A felületi érdesség egy speciális anyagparaméter. Ezt a nevet gyakran csak érdességre rövidítik, és a felületi textúra összetevője. Mennyiségileg a valós felületvektor ideális alakjától való irányeltérései határozzák meg. Ha ezek az eltérések nagyok, akkor a felület érdes; ha kicsik, a felület sima. A felületmetrológiában érdességnek általában a mért felület nagyfrekvenciás, rövid hullámhosszú összetevőjét tekintik. A gyakorlatban azonban gyakran szükséges mind az amplitúdó, mind a frekvencia ismerete ahhoz, hogy egy felület alkalmas legyen egy adott célra. A felületi érdesség nagyon fontos tervezési paraméter.
Szerep és jelentés
Az érdesség fontos szerepet játszik annak meghatározásában, hogy egy valódi tárgy hogyan lép kölcsönhatásba a környezetével. A tribológiábanA durva felületek általában gyorsabban kopnak, és nagyobb a súrlódási együtthatójuk, mint a sima felületeké. Az érdesség gyakran jó előrejelzője a mechanikai alkatrész teljesítményének, mivel a felületi egyenetlenségek gócképződési helyeket képezhetnek repedések vagy korrózió számára. Másrészt az érdesség elősegítheti a tapadást. Általánosságban elmondható, hogy a skálaleírók helyett a keresztskálás leírók, például a felületi fraktalitás értelmesebb előrejelzéseket adnak a felületeken történő mechanikai kölcsönhatásokról, beleértve az érintkezési merevséget és a statikus súrlódást. A felületi érdesség meglehetősen összetett paraméter, amelynek részleteit alább találja.
Magas és alacsony értékek
Bár a nagy érdességi érték gyakran nem kívánatos, nehéz és költséges lehet ellenőrizni a gyártás során. Például nehéz és költséges szabályozni az FDM alkatrészek felületi érdességét. Ezen arányok csökkentése általában növeli a gyártási költségeket. Ez gyakran kompromisszumot eredményez az alkatrész előállítási költsége és az alkalmazás hatékonysága között.
Mérési módszerek
Az index mérhető manuális összehasonlítással egy "érdesség-összehasonlítóval" (az ismert felületi érdesség mintája), de általánosabban a felületi profil mérése profilométerekkel történik. Lehetnek érintkező típusúak (általában gyémánt ceruza) vagy optikaiak (pl.fehér fényű interferométer vagy lézeres pásztázó konfokális mikroszkóp).
A szabályozott érdesség azonban gyakran kívánatos lehet. Például egy fényes felület túl fényes lehet a szemnek, és túl csúszós az ujj számára (jó példa erre az érintőpad), ezért szabályozott teljesítményre van szükség. A felületi érdesség az, ahol az amplitúdó és a frekvencia nagyon fontos.
Értéke számítható akár a profilból (vonal), akár a felületből (terület). A profil érdesség paramétere (Ra, Rq, …) gyakoribb. A terület egyenetlenségi paraméterei (Sa, Sq, …) értelmesebb meghatározásokat adnak.
Paraméterek
Az érdességi paraméterek mindegyikét a felületleíró képlet számítja ki. A szabványos hivatkozások, amelyek mindegyiket részletesen leírják, a felületek és azok méretei. A felületi érdesség jellemző.
A profil érdesség paramétereit a brit (és világszerte) BS EN ISO 4287: 2000 szabvány tartalmazza, amely megegyezik az ISO 4287: 1997 szabvánnyal. A szabvány az ″M″ (Midline) rendszeren alapul.
Sok különböző érdesség-paraméter létezik, de a fentiek a leggyakoribbak, bár a szabványosítás gyakran történelmi okokból, nem pedig érdemekből következik. A felületi érdesség az egyenetlenségek összessége.
Egyes paraméterek csak bizonyos iparágakban vagy bizonyos országokban használatosak. Például a MOTIF paramétereket főleg a francia autóiparban használják. MOTIF módszergrafikusan értékeli a felületi profilt anélkül, hogy kiszűrné a hullámosságot az érdességből. A MOTIF a profil két csúcs közötti részéből áll, és a végső kombinációk megszüntetik a "kisebb" csúcsokat, és megtartják a "jelentős" csúcsokat. A felületi érdesség a rajzon a rányomott és gondosan mért egyenetlenségek jelenléte.
Mivel ezek a paraméterek az összes profilinformációt egyetlen számra redukálják, alkalmazásakor és értelmezésekor óvatosan kell eljárni. Kis változtatások a nyers profiladatok szűrésében, a középvonal kiszámításában és a mérés fizikájában nagyban befolyásolhatják a számított paramétert. A modern digitális berendezéseken a szkennelések kiértékelhetők, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy nincsenek olyan nyilvánvaló hibák, amelyek torzítják az értékeket.
A paraméterek és a mérések jellemzői
Mivel sok felhasználó számára nem egyértelmű, hogy az egyes mérések valójában mit is jelentenek, a modellező eszköz lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy beállítsa a legfontosabb paramétereket, így az emberi szemtől egyértelműen eltérő felületek méretükben eltérőek. Például egyes paraméterek nem tudnak különbséget tenni két felület között, ahol az egyik csúcsokból, a másik pedig azonos amplitúdójú mélyedésekből áll.
Megállapodás szerint minden 2D érdesség paraméter egy nagy R betű, amelyet további karakterek követnek az alsó indexben. Az alsó index határozza meg a használt képletet, ésR azt jelenti, hogy a képletet egy 2D érdességprofilra alkalmazták.
