Hrapavost površine je poseban parametar materijala. Ovaj naziv se često skraćuje na samo hrapavost i komponenta je površinske teksture. Kvantitativno je određen odstupanjima pravca vektora realne površine od njegovog idealnog oblika. Ako su ova odstupanja velika, površina je hrapava; ako su male, površina je glatka. U površinskoj metrologiji, hrapavost se obično smatra visokofrekventnom komponentom kratke talasne dužine površine koja se meri. Međutim, u praksi je često potrebno znati i amplitudu i frekvenciju kako bi se osiguralo da je površina pogodna za određenu namjenu. Hrapavost površine je veoma važan parametar dizajna.
Uloga i značenje
Hrapavost igra važnu ulogu u određivanju načina na koji će stvarni objekat komunicirati sa okolinom. U tribologijiGrube površine se generalno brže troše i imaju veće koeficijente trenja od glatkih površina. Hrapavost je često dobar prediktor performansi mehaničke komponente, jer površinske nepravilnosti mogu formirati mjesta nukleacije za pukotine ili koroziju. S druge strane, hrapavost može potaknuti prianjanje. Uopšteno govoreći, umjesto deskriptora skale, deskriptori unakrsne skale kao što je površinski fraktalitet pružaju značajnije predviđanje mehaničkih interakcija na površinama, uključujući krutost kontakta i statičko trenje. Hrapavost površine je prilično složen parametar, čiji detalji se mogu naći ispod.
Visoke i niske vrijednosti
Iako je visoka vrijednost hrapavosti često nepoželjna, može biti teško i skupo kontrolisati je tokom proizvodnje. Na primjer, teško je i skupo kontrolirati hrapavost površine FDM dijelova. Smanjenje ovih stopa obično povećava troškove proizvodnje. Ovo često dovodi do kompromisa između troškova proizvodnje komponente i njene efikasnosti u primeni.
Metode mjerenja
Indeks se može mjeriti ručnim poređenjem sa "komparatorom hrapavosti" (uzorak poznate hrapavosti površine), ali općenito se mjerenje površinskog profila vrši profilometrima. Mogu biti kontaktnog tipa (obično dijamantske igle) ili optičke (npr.interferometar bijelog svjetla ili laserski skenirajući konfokalni mikroskop).
Međutim, kontrolisana hrapavost često može biti poželjna. Na primjer, sjajna površina može biti previše sjajna za oči i previše klizava za prst (dobar primjer je touchpad), pa je potrebno kontrolirano djelovanje. Hrapavost površine je mjesto gdje su amplituda i frekvencija veoma važne.
Njegova vrijednost se može izračunati ili iz profila (linije) ili iz površine (površine). Parametar hrapavosti profila (Ra, Rq, …) je češći. Parametri hrapavosti područja (Sa, Sq, …) daju smislenije definicije.
Parametri
Svaki od parametara hrapavosti se izračunava formulom opisa površine. Standardne reference koje detaljno opisuju svaku od njih su površine i njihove mjere. Hrapavost površine je karakteristika.
Parametri hrapavosti profila uključeni su u britanski (i svetski) standard BS EN ISO 4287: 2000, koji je identičan ISO 4287: 1997. Standard je zasnovan na sistemu ″M″ (srednja linija).
Postoji mnogo različitih parametara hrapavosti, ali gore navedeni su najčešći, iako se standardizacija često dešava iz istorijskih razloga, a ne zbog zasluga. Hrapavost površine je skup nepravilnosti.
Neki parametri se koriste samo u određenim industrijama ili u određenim zemljama. Na primjer, MOTIF parametri se uglavnom koriste u francuskoj automobilskoj industriji. MOTIF metodapruža grafičku procjenu profila površine bez filtriranja valovitosti od hrapavosti. MOTIF se sastoji od dijela profila između dva vrha, a konačne kombinacije eliminišu "manje" vrhove i zadržavaju "značajne". Hrapavost površine na crtežu je prisustvo neravnina utisnutih i pažljivo izmjerenih na crtežu.
Budući da ovi parametri svode sve informacije o profilu na jedan broj, potrebno je paziti kada ih primjenjujete i tumačite. Male promjene u načinu filtriranja neobrađenih podataka profila, izračunavanja srednje linije i fizike mjerenja mogu u velikoj mjeri utjecati na izračunati parametar. Na modernoj digitalnoj opremi, skeniranja se mogu procijeniti kako bi se osiguralo da nema očiglednih grešaka koje iskrivljuju vrijednosti.
Karakteristike parametara i mjerenja
Budući da mnogim korisnicima možda nije jasno šta svako mjerenje zapravo znači, alat za modeliranje omogućava korisniku da podesi ključne parametre, prikazujući površine koje se izrazito razlikuju od ljudskog oka, razlikuju u mjerenjima. Na primjer, neki parametri ne mogu razlikovati dvije površine, gdje se jedna sastoji od vrhova, a druga se sastoji od udubljenja iste amplitude.
Po konvenciji, svaki 2D parametar hrapavosti je veliko slovo R iza kojeg slijede dodatni znakovi u indeksu. Subscript specificira formulu koja je korištena, iR znači da je formula primijenjena na 2D profil hrapavosti.
