Kekasaran permukaan ialah parameter bahan khas. Nama ini sering dipendekkan kepada hanya kekasaran dan merupakan komponen tekstur permukaan. Ia ditentukan secara kuantitatif oleh sisihan arah vektor permukaan sebenar daripada bentuk idealnya. Jika sisihan ini besar, permukaannya kasar; jika mereka kecil, permukaannya licin. Dalam metrologi permukaan, kekasaran biasanya dianggap sebagai frekuensi tinggi, komponen panjang gelombang pendek permukaan yang diukur. Walau bagaimanapun, dalam amalan ia selalunya perlu untuk mengetahui kedua-dua amplitud dan kekerapan untuk memastikan bahawa permukaan sesuai untuk tujuan tertentu. Kekasaran permukaan ialah parameter reka bentuk yang sangat penting.
Peranan dan Maksud
Kekasaran memainkan peranan penting dalam menentukan cara objek sebenar akan berinteraksi dengan persekitarannya. Dalam tribologiPermukaan kasar biasanya haus lebih cepat dan mempunyai pekali geseran yang lebih tinggi daripada permukaan licin. Kekasaran selalunya merupakan peramal yang baik bagi prestasi komponen mekanikal, kerana ketidakteraturan permukaan boleh membentuk tapak nukleasi untuk retak atau kakisan. Sebaliknya, kekasaran boleh menggalakkan lekatan. Secara umumnya, bukannya deskriptor skala, deskriptor berskala silang seperti fraktaliti permukaan memberikan ramalan interaksi mekanikal yang lebih bermakna pada permukaan, termasuk kekakuan sentuhan dan geseran statik. Kekasaran permukaan ialah parameter yang agak kompleks, butirannya boleh didapati di bawah.
Nilai tinggi dan rendah
Walaupun nilai kekasaran yang tinggi selalunya tidak diingini, ia boleh menjadi sukar dan mahal untuk dikawal semasa pembuatan. Sebagai contoh, sukar dan mahal untuk mengawal kekasaran permukaan bahagian FDM. Mengurangkan kadar ini biasanya meningkatkan kos pembuatan. Ini selalunya mengakibatkan pertukaran antara kos menghasilkan komponen dan kecekapannya dalam aplikasi.
Kaedah pengukuran
Indeks boleh diukur dengan perbandingan manual dengan "pembanding kekasaran" (sampel kekasaran permukaan yang diketahui), tetapi secara amnya pengukuran profil permukaan dilakukan dengan profilometer. Ia boleh daripada jenis sentuhan (biasanya stylus berlian) atau optik (contohnya,interferometer cahaya putih atau mikroskop confocal pengimbasan laser).
Walau bagaimanapun, kekasaran terkawal selalunya diingini. Contohnya, permukaan berkilat boleh menjadi terlalu berkilat untuk mata dan terlalu licin untuk jari (contoh yang baik ialah pad sentuh), jadi prestasi terkawal diperlukan. Kekasaran permukaan ialah amplitud dan kekerapan adalah sangat penting.
Nilainya boleh dikira sama ada dari profil (garisan) atau dari permukaan (kawasan). Parameter kekasaran profil (Ra, Rq, …) adalah lebih biasa. Parameter kekasaran kawasan (Sa, Sq, …) memberikan definisi yang lebih bermakna.
Parameter
Setiap parameter kekasaran dikira oleh formula perihalan permukaan. Rujukan standard yang menerangkan setiap satu daripadanya secara terperinci ialah permukaan dan ukurannya. Kekasaran permukaan adalah satu ciri.
Parameter kekasaran profil disertakan dalam piawaian British (dan seluruh dunia) BS EN ISO 4287: 2000, yang sama dengan ISO 4287: 1997. Standard ini berdasarkan sistem ″M″ (Midline).
Terdapat banyak parameter kekasaran yang berbeza, tetapi perkara di atas adalah yang paling biasa, walaupun penyeragaman sering berlaku atas sebab sejarah dan bukannya merit. Kekasaran permukaan ialah himpunan ketidakteraturan.
Sesetengah parameter hanya digunakan dalam industri tertentu atau di negara tertentu. Sebagai contoh, parameter MOTIF digunakan terutamanya dalam industri automotif Perancis. Kaedah MOTIFmenyediakan penilaian grafik profil permukaan tanpa menapis keluar gelombang daripada kekasaran. MOTIF terdiri daripada bahagian profil antara dua puncak, dan gabungan terakhir menghapuskan puncak "kecil" dan mengekalkan puncak "ketara". Kekasaran permukaan dalam lukisan ialah kehadiran benjolan yang dicetak dan diukur dengan teliti padanya.
Oleh kerana parameter ini mengurangkan semua maklumat profil kepada satu nombor, penjagaan mesti diambil semasa menggunakan dan mentafsirnya. Perubahan kecil dalam cara data profil mentah ditapis, cara garis tengah dikira dan fizik pengukuran boleh mempengaruhi parameter yang dikira. Pada peralatan digital moden, imbasan boleh dinilai untuk memastikan tiada gangguan jelas yang memesongkan nilai.
Ciri parameter dan ukuran
Oleh kerana mungkin tidak jelas kepada ramai pengguna maksud setiap ukuran sebenarnya, alat pemodelan membolehkan pengguna melaraskan parameter utama, menjadikan permukaan yang jelas berbeza daripada mata manusia, berbeza dalam pengukuran. Contohnya, sesetengah parameter tidak dapat membezakan antara dua permukaan, di mana satu terdiri daripada puncak dan satu lagi terdiri daripada palung dengan amplitud yang sama.
Mengikut konvensyen, setiap parameter kekasaran 2D ialah huruf besar R diikuti dengan aksara tambahan dalam subskrip. Subskrip menentukan formula yang digunakan, danR bermakna formula telah digunakan pada profil kekasaran 2D.
Kata besar yang berbeza bermakna formula telah digunakan pada profil yang berbeza. Contohnya, Ra ialah min aritmetik bagi profil kekasaran, Pa ialah min aritmetik bagi profil mentah yang tidak ditapis, dan Sa ialah min aritmetik bagi kekasaran 3D.
Tetapan amplitud
Parameter amplitud mencirikan permukaan berdasarkan sisihan menegak profil kekasaran dari garis tengah. Contohnya, min aritmetik profil kekasaran yang ditapis, yang ditentukan daripada sisihan daripada garis tengah dalam panjang penilaian, boleh dikaitkan dengan julat mata yang dikumpul untuk kekasaran itu. Nilai ini sering digunakan sebagai rujukan kepada kekasaran permukaan.
Kekasaran min aritmetik ialah parameter satu dimensi yang paling banyak digunakan.
Penyelidikan dan pemerhatian
Ahli Matematik Benoit Mandelbrot menunjukkan hubungan antara kekasaran permukaan dan dimensi fraktal. Penerangan yang diwakili oleh fraktal pada tahap kekasaran mikro boleh memungkinkan untuk mengawal sifat bahan dan jenis pembentukan cip. Tetapi fraktal tidak dapat memberikan gambaran skala penuh bagi permukaan mesin biasa yang terjejas oleh tanda suapan alat, mereka mengabaikan geometri canggih.
Sedikit lagi tentang pengukuran
Parameter kekasaran permukaan ditakrifkan dalam siri ISO 25178.nilai: Sa, Sq, Sz… Banyak alat pengukur optik mampu mengukur kekasaran permukaan mengikut luas. Pengukuran kawasan juga boleh dilakukan dengan sistem sesentuh. Imbasan 2D berbilang, jarak rapat diambil dari kawasan sasaran. Ia kemudiannya dicantum secara digital menggunakan perisian yang sesuai, menghasilkan imej 3D dan parameter kekasaran yang sepadan.
Permukaan tanah
Kekasaran permukaan tanah (SSR) merujuk kepada perubahan menegak yang terdapat dalam mikro dan makrotopografi permukaan tanah, serta taburan stokastiknya. Terdapat empat kelas SSR yang berbeza, setiap satu mewakili skala panjang menegak ciri:
- kelas pertama termasuk perubahan dalam pelepasan mikro daripada butiran tanah individu kepada agregat tertib 0.053–2.0 mm;
- kelas kedua terdiri daripada variasi gumpalan tanah dari 2 hingga 100 mm;
- kelas ketiga kekasaran permukaan tanah ialah perubahan ketinggian yang sistematik akibat pembajakan, dipanggil kekasaran berorientasikan (OS), antara 100 hingga 300 mm;
- kelas keempat termasuk kelengkungan satah atau ciri topografi skala makro.
Dua kelas pertama menerangkan apa yang dipanggil kekasaran mikro, yang telah terbukti sangat mempengaruhi acara dan skala bermusim masing-masing bergantung pada hujan dan pembajakan. Kekasaran mikro paling kerap ditentukandikira dengan kekasaran rawak, yang pada asasnya ialah sisihan piawai data ketinggian permukaan lapisan di sekitar ketinggian purata selepas pembetulan cerun, menggunakan satah yang paling sesuai dan mengeluarkan kesan pembajakan dalam bacaan ketinggian individu. Pendedahan kerpasan boleh menyebabkan kemerosotan atau peningkatan kekasaran mikro, bergantung pada keadaan awal dan sifat tanah.
Pada permukaan tanah yang kasar, tindakan pemisahan semburan hujan cenderung untuk melicinkan tepi kekasaran permukaan tanah, mengakibatkan pengurangan keseluruhan dalam RR. Walau bagaimanapun, kajian baru-baru ini yang mengkaji tindak balas permukaan tanah licin terhadap hujan menunjukkan bahawa RR boleh meningkat dengan ketara pada skala kekasaran mikro awal yang kecil pada urutan 0-5 mm. Ia juga telah menunjukkan bahawa peningkatan atau penurunan adalah konsisten merentas markah SSR yang berbeza.
Mekanik
Struktur permukaan memainkan peranan penting dalam mengawal mekanik sentuhan, iaitu, gelagat mekanikal yang berlaku pada antara muka antara dua objek pepejal apabila ia menghampiri satu sama lain dan bertukar daripada bukan sentuhan kepada sentuhan penuh. Khususnya, kekakuan sentuhan biasa ditentukan terutamanya oleh struktur kekasaran (cerun permukaan dan fraktaliti) dan sifat bahan.
Dari perspektif permukaan kejuruteraan, kekasaran dianggap memudaratkan prestasi bahagian. Akibatnya, kebanyakan cetakan pengeluaran menetapkan had ataskekasaran, tetapi bukan bahagian bawah. Pengecualian ialah lubang silinder di mana minyak dikekalkan dalam profil permukaan dan kekasaran permukaan minimum (Rz) diperlukan.
Struktur dan fraktaliti
Struktur permukaan selalunya berkait rapat dengan sifat geseran dan tahan hausnya. Permukaan dengan dimensi fraktal yang lebih tinggi, nilai yang besar atau nilai positif biasanya akan mempunyai geseran yang lebih tinggi sedikit dan akan cepat haus. Puncak dalam profil kekasaran tidak selalunya titik hubungan. Bentuk dan kegelombang (iaitu, amplitud dan frekuensi) juga mesti dipertimbangkan, terutamanya apabila memproses kekasaran permukaan.