Az eltérő nagybetűs írás azt jelenti, hogy a képletet egy másik profilra alkalmazták. Például Ra az érdességprofil számtani átlaga, Pa a szűretlen nyers profil számtani átlaga, és Sa a 3D érdesség számtani átlaga.
Amplitúdóbeállítások
Az amplitúdó paraméterek a felületet az érdességi profil középvon altól való függőleges eltérései alapján jellemzik. Például a szűrt érdességprofil számtani átlaga, amelyet a kiértékelési hosszon belüli középvon altól való eltérések alapján határozunk meg, összefüggésbe hozható az adott érdességhez gyűjtött pontok tartományával. Ezt az értéket gyakran használják hivatkozásként a felületi érdességre.
Az aritmetikai átlagos érdesség a legszélesebb körben használt egydimenziós paraméter.
Kutatás és megfigyelés
Benoit Mandelbrot matematikus rámutatott a felületi érdesség és a fraktáldimenzió közötti összefüggésre. A mikroérdesség szintjén fraktál által képviselt leírás lehetővé teszi az anyag tulajdonságainak és a forgácsképződés típusának szabályozását. A fraktálok azonban nem képesek a szerszám előtolási jelei által érintett tipikus megmunkált felület teljes léptékű ábrázolását, figyelmen kívül hagyják a vágóél geometriáját.
Egy kicsit többet a mérésről
A felületi érdesség paramétereit az ISO 25178 sorozat határozza meg.értékek: Sa, Sq, Sz… Számos optikai mérőműszer alkalmas a felületi érdesség terület szerinti mérésére. Érintkezőrendszerekkel területmérés is lehetséges. Több, egymáshoz közel elhelyezkedő 2D szkennelés készül a célterületről. Ezt követően a megfelelő szoftver segítségével digitálisan összefűzik őket, ami 3D-s képet és a megfelelő érdesség-paramétereket eredményez.
Talajfelszín
A talajfelszíni érdesség (SSR) a talajfelszín mikro- és makrotopográfiájában jelen lévő függőleges változásokra, valamint ezek sztochasztikus eloszlására utal. Négy különböző SSR osztály létezik, amelyek mindegyike egy jellegzetes függőleges hosszskálát képvisel:
- első osztály az egyes talajszemcséktől a 0,053–2,0 mm-es aggregátumok mikrodomborzatának változásait tartalmazza;
- a második osztály a talajrögök 2 és 100 mm közötti változataiból áll;
- a talajfelszíni érdesség harmadik osztálya a talajművelés hatására bekövetkező szisztematikus magasságváltozások, az úgynevezett orientált érdesség (OS), amely 100 és 300 mm között mozog;
- a negyedik osztály síkbeli görbületet vagy makroléptékű topográfiai jellemzőket tartalmaz.
Az első két osztály magyarázza az úgynevezett mikro érdességet, amelyről kimutatták, hogy nagymértékben befolyásolja az eseményt, illetve a csapadéktól, illetve a talajműveléstől függő szezonális léptéket. Leggyakrabban a mikroérdesség meghatározása történikszámszerűsíthető a véletlenszerű érdesség, amely lényegében a rétegfelszín magassági adatainak szórása az átlagos magasság körül a lejtőkorrekció után, a legjobb illeszkedés síkját használva, és eltávolítva a talajművelési hatásokat az egyedi magassági értékekben. A csapadéknak való kitettség a kezdeti feltételektől és a talaj tulajdonságaitól függően a mikroérdesség romlásához vagy növekedéséhez vezethet.
Gyenge talajfelületeken az esőpermet letörő hatása hajlamos kisimítani a talajfelszín egyenetlenségének széleit, ami az RR általános csökkenését eredményezi. Egy nemrégiben végzett tanulmány azonban, amely a sima talajfelületek csapadékra adott válaszát vizsgálta, azt mutatta, hogy az RR szignifikánsan megnőhet kis kezdeti, 0-5 mm-es mikroérdesség-skálák esetén. Azt is kimutatták, hogy a növekedés vagy csökkenés konzisztens a különböző SSR-pontszámok között.
Mechanika
A felületszerkezet kulcsszerepet játszik az érintkezési mechanika szabályozásában, vagyis abban a mechanikai viselkedésben, amely két szilárd objektum határfelületén jelentkezik, amikor egymáshoz közelednek, és az érintésmentes állapotból a teljes érintkezésbe kerülnek. A normál érintkezési merevséget elsősorban az érdesség-struktúrák (felületi meredekség és fraktalitás) és az anyagtulajdonságok határozzák meg.
A mérnöki felület szempontjából az érdesség káros az alkatrész teljesítményére. Ennek következtében a legtöbb gyártási nyomat felső határt szabérdesség, de nem alja. Kivételt képeznek a hengerfuratok, ahol az olaj megmarad a felületi profilban, és minimális felületi érdesség (Rz) szükséges.
Struktúra és fraktalitás
A felület szerkezete gyakran szorosan összefügg a súrlódási és kopásálló tulajdonságaival. A nagyobb fraktáldimenziójú, nagy értékű vagy pozitív értékű felület általában valamivel nagyobb súrlódású, és gyorsan elhasználódik. Az érdességprofil csúcsai nem mindig érintkezési pontok. Az alakot és a hullámosságot (azaz az amplitúdót és a frekvenciát egyaránt) szintén figyelembe kell venni, különösen a felületi érdesség feldolgozásakor.
