Yüzey pürüzlülüğü - Surface roughness

Yüzey pürüzlülüğünün temel sembolü
Kalça protezinin pürüzlülüğünü ölçen dijital holografik mikroskop

Yüzey pürüzlülüğü , genellikle kısaltılmış, pürüzlülük , bir bileşeni olan yüzey dokusu . Gerçek bir yüzeyin normal vektörünün ideal biçiminden sapmaları ile ölçülür . Bu sapmalar büyükse yüzey pürüzlüdür; küçüklerse, yüzey pürüzsüzdür. Olarak yüzey metroloji , pürüzlülük, tipik olarak ölçülen yüzeyin yüksek frekanslı, kısa dalga boylu bir bileşen olarak kabul edilir. Bununla birlikte, pratikte, bir yüzeyin bir amaca uygun olduğundan emin olmak için genellikle hem genliği hem de frekansı bilmek gerekir.

Pürüzlülük, gerçek bir nesnenin çevresiyle nasıl etkileşime gireceğini belirlemede önemli bir rol oynar. Gelen triboloji , kaba yüzeyler genellikle aşınmaya daha hızlı ve daha yüksek olan bir sürtünme pürüzsüz yüzeylere göre daha katsayıları. Yüzeydeki düzensizlikler çatlaklar veya korozyon için çekirdeklenme bölgeleri oluşturabileceğinden, pürüzlülük genellikle mekanik bir bileşenin performansının iyi bir göstergesidir. Öte yandan, pürüzlülük yapışmayı artırabilir . Genel olarak konuşursak, ölçeğe özgü tanımlayıcılar yerine, yüzey fraktalitesi gibi çapraz ölçekli tanımlayıcılar , temas sertliği ve statik sürtünme dahil olmak üzere yüzeylerdeki mekanik etkileşimlerin daha anlamlı tahminlerini sağlar .

Yüksek bir pürüzlülük değeri genellikle istenmeyen bir durum olsa da, imalatta kontrol edilmesi zor ve pahalı olabilir . Örneğin, kaynaşmış biriktirme modellemesi (FDM) ile üretilen parçaların yüzey pürüzlülüğünü kontrol etmek zor ve pahalıdır . Bir yüzeyin pürüzlülüğünün azaltılması genellikle üretim maliyetini artırır. Bu genellikle bir bileşenin üretim maliyeti ile uygulamadaki performansı arasında bir ödünleşimle sonuçlanır.

Pürüzlülük, bir "yüzey pürüzlülüğü karşılaştırıcısı" (bilinen yüzey pürüzlülüğü örneği) ile manuel karşılaştırma ile ölçülebilir, ancak daha genel olarak bir yüzey profili ölçümü bir profilometre ile yapılır . Bunlar, temas türünden (tipik olarak bir elmas kalem) veya optik (örneğin: bir beyaz ışık interferometresi veya lazer taramalı konfokal mikroskop ) olabilir.

Bununla birlikte, kontrollü pürüzlülük genellikle arzu edilebilir. Örneğin, parlak bir yüzey göze çok parlak ve parmak için çok kaygan olabilir (dokunmatik yüzey buna iyi bir örnektir), bu nedenle kontrollü bir pürüzlülük gerekir. Bu, hem genlik hem de frekansın çok önemli olduğu bir durumdur.

parametreler

Bir pürüzlülük değeri, bir profil (çizgi) veya bir yüzey (alan) üzerinde hesaplanabilir. Profil pürüzlülük parametresi ( , , ...) daha yaygındır. Alan pürüzlülük parametreleri ( , , ...) daha anlamlı değerler verir.

Profil pürüzlülük parametreleri

pürüzlülük rus.png

Profil pürüzlülük parametreleri, ISO 4287:1997 standardı ile aynı olan BS EN ISO 4287:2000 İngiliz standardına dahildir. Standart, ″M″ (ortalama çizgi) sistemine dayanmaktadır.

Kullanımda olan birçok farklı pürüzlülük parametresi vardır, ancak en yaygın olanıdır, ancak bu genellikle tarihsel nedenlerden dolayıdır ve ilk pürüzlülük ölçerlerin yalnızca . Diğer ortak parametreler şunlardır , ve . Bazı parametreler yalnızca belirli endüstrilerde veya belirli ülkelerde kullanılmaktadır. Örneğin, parametre ailesi esas olarak silindir deliği balataları için kullanılır ve Motif parametreleri esas olarak Fransız otomotiv endüstrisinde kullanılır. MOTIF yöntemi, pürüzlülükten dalgalılığı filtrelemeden bir yüzey profilinin grafiksel bir değerlendirmesini sağlar. Bir motif , bir profilin iki tepe noktası arasındaki kısmından oluşur ve bu motiflerin son kombinasyonları "önemsiz" tepeleri ortadan kaldırır ve "önemli" olanları korur. Lütfen bunun mikrometre veya mikro inç olabilen boyutsal bir birim olduğunu unutmayın .

