Overflateruhet er en spesiell materialparameter. Dette navnet er ofte forkortet til bare ruhet og er en del av overflatetekstur. Det bestemmes kvantitativt av avvikene i retningen til den virkelige overflatevektoren fra dens ideelle form. Hvis disse avvikene er store, er overflaten ru; hvis de er små, er overflaten glatt. I overflatemetrologi anses ruhet vanligvis for å være den høyfrekvente, korte bølgelengdekomponenten til overflaten som måles. Men i praksis er det ofte nødvendig å kjenne både amplitude og frekvens for å sikre at en overflate er egnet for et bestemt formål. Overflateruhet er en svært viktig designparameter.
Rolle og mening
Ruhet spiller en viktig rolle i å bestemme hvordan et ekte objekt vil samhandle med omgivelsene. I tribologiRue overflater slites generelt raskere og har høyere friksjonskoeffisienter enn glatte overflater. Ruhet er ofte en god prediktor for ytelsen til en mekanisk komponent, ettersom overflateuregelmessigheter kan danne kjernedannelsessteder for sprekker eller korrosjon. På den annen side kan ruhet fremme vedheft. Generelt sett, i stedet for skalabeskrivelser, gir kryssskalabeskrivelser som overflatefraktalitet mer meningsfulle forutsigelser av mekaniske interaksjoner på overflater, inkludert kontaktstivhet og statisk friksjon. Overflateruhet er en ganske kompleks parameter, som du finner detaljer om nedenfor.
Høye og lave verdier
Selv om en høy ruhetsverdi ofte er uønsket, kan den være vanskelig og kostbar å kontrollere under produksjon. For eksempel er det vanskelig og kostbart å kontrollere overflateruheten til FDM-deler. Å redusere disse prisene øker vanligvis produksjonskostnadene. Dette resulterer ofte i en avveining mellom kostnaden ved å produsere en komponent og dens effektivitet ved bruk.
Målemetoder
Indeksen kan måles ved manuell sammenligning med en "ruhetskomparator" (en prøve med kjent overflateruhet), men mer generelt gjøres målingen av en overflateprofil med profilometre. De kan være av kontakttypen (vanligvis en diamantpenn) eller optiske (f.eks.hvitt lys interferometer eller laserskanning konfok alt mikroskop).
Kontrollert ruhet kan imidlertid ofte være ønskelig. En blank overflate kan for eksempel være for blank for øynene og for glatt for fingeren (et godt eksempel er pekeplaten), så kontrollert ytelse kreves. Overflateruhet er hvor amplitude og frekvens er svært viktig.
Verdien kan beregnes enten fra profilen (linjen) eller fra overflaten (arealet). Profilruhetsparameteren (Ra, Rq, …) er mer vanlig. Områderuhetsparametere (Sa, Sq, …) gir mer meningsfulle definisjoner.
Parameters
Hver av ruhetsparametrene beregnes av overflatebeskrivelsesformelen. Standardreferansene som beskriver hver av dem i detalj er overflatene og deres mål. Overflateruhet er en karakteristikk.
Profilruhetsparametere er inkludert i den britiske (og verdensomspennende) standarden BS EN ISO 4287: 2000, som er identisk med ISO 4287: 1997. Standarden er basert på ″M″ (Midline)-systemet.
Det er mange forskjellige ruhetsparametere, men de ovennevnte er de vanligste, selv om standardisering ofte skjer av historiske grunner i stedet for fortjeneste. Overflateruhet er en samling av uregelmessigheter.
Noen parametere brukes bare i visse bransjer eller i visse land. For eksempel brukes MOTIF-parametere hovedsakelig i den franske bilindustrien. MOTIF Metodegir en grafisk evaluering av overflateprofilen uten å filtrere ut bølger fra ruhet. MOTIF består av delen av profilen mellom to topper, og de endelige kombinasjonene eliminerer de "mindre" toppene og beholder de "signifikante". Overflateruhet i en tegning er tilstedeværelsen av ujevnheter påtrykt og nøye målt på den.
Fordi disse parameterne reduserer all profilinformasjon til et enkelt tall, må man være forsiktig når man bruker og tolker dem. Små endringer i hvordan de rå profildataene filtreres, hvordan midtlinjen beregnes, og fysikken til målingen kan i stor grad påvirke den beregnede parameteren. På moderne digit alt utstyr kan skanninger evalueres for å sikre at det ikke er noen åpenbare feil som forvrider verdiene.
Funksjoner av parametere og målinger
Fordi det kanskje ikke er åpenbart for mange brukere hva hver måling faktisk betyr, lar modelleringsverktøyet brukeren justere nøkkelparametere, slik at overflater som er tydelig forskjellige fra det menneskelige øyet, er forskjellige i målinger. Noen parametere kan for eksempel ikke skille mellom to overflater, der den ene består av topper og den andre består av bunner med samme amplitude.
I henhold til konvensjon er hver 2D-ruhetsparameter en stor R etterfulgt av tilleggstegn i et subscript. Subskriptet spesifiserer formelen som ble brukt, ogR betyr at formelen er brukt på en 2D-ruhetsprofil.