Različita upotreba velikih slova znači da je formula primijenjena na drugi profil. Na primjer, Ra je aritmetička sredina profila hrapavosti, Pa je aritmetička sredina nefiltriranog sirovog profila, a Sa je aritmetička sredina 3D hrapavosti.
Postavke amplitude
Parametri amplitude karakterišu površinu na osnovu vertikalnih odstupanja profila hrapavosti od srednje linije. Na primjer, aritmetička sredina filtriranog profila hrapavosti, određena iz odstupanja od središnje linije unutar dužine procjene, može se povezati s rasponom bodova prikupljenih za tu hrapavost. Ova vrijednost se često koristi kao referenca na hrapavost površine.
Aritmetička srednja hrapavost je najčešće korišteni jednodimenzionalni parametar.
Istraživanje i posmatranje
Matematičar Benoit Mandelbrot ukazao je na vezu između hrapavosti površine i fraktalne dimenzije. Opis predstavljen fraktalom na nivou mikrohrapavosti može omogućiti kontrolu svojstava materijala i vrste formiranja strugotine. Ali fraktali ne mogu pružiti potpunu predstavu tipične obrađene površine na koju utiču tragovi uvlačenja alata, oni zanemaruju geometriju rezne ivice.
Malo više o mjerenju
Parametri hrapavosti površine definisani su u seriji ISO 25178.vrijednosti: Sa, Sq, Sz… Mnogi optički mjerni instrumenti mogu mjeriti hrapavost površine po površini. Mjerenje površine je moguće i sa kontaktnim sistemima. Više, blisko raspoređenih 2D skeniranja se uzimaju iz ciljnog područja. Zatim se digitalno spajaju zajedno koristeći odgovarajući softver, što rezultira 3D slikom i odgovarajućim parametrima hrapavosti.
Površina tla
Hrapavost površine tla (SSR) se odnosi na vertikalne promjene prisutne u mikro- i makrotopografiji površine tla, kao i na njihovu stohastičku distribuciju. Postoje četiri različite SSR klase, od kojih svaka predstavlja karakterističnu vertikalnu skalu dužine:
- prva klasa uključuje promjene u mikroreljefu od pojedinačnih zrna tla do agregata reda veličine 0,053–2,0 mm;
- druga klasa se sastoji od varijacija grudvica tla od 2 do 100 mm;
- treća klasa hrapavosti površine tla su sistematske promjene nadmorske visine zbog obrade tla, koje se nazivaju orijentirana hrapavost (OS), u rasponu od 100 do 300 mm;
- četvrta klasa uključuje planarnu krivinu ili topografske karakteristike makroskale.
Prve dvije klase objašnjavaju takozvanu mikro-hrapavost, za koju se pokazalo da u velikoj mjeri utiče na događaj i sezonsku skalu u zavisnosti od padavina i obrade tla. Najčešće se utvrđuje mikrohrapavostkvantificirana nasumičnom hrapavošću, koja je u suštini standardna devijacija podataka o nadmorskoj visini površine sloja oko srednje visine nakon korekcije nagiba, koristeći ravninu koja najbolje odgovara i uklanja efekte obrade tla u pojedinačnim očitanjima visine. Izloženost padavinama može dovesti do pogoršanja ili povećanja mikrohrapavosti, u zavisnosti od početnih uslova i svojstava tla.
Na grubim podlogama, djelovanje kišnog spreja ima tendenciju da izgladi ivice hrapavosti površine tla, što rezultira ukupnim smanjenjem RR. Međutim, nedavna studija koja je ispitivala reakciju glatkih površina tla na kišu pokazala je da se RR može značajno povećati na malim početnim skalama mikrohrapavosti reda veličine 0-5 mm. Također se pokazalo da je povećanje ili smanjenje konzistentno u različitim SSR rezultatima.
Mehanika
Površinska struktura igra ključnu ulogu u kontroli kontaktne mehanike, odnosno mehaničkog ponašanja koje se javlja na međusklopu između dva čvrsta objekta dok se približavaju jedan drugom i prelaze iz beskontaktnog u potpuni kontakt. Konkretno, normalna kontaktna krutost određena je pretežno strukturama hrapavosti (nagib površine i fraktalnost) i svojstvima materijala.
Iz perspektive inženjerske površine, hrapavost se smatra štetnom za performanse dijela. Kao posljedica toga, većina proizvodnih otisaka postavlja gornju granicuhrapavost, ali ne i dno. Izuzetak su provrti cilindara gdje je ulje zadržano u profilu površine i potrebna je minimalna hrapavost površine (Rz).
Struktura i fraktalnost
Struktura površine je često usko povezana sa njenim osobinama na trenje i otpornost na habanje. Površina s većom fraktalnom dimenzijom, velikom vrijednošću ili pozitivnom vrijednošću obično će imati nešto veće trenje i brzo će se istrošiti. Vrhovi u profilu hrapavosti nisu uvijek dodirne tačke. Oblik i valovitost (odnosno i amplituda i frekvencija) također se moraju uzeti u obzir, posebno kada se obrađuje hrapavost površine.