Bu parametreler bir profildeki tüm bilgileri tek bir sayıya indirgediğinden, bunların uygulanmasında ve yorumlanmasında çok dikkatli olunmalıdır. Ham profil verilerinin nasıl filtrelendiği, ortalama çizgisinin nasıl hesaplandığı ve ölçümün fiziği ile ilgili küçük değişiklikler, hesaplanan parametreyi büyük ölçüde etkileyebilir. Modern dijital ekipmanla, değerleri çarpıtan bariz bir hata olmadığından emin olmak için tarama değerlendirilebilir.

Her bir ölçümün gerçekte ne anlama geldiği pek çok kullanıcı için açık olmayabileceğinden, bir simülasyon aracı, bir kullanıcının temel parametreleri ayarlamasına ve insan gözünden açıkça farklı olan yüzeylerin ölçümlerle nasıl ayırt edildiğini görselleştirmesine olanak tanır. Örneğin, birinin düz bir yüzey üzerindeki tepe noktalarından oluştuğu ve diğerinin aynı genlikteki oluklardan oluştuğu iki yüzey arasında ayrım yapamıyor. Bu tür araçlar uygulama biçiminde bulunabilir.

Geleneksel olarak, her 2B pürüzlülük parametresi, alt simgede ek karakterler tarafından takip edilen bir büyük harftir. Alt simge, kullanılan formülü ve formülün 2B pürüzlülük profiline uygulandığı anlamına gelir. Farklı büyük harfler, formülün farklı bir profile uygulandığını gösterir. Örneğin , pürüzlülük profilinin aritmetik ortalamasıdır, filtrelenmemiş ham profilin aritmetik ortalamasıdır ve 3B pürüzlülüğün aritmetik ortalamasıdır.

Tablolarda listelenen formüllerin her biri, ham profil verilerinden pürüzlülük profilinin filtrelendiğini ve ortalama çizgisinin hesaplandığını varsaymaktadır. Pürüzlülük profili , iz boyunca sıralı, eşit aralıklı noktalar içerir ve ortalama çizgiden veri noktasına olan dikey mesafedir . Yüksekliğin, dökme malzemeden uzakta, yukarı yönde pozitif olduğu varsayılır.

genlik parametreleri

Genlik parametreleri, ortalama çizgiden pürüzlülük profilinin dikey sapmalarına dayalı olarak yüzeyi karakterize eder. Bunların çoğu, nüfus örneklerini karakterize etmek için istatistiklerde bulunan parametrelerle yakından ilişkilidir. Örneğin, bir aritmetik ortalama süzüldü pürüz profilinin değeri değerlendirme uzunluğu olan bir merkez hattı etrafında sapmalar belirlendi ve bir aralık elde pürüzlülük veri noktaları.

Aritmetik ortalama pürüzlülük, en yaygın olarak kullanılan tek boyutlu pürüzlülük parametresidir.

Parametre Açıklama formül
Ra, Raa, Ryni Aritmetik ortalama sapma arasında değerlendirilen profili
Rq, Rms Kök ortalama kare
Rv ı; karavan Tek bir örnekleme uzunluğu içinde ortalama hattın altındaki maksimum vadi derinliği; Değerlendirme uzunluğu üzerinden ortalama Rv değeri ;
Rp ben; Rp Tek bir örnekleme uzunluğu içinde, ortalama çizginin üzerindeki maksimum tepe yüksekliği; Değerlendirme uzunluğu üzerinden ortalama Rp değeri ;
Rz ben ; Rz Tek bir örnekleme uzunluğu içinde, profilin maksimum tepeden vadiye yüksekliği; Değerlendirme uzunluğu boyunca ortalama Rz değeri ;
rupi çarpıklık
rku Basıklık
RzDIN, Rtm Her örnekleme uzunluğundaki en yüksek tepe ve en alçak vadi arasındaki ortalama mesafe, ASME Y14.36M - 1996 Yüzey Dokusu Sembolleri , Burada örnekleme uzunlukları sayısıdır ve olduğu için numune uzunluğu.
RzJIS için Japon Endüstri Standardı , tüm örnekleme uzunluğu boyunca en yüksek beş tepe ve en düşük vadiye dayanmaktadır. , burada ve sırasıyla en yüksek tepe ve en düşük vadidir.