Ulik bruk av store bokstaver betyr at formelen er brukt på en annen profil. For eksempel er Ra det aritmetiske gjennomsnittet av ruhetsprofilen, Pa er det aritmetiske gjennomsnittet av den ufiltrerte råprofilen, og Sa er det aritmetiske gjennomsnittet av 3D-ruheten.
Amplitudeinnstillinger
Amplitudeparametrene karakteriserer overflaten basert på vertikale avvik i ruhetsprofilen fra midtlinjen. For eksempel kan det aritmetiske gjennomsnittet av den filtrerte ruhetsprofilen, bestemt fra avvikene fra senterlinjen innenfor evalueringslengden, relateres til poengområdet som er samlet inn for den ruheten. Denne verdien brukes ofte som en referanse til overflateruhet.
Aritmetisk gjennomsnittlig ruhet er den mest brukte endimensjonale parameteren.
Forskning og observasjon
Matematiker Benoit Mandelbrot påpekte forholdet mellom overflateruhet og fraktal dimensjon. Beskrivelsen representert av en fraktal på nivået av mikroruhet kan gjøre det mulig å kontrollere egenskapene til materialet og typen spondannelse. Men fraktaler kan ikke gi en fullskala representasjon av en typisk maskinert overflate påvirket av verktøymatingsmerker, de ignorerer skjærende geometri.
Litt mer om måling
Parameterne for overflateruhet er definert i ISO 25178-serien.verdier: Sa, Sq, Sz… Mange optiske måleinstrumenter er i stand til å måle overflateruhet etter område. Arealmålinger er også mulig med kontaktsystemer. Flere, tett plasserte 2D-skanninger tas fra målområdet. De blir deretter sydd sammen digit alt ved hjelp av riktig programvare, noe som resulterer i et 3D-bilde og tilsvarende ruhetsparametere.
Jordoverflate
Jordoverflatens ruhet (SSR) refererer til de vertikale endringene som er tilstede i mikro- og makrotopografien til bakkeoverflaten, samt deres stokastiske fordeling. Det er fire forskjellige SSR-klasser, som hver representerer en karakteristisk vertikal lengdeskala:
- første klasse inkluderer endringer i mikrorelieff fra individuelle jordkorn til aggregater i størrelsesorden 0,053–2,0 mm;
- andre klasse består av variasjoner av jordklumper fra 2 til 100 mm;
- den tredje klassen av jordoverflateruhet er systematiske høydeendringer på grunn av jordbearbeiding, k alt orientert ruhet (OS), fra 100 til 300 mm;
- fjerde klasse inkluderer plan kurvatur eller topografiske trekk i makroskala.
De to første klassene forklarer den såk alte mikroruheten, som har vist seg å ha stor innvirkning på hendelsen og sesongskalaen avhengig av henholdsvis nedbør og jordarbeiding. Mikroruhet bestemmes oftestkvantifisert ved tilfeldig ruhet, som i hovedsak er standardavviket for lagoverflatehøydedata rundt gjennomsnittlig høyde etter helningskorrigering, ved å bruke et plan med best passform og fjerne jordarbeidingseffekter i individuelle høydeavlesninger. Eksponering for nedbør kan føre til forringelse eller økning i mikroruhet, avhengig av startforholdene og jordegenskaper.
På ujevn bakkeoverflater har den utbrytende virkningen av regnspray en tendens til å jevne ut kantene på ruheten til jordoverflaten, noe som resulterer i en generell reduksjon i RR. En fersk studie som undersøkte responsen til jevne jordoverflater på nedbør viste imidlertid at RR kan øke betydelig ved små initiale mikroruhetsskalaer i størrelsesorden 0-5 mm. Det har også vist seg at økningen eller reduksjonen er konsistent på tvers av ulike SSR-poeng.
Mekanikk
Overflatestruktur spiller en nøkkelrolle i å kontrollere kontaktmekanikk, det vil si den mekaniske oppførselen som oppstår i grensesnittet mellom to faste objekter når de nærmer seg hverandre og går fra ikke-kontakt til full kontakt. Spesielt bestemmes normal kontaktstivhet hovedsakelig av ruhetsstrukturer (overflatehelling og fraktalitet) og materialegenskaper.
Fra et teknisk overflateperspektiv anses ruhet som skadelig for delens ytelse. Som en konsekvens setter de fleste produksjonstrykk en øvre grenseruhet, men ikke bunn. Unntaket er sylinderboringer hvor olje holdes tilbake i overflateprofilen og minimum overflateruhet (Rz) kreves.
Struktur og fraktalitet
Strukturen til en overflate er ofte nært knyttet til dens friksjons- og slitebestandige egenskaper. En overflate med høyere fraktal dimensjon, stor verdi eller positiv verdi vil vanligvis ha litt høyere friksjon og slites raskt ut. Toppene i ruhetsprofilen er ikke alltid berøringspunkter. Form og bølger (det vil si både amplitude og frekvens) må også vurderes, spesielt ved behandling av overflateruhet.
