Drsnost povrchu je speciální parametr materiálu. Tento název se často zkracuje na pouhou drsnost a je součástí struktury povrchu. Je kvantitativně určen odchylkami směru skutečného povrchového vektoru od jeho ideálního tvaru. Pokud jsou tyto odchylky velké, povrch je drsný; pokud jsou malé, povrch je hladký. V povrchové metrologii je drsnost obvykle považována za vysokofrekvenční složku měřeného povrchu s krátkou vlnovou délkou. V praxi je však často nutné znát jak amplitudu, tak frekvenci, aby bylo zajištěno, že povrch je vhodný pro konkrétní účel. Drsnost povrchu je velmi důležitým konstrukčním parametrem.
Role a význam
Drsnost hraje důležitou roli při určování toho, jak bude skutečný objekt interagovat se svým prostředím. V tribologiiDrsné povrchy se obecně opotřebovávají rychleji a mají vyšší koeficienty tření než hladké povrchy. Drsnost je často dobrým prediktorem výkonu mechanické součásti, protože nepravidelnosti povrchu mohou vytvářet nukleační místa pro praskliny nebo korozi. Na druhou stranu drsnost může podporovat přilnavost. Obecně řečeno, místo deskriptorů měřítka poskytují deskriptory napříč měřítky, jako je fraktality povrchu, smysluplnější předpovědi mechanických interakcí na površích, včetně kontaktní tuhosti a statického tření. Drsnost povrchu je poměrně složitý parametr, podrobnosti o něm naleznete níže.
Vysoké a nízké hodnoty
I když je vysoká hodnota drsnosti často nežádoucí, může být obtížné a nákladné ji během výroby kontrolovat. Například je obtížné a nákladné řídit drsnost povrchu FDM dílů. Snížení těchto sazeb obvykle zvyšuje náklady na výrobu. To často vede ke kompromisu mezi náklady na výrobu součásti a její účinností při aplikaci.
Metody měření
Index lze měřit ručním porovnáním s "komparátorem drsnosti" (vzorek známé drsnosti povrchu), ale obecněji se měření profilu povrchu provádí pomocí profilometrů. Mohou být kontaktního typu (obvykle diamantový hrot) nebo optického (např.interferometr s bílým světlem nebo laserový skenovací konfokální mikroskop).
Kontrolovaná drsnost však může být často žádoucí. Například lesklý povrch může být pro oči příliš lesklý a pro prst příliš kluzký (dobrý příklad je touchpad), takže je vyžadován kontrolovaný výkon. Drsnost povrchu je místo, kde jsou amplituda a frekvence velmi důležité.
Jeho hodnotu lze vypočítat buď z profilu (čáry) nebo z povrchu (plochy). Běžnější je parametr drsnosti profilu (Ra, Rq, …). Parametry drsnosti plochy (Sa, Sq, …) poskytují smysluplnější definice.
Parametry
Každý z parametrů drsnosti je vypočítán podle vzorce pro popis povrchu. Standardní reference, které podrobně popisují každý z nich, jsou povrchy a jejich měření. Charakteristickou vlastností je drsnost povrchu.
Parametry drsnosti profilu jsou zahrnuty v britské (a celosvětové) normě BS EN ISO 4287: 2000, která je identická s ISO 4287: 1997. Norma je založena na systému ″M″ (Midline).
Existuje mnoho různých parametrů drsnosti, ale výše uvedené jsou nejběžnější, ačkoli ke standardizaci často dochází spíše z historických důvodů než ze zásluh. Drsnost povrchu je soubor nepravidelností.
Některé parametry se používají pouze v určitých odvětvích nebo v určitých zemích. Parametry MOTIF se například používají především ve francouzském automobilovém průmyslu. Metoda MOTIFposkytuje grafické vyhodnocení profilu povrchu bez odfiltrování zvlnění od drsnosti. MOTIF se skládá z části profilu mezi dvěma píky a konečné kombinace eliminují „malé“píky a zachovávají ty „významné“. Drsnost povrchu na kresbě je přítomnost hrbolků, které jsou na ní vytištěny a pečlivě změřeny.
Protože tyto parametry redukují všechny profilové informace na jediné číslo, je třeba při jejich použití a interpretaci postupovat opatrně. Malé změny ve způsobu filtrování nezpracovaných dat profilu, způsobu výpočtu střední čáry a fyziky měření mohou výrazně ovlivnit vypočítaný parametr. Na moderním digitálním zařízení lze skenování vyhodnotit, aby se zajistilo, že neexistují žádné zjevné závady, které by zkreslovaly hodnoty.
Vlastnosti parametrů a měření
Protože mnoha uživatelům nemusí být zřejmé, co která měření vlastně znamenají, modelovací nástroj umožňuje uživateli upravit klíčové parametry, vykreslovat povrchy, které se výrazně liší od lidského oka, liší se v měření. Některé parametry například nedokážou rozlišit mezi dvěma povrchy, kdy jeden se skládá z vrcholů a druhý z prohlubní se stejnou amplitudou.