Pürüzlülük derecesi numaralarına sahip ortak bir dönüşüm tablosu aşağıda verilmiştir:

Pürüzlülük, N Pürüzlülük değerleri, Ra RMS (µin.) Orta hat ort. , CLA Pürüzlülük, Rt
ISO sınıf numaraları mikrometre (µm) mikro inç (µin.) (µin.) (µm)
N12 50 2000 2200 2000 200
N11 25 1000 1100 1000 100
N10 12.5 500 550 500 50
N9 6.3 250 275 250 25
N8 3.2 125 137.5 125 13
N7 1.6 63 69.3 63 8
N6 0,8 32 35.2 32 4
N5 0,4 16 17.6 16 2
N4 0,2 8 8.8 8 1.2
N3 0.1 4 4.4 4 0,8
N2 0.05 2 2.2 2 0,5
N1 0.025 1 1.1 1 0,3

Eğim, aralık ve sayma parametreleri

Eğim parametreleri, pürüzlülük profilinin eğim özelliklerini tanımlar. Aralık ve sayma parametreleri, profilin belirli eşikleri ne sıklıkta geçtiğini tanımlar. Bu parametreler genellikle bir torna tezgahında döndürülerek üretilenler gibi tekrarlayan pürüzlülük profillerini tanımlamak için kullanılır .

Parametre Açıklama formül
örnekleme uzunluğu içindeki profilin RMS'si
örnekleme uzunluğu içinde profilin ortalama mutlak eğimi
delta i, ASME B46.1'e göre hesaplanır ve 5. dereceden bir Savitzky–Golay yumuşatma filtresidir

Diğer "frekans" parametreleri Sm , a ve q'dur . S m , tepe noktaları arasındaki ortalama boşluktur. Tıpkı gerçek dağlarda olduğu gibi, bir "zirve" tanımlamak önemlidir. S için m yüzey yeni zirveye tekrar yükselen önce ortalama yüzeyin altına düştü olmalı. Ortalama dalga boyu bir kök ortalama kare dalga boyu q türetilir bir . (R, örneğin ölçüm çiftlerinin bir istatistiksel analiz yapılabilir böylece, metrik çifti optimum dengesini tarif eden açık değildir genlik ve frekans hem de bağlı olan bir yüzey anlamaya çalışırken z ve bir ya da R a ve Sm) En güçlü korelasyonu bulmak için.

Ortak dönüşümler:

Rulman oranı eğrisi parametreleri

Bu parametreler, yatak oranı eğrisine (Abbott-Firestone eğrisi olarak da bilinir) dayanmaktadır . Bu, Rk parametre ailesini içerir.

Negatif ve pozitif eğimli yüzeyleri gösteren çizimler. Pürüzlülük izi solda, genlik dağılım eğrisi ortada ve yatak alanı eğrisi (Abbott-Firestone eğrisi) sağda.

fraktal teori

Matematikçi Benoît Mandelbrot , yüzey pürüzlülüğü ile fraktal boyut arasındaki bağlantıya dikkat çekti . Mikro pürüzlülük seviyesinde bir fraktal tarafından sağlanan açıklama , malzeme özelliklerinin ve meydana gelen talaş oluşumunun tipinin kontrolüne izin verebilir. Ancak fraktallar, takım besleme işaretlerinden etkilenen tipik bir işlenmiş yüzeyin tam ölçekli bir temsilini sağlayamaz; kesici kenarın geometrisini yok sayar. (J. Paulo Davim, 2010, age .). Yüzeylerin fraktal tanımlayıcıları, fiziksel yüzey özelliklerini yüzey yapısıyla ilişkilendirmede önemli bir role sahiptir. Birden fazla alanda, fiziksel, elektriksel ve mekanik davranışı geleneksel pürüzlülük veya eğim yüzey tanımlayıcılarıyla birleştirmek zor olmuştur. Yüzey fraktalitesi ölçüleri ile pürüzlülük veya yüzey şekli ölçüleri kullanılarak, temas mekaniği, sürtünme ve elektriksel temas direnci dahil olmak üzere belirli arayüzey olayları, yüzey yapısına göre daha iyi yorumlanabilir.

