Drsnosť povrchu je špeciálny parameter materiálu. Tento názov sa často skracuje len na drsnosť a je súčasťou štruktúry povrchu. Je kvantitatívne určený odchýlkami smeru skutočného povrchového vektora od jeho ideálneho tvaru. Ak sú tieto odchýlky veľké, povrch je drsný; ak sú malé, povrch je hladký. V povrchovej metrológii sa drsnosť zvyčajne považuje za vysokofrekvenčnú zložku meraného povrchu s krátkou vlnovou dĺžkou. V praxi je však často potrebné poznať amplitúdu aj frekvenciu, aby sa zabezpečilo, že povrch je vhodný na konkrétny účel. Drsnosť povrchu je veľmi dôležitým parametrom návrhu.
Úloha a význam
Drsnosť hrá dôležitú úlohu pri určovaní toho, ako bude skutočný objekt interagovať so svojím prostredím. V tribológiiDrsné povrchy sa vo všeobecnosti opotrebúvajú rýchlejšie a majú vyššie koeficienty trenia ako hladké povrchy. Drsnosť je často dobrým prediktorom výkonu mechanického komponentu, pretože nepravidelnosti povrchu môžu vytvárať miesta tvorby zárodkov pre praskliny alebo koróziu. Na druhej strane drsnosť môže podporiť priľnavosť. Vo všeobecnosti, namiesto deskriptorov mierky, deskriptory krížovej mierky, ako napríklad fraktality povrchu, poskytujú zmysluplnejšie predpovede mechanických interakcií na povrchoch, vrátane kontaktnej tuhosti a statického trenia. Drsnosť povrchu je pomerne zložitý parameter, podrobnosti o ňom nájdete nižšie.
Vysoké a nízke hodnoty
Hoci je vysoká hodnota drsnosti často nežiaduca, môže byť ťažké a nákladné kontrolovať počas výroby. Napríklad je ťažké a nákladné kontrolovať drsnosť povrchu dielov FDM. Zníženie týchto sadzieb zvyčajne zvyšuje výrobné náklady. To často vedie k kompromisu medzi nákladmi na výrobu komponentu a jeho efektívnosťou pri aplikácii.
Metódy merania
Index možno merať ručným porovnaním s "komparátorom drsnosti" (vzorka známej drsnosti povrchu), ale všeobecnejšie sa meranie profilu povrchu vykonáva pomocou profilometrov. Môžu byť kontaktného typu (zvyčajne diamantový hrot) alebo optického (napr.interferometer s bielym svetlom alebo laserový skenovací konfokálny mikroskop).
Kontrolovaná drsnosť však môže byť často žiaduca. Napríklad lesklý povrch môže byť príliš lesklý pre oči a príliš klzký pre prsty (dobrý príklad je touchpad), takže je potrebný kontrolovaný výkon. Drsnosť povrchu je miesto, kde sú amplitúda a frekvencia veľmi dôležité.
Jeho hodnotu možno vypočítať buď z profilu (čiary) alebo z povrchu (plochy). Parameter drsnosti profilu (Ra, Rq, …) je bežnejší. Parametre drsnosti plochy (Sa, Sq, …) poskytujú zmysluplnejšie definície.
Parametre
Každý z parametrov drsnosti sa vypočíta podľa vzorca na opis povrchu. Štandardné referencie, ktoré podrobne popisujú každý z nich, sú povrchy a ich miery. Charakteristickým znakom je drsnosť povrchu.
Parametre drsnosti profilu sú zahrnuté v britskej (a celosvetovej) norme BS EN ISO 4287: 2000, ktorá je identická s ISO 4287: 1997. Norma je založená na systéme ″M″ (Midline).
Existuje mnoho rôznych parametrov drsnosti, ale vyššie uvedené sú najbežnejšie, hoci k štandardizácii často dochádza skôr z historických dôvodov ako z dôvodu zásluh. Drsnosť povrchu je súbor nepravidelností.
Niektoré parametre sa používajú iba v určitých odvetviach alebo v určitých krajinách. Napríklad parametre MOTIF sa používajú najmä vo francúzskom automobilovom priemysle. Metóda MOTIFposkytuje grafické vyhodnotenie profilu povrchu bez odfiltrovania zvlnenia od drsnosti. MOTIF pozostáva z časti profilu medzi dvoma vrcholmi a konečné kombinácie eliminujú "malé" vrcholy a zachovávajú "významné". Drsnosť povrchu na výkrese je prítomnosť hrbolčekov, ktoré sú na ňom vytlačené a starostlivo zmerané.
Pretože tieto parametre redukujú všetky profilové informácie na jediné číslo, pri ich aplikácii a interpretácii je potrebné postupovať opatrne. Malé zmeny v spôsobe filtrovania nespracovaných údajov profilu, spôsobu výpočtu strednej čiary a fyziky merania môžu výrazne ovplyvniť vypočítaný parameter. Na modernom digitálnom zariadení je možné skenovanie vyhodnotiť, aby sa zabezpečilo, že neexistujú žiadne zjavné chyby, ktoré by skresľovali hodnoty.
Funkcie parametrov a meraní
Vzhľadom na to, že mnohým používateľom nemusí byť jasné, čo vlastne každé meranie znamená, modelovací nástroj umožňuje používateľovi upraviť kľúčové parametre, pričom vykresľuje povrchy, ktoré sú výrazne odlišné od ľudského oka, líšia sa meraniami. Niektoré parametre napríklad nedokážu rozlíšiť medzi dvoma povrchmi, pričom jeden pozostáva z vrcholov a druhý z žľabov s rovnakou amplitúdou.