Podle konvence je každý parametr 2D drsnosti velké písmeno R následované dalšími znaky v dolním indexu. Dolní index určuje vzorec, který byl použit, aR znamená, že vzorec byl aplikován na 2D profil drsnosti.
Odlišná velikost písmen znamená, že vzorec byl použit na jiný profil. Například Ra je aritmetický průměr profilu drsnosti, Pa je aritmetický průměr nefiltrovaného surového profilu a Sa je aritmetický průměr 3D drsnosti.
Nastavení amplitudy
Parametry amplitudy charakterizují povrch na základě vertikálních odchylek profilu drsnosti od střední čáry. Například aritmetický průměr filtrovaného profilu drsnosti, určený z odchylek od středové osy v rámci vyhodnocovací délky, může být vztažen k rozsahu bodů shromážděných pro tuto drsnost. Tato hodnota se často používá jako odkaz na drsnost povrchu.
Aritmetická střední drsnost je nejrozšířenějším jednorozměrným parametrem.
Výzkum a pozorování
Matematik Benoit Mandelbrot poukázal na vztah mezi drsností povrchu a fraktální dimenzí. Popis reprezentovaný fraktálem na úrovni mikrodrsnosti může umožnit řídit vlastnosti materiálu a typ tvorby třísky. Fraktály však nemohou poskytnout plnou reprezentaci typického obrobeného povrchu ovlivněného značkami posuvu nástroje, ignorují geometrii řezné hrany.
Něco více o měření
Parametry drsnosti povrchu jsou definovány v řadě ISO 25178.hodnoty: Sa, Sq, Sz… Mnoho optických měřicích přístrojů je schopno měřit drsnost povrchu podle plochy. Plošné měření je možné také kontaktními systémy. Z cílové oblasti je pořízeno více, blízko umístěných 2D skenů. Poté jsou digitálně spojeny pomocí příslušného softwaru, výsledkem je 3D obraz a odpovídající parametry drsnosti.
Povrch půdy
Drsnost povrchu půdy (SSR) označuje vertikální změny přítomné v mikro- a makrotopografii povrchu země a také jejich stochastické rozložení. Existují čtyři různé třídy SSR, z nichž každá představuje charakteristickou vertikální stupnici délky:
- první třída zahrnuje změny v mikroreliéfu od jednotlivých zrn půdy po agregáty v řádu 0,053–2,0 mm;
- druhá třída se skládá z variací půdních hrud od 2 do 100 mm;
- třetí třídou drsnosti povrchu půdy jsou systematické změny nadmořské výšky v důsledku zpracování půdy, nazývané orientovaná drsnost (OS), v rozsahu od 100 do 300 mm;
- čtvrtá třída zahrnuje rovinné zakřivení nebo topografické prvky v makroměřítku.
První dvě třídy vysvětlují takzvanou mikrodrsnost, u které se ukázalo, že výrazně ovlivňuje událost a sezónní měřítko v závislosti na srážkách a zpracování půdy. Nejčastěji se stanovuje mikrodrsnostkvantifikovaná náhodnou drsností, což je v podstatě standardní odchylka údajů o nadmořské výšce povrchu vrstvy kolem střední výšky po korekci sklonu, s použitím roviny nejlepšího přizpůsobení a odstranění efektů zpracování půdy v jednotlivých odečtech výšky. Expozice srážek může vést ke zhoršení nebo zvýšení mikrodrsnosti v závislosti na počátečních podmínkách a vlastnostech půdy.
Na drsných površích má odtrhávací účinek dešťového postřiku tendenci vyhladit okraje drsnosti povrchu půdy, což má za následek celkové snížení RR. Nedávná studie, která zkoumala odezvu hladkých půdních povrchů na dešťové srážky, však ukázala, že RR se může významně zvýšit při malých počátečních mírách mikrodrsnosti v řádu 0-5 mm. Také se ukázalo, že nárůst nebo pokles je konzistentní napříč různými skóre SSR.
Mechanika
Struktura povrchu hraje klíčovou roli při ovládání kontaktní mechaniky, tedy mechanického chování, ke kterému dochází na rozhraní mezi dvěma pevnými objekty, když se k sobě přibližují a přecházejí z bezkontaktního do úplného kontaktu. Normální kontaktní tuhost je určována především strukturami drsnosti (sklon povrchu a fraktality) a materiálovými vlastnostmi.
Z hlediska technického povrchu je drsnost považována za škodlivou pro výkon součásti. V důsledku toho většina produkčních tisků stanoví horní hranicidrsnost, ale ne dno. Výjimkou jsou vrtání válců, kde se olej zadržuje v profilu povrchu a je vyžadována minimální drsnost povrchu (Rz).
Struktura a fraktality
Struktura povrchu často úzce souvisí s jeho třecími vlastnostmi a odolností proti opotřebení. Povrch s vyšším fraktálním rozměrem, velkou hodnotou nebo kladnou hodnotou bude mít obvykle mírně vyšší tření a rychle se opotřebuje. Vrcholy v profilu drsnosti nejsou vždy kontaktními body. Tvar a zvlnění (to znamená jak amplituda, tak frekvence) je také třeba vzít v úvahu, zejména při zpracování drsnosti povrchu.