Alan pürüzlülük parametreleri

Alan pürüzlülük parametreleri ISO 25178 serisinde tanımlanmıştır. Ortaya çıkan değerler Sa, Sq, Sz,... Birçok optik ölçüm cihazı, bir alan üzerindeki yüzey pürüzlülüğünü ölçebilir. Temaslı ölçüm sistemleri ile alan ölçümleri de mümkündür. Hedef alandan çok sayıda, yakın aralıklı 2D taramalar alınır. Bunlar daha sonra ilgili yazılım kullanılarak dijital olarak birleştirilir, bu da bir 3D görüntü ve beraberindeki alansal pürüzlülük parametreleriyle sonuçlanır.

Zemin-yüzey pürüzlülüğü

Toprak-yüzey pürüzlülüğü (SSR), bir toprak yüzeyinin mikro ve makro rölyefinde bulunan dikey varyasyonları ve bunların stokastik dağılımını ifade eder. Her biri karakteristik bir dikey uzunluk ölçeğini temsil eden dört farklı SSR sınıfı vardır; birinci sınıf, 0,053–2,0 mm mertebesinde tek tek toprak tanelerinden agregalara kadar mikro rölyef varyasyonlarını içerir; ikinci sınıf, 2 ila 100 mm arasında değişen toprak keseklerinden kaynaklanan varyasyonlardan oluşur; toprak yüzeyi pürüzlülüğünün üçüncü sınıfı, 100 ile 300 mm arasında değişen, yönlendirilmiş pürüzlülük (OR) olarak adlandırılan, toprak işlemeden kaynaklanan sistematik yükseklik farklılıklarıdır; dördüncü sınıf, düzlemsel eğriliği veya makro ölçekli topografik özellikleri içerir.

İlk iki sınıf, sırasıyla yağış ve toprak işleme ile bir olay ve mevsimsel zaman ölçeğinden büyük ölçüde etkilendiği gösterilen mikro pürüzlülüğü hesaba katar. Mikropürüzlülük en yaygın olarak, en uygun düzlem kullanılarak eğim düzeltmesi ve bireysel yükseklik okumalarında toprak işleme etkilerinin kaldırılmasından sonra, ortalama yükseklik etrafındaki yatak yüzeyi yükseklik verilerinin standart sapması olan Rastgele Pürüzlülük vasıtasıyla ölçülür. Yağış etkisi, ilk mikro pürüzlülük koşullarına ve toprak özelliklerine bağlı olarak mikro pürüzlülüklerde bir bozulmaya veya artışa neden olabilir. Pürüzlü toprak yüzeylerinde, yağmur sıçraması ayrılmasının etkisi, toprak yüzeyi pürüzlülüğünün kenarlarını yumuşatma eğilimindedir ve bu da RR'de genel bir azalmaya yol açar. Ancak, düzgün toprak yüzeylerinin yağış üzerindeki tepkisini inceleyen yakın tarihli bir çalışma, 0 – 5 mm mertebesinde düşük başlangıç ​​mikro pürüzlülük uzunluk ölçekleri için RR'nin önemli ölçüde artabileceğini göstermiştir. Çeşitli SSR endeksleri arasında artış veya azalmanın tutarlı olduğu da gösterilmiştir.

pratik etkiler

Yüzey yapısı , temas mekaniğini yönetmede kilit bir rol oynar , yani iki katı nesne arasındaki bir arayüzde, birbirlerine yaklaştıkça ve temassız koşullardan tam temasa geçerken sergilenen mekanik davranış. Özellikle, normal temas sertliği , ağırlıklı olarak pürüzlülük yapıları (pürüzlülük, yüzey eğimi ve fraktalite) ve malzeme özellikleri tarafından yönetilir.

Mühendislik yüzeyleri açısından, pürüzlülüğün parça performansına zarar verdiği düşünülmektedir. Sonuç olarak, çoğu üretim baskısı pürüzlülük için bir üst sınır belirler, ancak bir alt sınır oluşturmaz. Yüzey profilinde yağın tutulduğu ve minimum pürüzlülüğün gerekli olduğu silindir delikleri bir istisnadır.

Yüzey yapısı genellikle bir yüzeyin sürtünme ve aşınma özellikleri ile yakından ilişkilidir. Fraktal boyutu daha yüksek , değeri büyük veya pozitif olan bir yüzey genellikle biraz daha yüksek sürtünmeye ve hızlı aşınmaya sahip olacaktır. Pürüzlülük profilindeki tepe noktaları her zaman temas noktaları değildir. Form ve dalgalılık (yani hem genlik hem de frekans) da dikkate alınmalıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar