Virsmas raupjums ir īpašs materiāla parametrs. Šis nosaukums bieži tiek saīsināts līdz tikai raupjumam un ir virsmas faktūras sastāvdaļa. To kvantitatīvi nosaka reālās virsmas vektora virziena novirzes no tā ideālās formas. Ja šīs novirzes ir lielas, virsma ir raupja; ja tie ir mazi, virsma ir gluda. Virsmas metroloģijā raupjums parasti tiek uzskatīts par mērāmās virsmas augstfrekvences, īsa viļņa garuma komponentu. Tomēr praksē bieži ir jāzina gan amplitūda, gan frekvence, lai nodrošinātu, ka virsma ir piemērota konkrētam mērķim. Virsmas raupjums ir ļoti svarīgs dizaina parametrs.
Loma un nozīme
Nelīdzenumam ir svarīga loma, nosakot, kā reāls objekts mijiedarbosies ar vidi. TriboloģijāNelīdzenas virsmas parasti nolietojas ātrāk un tām ir augstāks berzes koeficients nekā gludām virsmām. Nelīdzenums bieži vien ir labs mehānisko komponentu veiktspējas pareģotājs, jo virsmas nelīdzenumi var veidot kodolu veidošanās vietas plaisām vai korozijai. No otras puses, raupjums var veicināt saķeri. Vispārīgi runājot, mēroga deskriptoru vietā krusteniskās skalas deskriptori, piemēram, virsmas fraktalitāte, sniedz nozīmīgākas prognozes par mehānisko mijiedarbību uz virsmām, tostarp kontakta stingrību un statisko berzi. Virsmas raupjums ir diezgan sarežģīts parametrs, sīkāku informāciju par to var atrast tālāk.
Augstas un zemas vērtības
Lai gan augsta raupjuma vērtība bieži vien nav vēlama, to var būt grūti un dārgi kontrolēt ražošanas laikā. Piemēram, ir grūti un dārgi kontrolēt FDM detaļu virsmas raupjumu. Šo likmju samazināšana parasti palielina ražošanas izmaksas. Tas bieži vien rada kompromisu starp komponenta ražošanas izmaksām un tā lietošanas efektivitāti.
Mērīšanas metodes
Indeksu var izmērīt, manuāli salīdzinot ar "raupjuma salīdzināšanas ierīci" (zināma virsmas raupjuma paraugs), bet vispārīgāk virsmas profila mērījumus veic ar profilometriem. Tie var būt kontakta tipa (parasti dimanta irbulis) vai optiski (piemēram,b altās gaismas interferometrs vai lāzerskenējošs konfokālais mikroskops).
Tomēr kontrolēts raupjums bieži var būt vēlams. Piemēram, spīdīga virsma var būt pārāk spīdīga acīm un pārāk slidena pirkstam (labs piemērs ir skārienpaliktnis), tāpēc ir nepieciešama kontrolēta veiktspēja. Virsmas raupjumam ir ļoti liela nozīme amplitūdai un frekvencei.
Tās vērtību var aprēķināt vai nu pēc profila (līnijas), vai no virsmas (laukuma). Profila raupjuma parametrs (Ra, Rq, …) ir biežāk sastopams. Laukuma raupjuma parametri (Sa, Sq, …) sniedz jēgpilnākas definīcijas.
Parametri
Katrs raupjuma parametrs tiek aprēķināts pēc virsmas apraksta formulas. Standarta atsauces, kas sīki apraksta katru no tām, ir virsmas un to mērījumi. Virsmas raupjums ir raksturīgs.
Profila raupjuma parametri ir iekļauti Lielbritānijas (un pasaules) standartā BS EN ISO 4287: 2000, kas ir identisks ISO 4287: 1997. Standarta pamatā ir ″M″ (vidējā līnija) sistēma.
Ir daudz dažādu raupjuma parametru, taču iepriekš minētie ir visizplatītākie, lai gan standartizācija bieži notiek vēsturisku iemeslu, nevis nopelnu dēļ. Virsmas raupjums ir nelīdzenumu kopums.
Daži parametri tiek izmantoti tikai noteiktās nozarēs vai noteiktās valstīs. Piemēram, MOTIF parametrus galvenokārt izmanto Francijas automobiļu rūpniecībā. MOTIVU metodenodrošina virsmas profila grafisku novērtējumu, nefiltrējot viļņojumu no raupjuma. MOTIF sastāv no profila daļas starp divām virsotnēm, un pēdējās kombinācijas novērš "mazākās" virsotnes un saglabā "nozīmīgos". Virsmas raupjums zīmējumā ir uz tā iespiests un rūpīgi izmērīts nelīdzenums.
Tā kā šie parametri samazina visu profila informāciju līdz vienam skaitlim, tos piemērojot un interpretējot, jābūt uzmanīgiem. Nelielas izmaiņas profila neapstrādāto datu filtrēšanā, viduslīnijas aprēķināšanā un mērījuma fizikā var ievērojami ietekmēt aprēķināto parametru. Mūsdienu digitālajās iekārtās skenējumus var novērtēt, lai pārliecinātos, ka nav acīmredzamu traucējumu, kas novirza vērtības.
Parametru un mērījumu iezīmes
Tā kā daudziem lietotājiem var nebūt skaidrs, ko katrs mērījums patiesībā nozīmē, modelēšanas rīks ļauj lietotājam pielāgot galvenos parametrus, padarot virsmas, kas ievērojami atšķiras no cilvēka acs, atšķiras pēc mērījumiem. Piemēram, daži parametri nevar atšķirt divas virsmas, kur viena sastāv no virsotnēm, bet otra - no ieplakām ar vienādu amplitūdu.
Pēc vienošanās katrs 2D raupjuma parametrs ir lielais R, kam seko papildu rakstzīmes apakšindeksā. Apakšindekss norāda izmantoto formulu unR nozīmē, ka formula ir piemērota 2D raupjuma profilam.
Atšķirīgs lielo burtu lietojums nozīmē, ka formula ir piemērota citam profilam. Piemēram, Ra ir raupjuma profila vidējais aritmētiskais, Pa ir nefiltrēta neapstrādāta profila vidējais aritmētiskais un Sa ir 3D raupjuma vidējais aritmētiskais.
Amplitūdas iestatījumi
Amplitūdas parametri raksturo virsmu, pamatojoties uz nelīdzenuma profila vertikālajām novirzēm no viduslīnijas. Piemēram, filtrētā nelīdzenuma profila vidējo aritmētisko vērtību, kas noteikta pēc novirzēm no viduslīnijas novērtēšanas garumā, var saistīt ar punktu diapazonu, kas savākti šim raupjumam. Šo vērtību bieži izmanto kā atsauci uz virsmas raupjumu.
Aritmētiskais vidējais raupjums ir visplašāk izmantotais viendimensijas parametrs.
Pētījumi un novērojumi
Matemātiķis Benuā Mandelbrots norādīja uz saistību starp virsmas raupjumu un fraktāļu dimensiju. Fraktāļa apraksts mikroraupjuma līmenī var dot iespēju kontrolēt materiāla īpašības un skaidu veidošanās veidu. Taču fraktāļi nevar nodrošināt pilna mēroga attēlojumu tipiskai mehāniski apstrādātai virsmai, ko ietekmē instrumenta padeves zīmes, tie ignorē griešanas malu ģeometriju.
Nedaudz vairāk par mērījumiem
Virsmas raupjuma parametri ir noteikti ISO 25178 sērijā.vērtības: Sa, Sq, Sz… Daudzi optiskie mērinstrumenti spēj izmērīt virsmas raupjumu pēc platības. Platības mērījumi ir iespējami arī ar kontaktu sistēmām. No mērķa apgabala tiek veikti vairāki cieši izvietoti 2D skenējumi. Pēc tam tie tiek digitāli sašūti kopā, izmantojot atbilstošu programmatūru, iegūstot 3D attēlu un atbilstošus raupjuma parametrus.
Augsnes virsma
Augsnes virsmas raupjums (SSR) attiecas uz vertikālajām izmaiņām zemes virsmas mikro- un makrotopogrāfijā, kā arī to stohastisko sadalījumu. Ir četras dažādas SSR klases, no kurām katra ir raksturīga vertikāla garuma skala:
- pirmā klase ietver mikroreljefa izmaiņas no atsevišķiem augsnes graudiem līdz agregātiem 0,053–2,0 mm;
- otrā klase sastāv no augsnes duļķu variācijām no 2 līdz 100 mm;
- trešā augsnes virsmas raupjuma klase ir sistemātiskas augstuma izmaiņas augsnes apstrādes dēļ, ko sauc par orientētu raupjumu (OS), kas svārstās no 100 līdz 300 mm;
- ceturtā klase ietver plakanu izliekumu vai makromēroga topogrāfiskos elementus.
Pirmās divas klases izskaidro tā saukto mikroraupjumu, kas, kā pierādīts, lielā mērā ietekmē notikumu un sezonas mērogu atkarībā no nokrišņu daudzuma un attiecīgi augsnes apstrādes. Visbiežāk tiek noteikts mikroraupjumskvantificēts ar nejaušu nelīdzenumu, kas būtībā ir slāņa virsmas augstuma datu standarta novirze ap vidējo augstumu pēc slīpuma korekcijas, izmantojot vislabākās atbilstības plakni un noņemot augsnes apstrādes efektus atsevišķos augstuma rādījumos. Nokrišņu iedarbība var izraisīt mikroraupjuma pasliktināšanos vai palielināšanos atkarībā no sākotnējiem apstākļiem un augsnes īpašībām.
Uz nelīdzenām zemes virsmām lietus smidzināšanas iedarbībai ir tendence izlīdzināt augsnes virsmas raupjuma malas, kā rezultātā tiek samazināts RR. Tomēr nesen veikts pētījums, kurā tika pārbaudīta gludu augsnes virsmu reakcija uz nokrišņiem, parādīja, ka RR var ievērojami palielināties pie nelielām sākotnējām mikroraupjuma skalām aptuveni 0–5 mm. Ir arī pierādīts, ka pieaugums vai samazinājums ir konsekvents dažādos SSR rādītājos.
Mehānika
Virsmas struktūrai ir galvenā loma, kontrolējot kontaktu mehāniku, tas ir, mehānisko uzvedību, kas rodas divu cietu objektu saskarnē, kad tie tuvojas viens otram un pāriet no bezkontakta uz pilnu kontaktu. Jo īpaši parasto kontakta stingrību galvenokārt nosaka nelīdzenuma struktūras (virsmas slīpums un fraktalitāte) un materiāla īpašības.
No inženierijas virsmas viedokļa raupjums tiek uzskatīts par detaļu veiktspējai negatīvu ietekmi. Tā rezultātā lielākajai daļai izdruku ir noteikta augšējā robežaraupjums, bet ne apakšā. Izņēmums ir cilindru urbumi, kur eļļa tiek saglabāta virsmas profilā un ir nepieciešams minimālais virsmas raupjums (Rz).
Struktūra un fraktalitāte
Virsmas struktūra bieži ir cieši saistīta ar tās berzes un nodilumizturības īpašībām. Virsmai ar lielāku fraktāļu izmēru, lielu vērtību vai pozitīvu vērtību parasti būs nedaudz lielāka berze un tā ātri nolietosies. Smailes nelīdzenuma profilā ne vienmēr ir saskares punkti. Jāņem vērā arī forma un viļņojums (tas ir, gan amplitūda, gan frekvence), īpaši, apstrādājot virsmas raupjumu.