Podľa konvencie je každý parameter 2D drsnosti veľké písmeno R, za ktorým nasledujú ďalšie znaky v dolnom indexe. Dolný index špecifikuje vzorec, ktorý bol použitý, aR znamená, že vzorec bol aplikovaný na 2D profil drsnosti.
Iná kapitalizácia znamená, že vzorec bol použitý na iný profil. Napríklad Ra je aritmetický priemer profilu drsnosti, Pa je aritmetický priemer nefiltrovaného surového profilu a Sa je aritmetický priemer 3D drsnosti.
Nastavenia amplitúdy
Parametre amplitúdy charakterizujú povrch na základe vertikálnych odchýlok profilu drsnosti od stredovej čiary. Napríklad aritmetický priemer filtrovaného profilu drsnosti, určený z odchýlok od stredovej čiary v rámci vyhodnocovacej dĺžky, môže súvisieť s rozsahom bodov získaných pre túto drsnosť. Táto hodnota sa často používa ako odkaz na drsnosť povrchu.
Aritmetický priemer drsnosti je najpoužívanejší jednorozmerný parameter.
Výskum a pozorovanie
Matematik Benoit Mandelbrot poukázal na vzťah medzi drsnosťou povrchu a fraktálnou dimenziou. Opis reprezentovaný fraktálom na úrovni mikrodrsnosti umožňuje kontrolovať vlastnosti materiálu a typ tvorby triesok. Fraktály však nemôžu poskytnúť úplnú reprezentáciu typického obrobeného povrchu ovplyvneného značkami posuvu nástroja, ignorujú geometriu reznej hrany.
Trochu viac o meraní
Parametre drsnosti povrchu sú definované v sérii ISO 25178.hodnoty: Sa, Sq, Sz… Mnohé optické meracie prístroje sú schopné merať drsnosť povrchu podľa plochy. Plošné merania sú možné aj s kontaktnými systémami. Z cieľovej oblasti sa odoberie viacero, blízko seba umiestnených 2D skenov. Potom sú digitálne spojené pomocou vhodného softvéru, výsledkom čoho je 3D obraz a zodpovedajúce parametre drsnosti.
Povrch pôdy
Drsnosť povrchu pôdy (SSR) označuje vertikálne zmeny prítomné v mikro- a makrotopografii povrchu zeme, ako aj ich stochastickú distribúciu. Existujú štyri rôzne triedy SSR, z ktorých každá predstavuje charakteristickú vertikálnu dĺžkovú stupnicu:
- prvá trieda zahŕňa zmeny v mikroreliéfe od jednotlivých zŕn pôdy po agregáty rádovo 0,053–2,0 mm;
- druhá trieda pozostáva z variácií zhlukov pôdy od 2 do 100 mm;
- treťou triedou drsnosti povrchu pôdy sú systematické zmeny nadmorskej výšky v dôsledku obrábania pôdy, nazývané orientovaná drsnosť (OS), v rozsahu od 100 do 300 mm;
- štvrtá trieda zahŕňa rovinné zakrivenie alebo topografické prvky v makroškále.
Prvé dve triedy vysvetľujú takzvanú mikrodrsnosť, o ktorej sa ukázalo, že výrazne ovplyvňuje udalosť a sezónny rozsah v závislosti od zrážok a spracovania pôdy. Najčastejšie sa určuje mikrodrsnosťkvantifikovaná náhodnou drsnosťou, ktorá je v podstate štandardnou odchýlkou údajov o nadmorskej výške povrchu vrstvy okolo strednej výšky po korekcii sklonu, s použitím roviny najlepšieho prispôsobenia a odstránením efektov obrábania pôdy v jednotlivých odčítaniach výšky. Expozícia zrážok môže viesť k zhoršeniu alebo zvýšeniu mikrodrsnosti v závislosti od počiatočných podmienok a vlastností pôdy.
Na nerovnom povrchu pôdy má odtrhávací účinok dažďa tendenciu vyhladzovať okraje drsnosti povrchu pôdy, čo vedie k celkovému zníženiu RR. Nedávna štúdia, ktorá skúmala reakciu hladkých povrchov pôdy na zrážky však ukázala, že RR sa môže výrazne zvýšiť pri malých počiatočných mierkach mikrodrsnosti rádovo 0-5 mm. Tiež sa ukázalo, že nárast alebo pokles je konzistentný v rámci rôznych skóre SSR.
Mechanika
Štruktúra povrchu hrá kľúčovú úlohu pri ovládaní kontaktnej mechaniky, teda mechanického správania, ku ktorému dochádza na rozhraní medzi dvoma pevnými predmetmi, keď sa k sebe približujú a prechádzajú z bezkontaktného do úplného kontaktu. Najmä normálna kontaktná tuhosť je určená predovšetkým štruktúrami drsnosti (sklon povrchu a fraktality) a materiálovými vlastnosťami.
Z hľadiska technického povrchu sa drsnosť považuje za škodlivú pre výkon dielu. V dôsledku toho väčšina produkčných výtlačkov stanovuje hornú hranicudrsnosť, ale nie dno. Výnimkou sú otvory valcov, kde sa olej zadržiava v profile povrchu a vyžaduje sa minimálna drsnosť povrchu (Rz).
Štruktúra a fraktálnosť
Štruktúra povrchu často úzko súvisí s jeho trecími vlastnosťami a odolnosťou voči opotrebovaniu. Povrch s vyšším fraktálovým rozmerom, veľkou hodnotou alebo kladnou hodnotou bude mať zvyčajne mierne vyššie trenie a rýchlo sa opotrebuje. Vrcholy v profile drsnosti nie sú vždy styčnými bodmi. Tvar a zvlnenie (t. j. amplitúda aj frekvencia) musia byť tiež zohľadnené, najmä pri spracovaní drsnosti povrchu.
