sænket skrift. Sænkningen angiver den formel, der blev brugt, ogR betyder, at formlen er blevet anvendt på en 2D-ruhedsprofil.
Forskellige store bogstaver betyder, at formlen er blevet anvendt på en anden profil. For eksempel er Ra det aritmetiske middelværdi af ruhedsprofilen, Pa er det aritmetiske middelværdi af den ufiltrerede råprofil, og Sa er det aritmetiske middelværdi af 3D-ruheden.
Amplitudeindstillinger
Amplitudeparametrene karakteriserer overfladen baseret på lodrette afvigelser af ruhedsprofilen fra midterlinjen. For eksempel kan det aritmetiske middelværdi af den filtrerede ruhedsprofil, bestemt ud fra afvigelserne fra centerlinjen inden for evalueringslængden, relateres til intervallet af punkter, der er indsamlet for denne ruhed. Denne værdi bruges ofte som reference til overfladeruhed.
Aritmetisk middel ruhed er den mest udbredte endimensionelle parameter.
Forskning og observation
Matematiker Benoit Mandelbrot påpegede forholdet mellem overfladeruhed og fraktal dimension. Beskrivelsen repræsenteret af en fraktal på niveauet af mikroruhed kan gøre det muligt at kontrollere materialets egenskaber og typen af spåndannelse. Men fraktaler kan ikke give en fuldskala repræsentation af en typisk bearbejdet overflade, der er påvirket af værktøjsfremføringsmærker, de ignorerer skærende geometri.
Lidt mere om måling
Overfladeruhedsparametrene er defineret i ISO 25178-serien.værdier: Sa, Sq, Sz… Mange optiske måleinstrumenter er i stand til at måle overfladeruhed efter område. Arealmålinger er også mulige med kontaktsystemer. Flere 2D-scanninger med tæt afstand tages fra målområdet. De sys derefter digit alt sammen ved hjælp af den relevante software, hvilket resulterer i et 3D-billede og tilsvarende ruhedsparametre.
Jordoverflade
Jordoverfladeruhed (SSR) refererer til de lodrette ændringer, der er til stede i mikro- og makrotopografien af jordoverfladen, såvel som deres stokastiske fordeling. Der er fire forskellige SSR-klasser, der hver repræsenterer en karakteristisk lodret længdeskala:
- første klasse inkluderer ændringer i mikrorelief fra individuelle jordkorn til aggregater i størrelsesordenen 0,053–2,0 mm;
- anden klasse består af variationer af jordklumper fra 2 til 100 mm;
- den tredje klasse af jordoverfladeruhed er systematiske højdeændringer på grund af jordbearbejdning, kaldet orienteret ruhed (OS), der spænder fra 100 til 300 mm;
- fjerde klasse inkluderer plan krumning eller topografiske træk i makroskala.
De to første klasser forklarer den såkaldte mikroruhed, som har vist sig at have stor indflydelse på begivenheden og sæsonens omfang afhængig af henholdsvis nedbør og jordbearbejdning. Mikroruhed bestemmes oftestkvantificeret ved tilfældig ruhed, som i det væsentlige er standardafvigelsen af data for lagoverfladehøjde omkring middelhøjden efter hældningskorrektion, ved at bruge et plan med den bedste tilpasning og fjerne jordbearbejdningseffekter i individuelle højdeaflæsninger. Eksponering for nedbør kan føre til forringelse eller øget mikroruhed afhængigt af de oprindelige forhold og jordbundsegenskaber.
På ru jordoverflader har regnsprayens afbrydende virkning en tendens til at udjævne kanterne af jordoverfladens ruhed, hvilket resulterer i en samlet reduktion i RR. En nylig undersøgelse, der undersøgte glatte jordoverfladers reaktion på nedbør, viste imidlertid, at RR kan stige betydeligt ved små initiale mikroruhedsskalaer i størrelsesordenen 0-5 mm. Det er også blevet vist, at stigningen eller faldet er konsistent på tværs af forskellige SSR-scores.
Mekanik
Overfladestruktur spiller en nøglerolle i styring af kontaktmekanik, det vil sige den mekaniske adfærd, der opstår ved grænsefladen mellem to faste objekter, når de nærmer sig hinanden og går fra ikke-kontakt til fuld kontakt. Især er normal kontaktstivhed overvejende bestemt af ruhedsstrukturer (overfladehældning og fraktalitet) og materialeegenskaber.
Fra et teknisk overfladeperspektiv anses ruhed for at være skadelig for delens ydeevne. Som følge heraf sætter de fleste produktionstryk en øvre grænseruhed, men ikke bund. Undtagelsen er cylinderboringer, hvor olien tilbageholdes i overfladeprofilen og minimum overfladeruhed (Rz) er påkrævet.
Struktur og fraktalitet
Strukturen af en overflade er ofte tæt forbundet med dens friktions- og slidbestandige egenskaber. En overflade med en højere fraktal dimension, en stor værdi eller en positiv værdi vil norm alt have lidt højere friktion og vil hurtigt blive slidt. Toppene i ruhedsprofilen er ikke altid berøringspunkter. Form og bølgethed (det vil sige både amplitude og frekvens) skal også tages i betragtning, især ved behandling af overfladeruhed.
