Yüzey pürüzlülüğü özel bir malzeme parametresidir. Bu isim genellikle sadece pürüzlülük olarak kıs altılır ve yüzey dokusunun bir bileşenidir. Gerçek yüzey vektörünün yönünün ideal şeklinden sapmaları ile nicel olarak belirlenir. Bu sapmalar büyükse, yüzey pürüzlüdür; küçüklerse, yüzey pürüzsüzdür. Yüzey metrolojisinde, pürüzlülük genellikle ölçülen yüzeyin yüksek frekanslı, kısa dalga boyu bileşeni olarak kabul edilir. Bununla birlikte, pratikte, bir yüzeyin belirli bir amaca uygun olduğundan emin olmak için genellikle hem genliği hem de frekansı bilmek gerekir. Yüzey pürüzlülüğü çok önemli bir tasarım parametresidir.
Rol ve Anlam
Pürüzlülük, gerçek bir nesnenin çevresiyle nasıl etkileşime gireceğini belirlemede önemli bir rol oynar. tribolojidePürüzlü yüzeyler genellikle daha hızlı aşınır ve pürüzsüz yüzeylere göre daha yüksek sürtünme katsayılarına sahiptir. Yüzey düzensizlikleri çatlaklar veya korozyon için çekirdeklenme bölgeleri oluşturabileceğinden, pürüzlülük genellikle mekanik bir bileşenin performansının iyi bir göstergesidir. Öte yandan, pürüzlülük yapışmayı teşvik edebilir. Genel olarak konuşursak, ölçek tanımlayıcıları yerine, yüzey fraktalitesi gibi çapraz ölçekli tanımlayıcılar, temas sertliği ve statik sürtünme dahil olmak üzere yüzeyler üzerindeki mekanik etkileşimlerin daha anlamlı tahminlerini sağlar. Yüzey pürüzlülüğü, ayrıntıları aşağıda bulabileceğiniz oldukça karmaşık bir parametredir.
Yüksek ve düşük değerler
Yüksek bir pürüzlülük değeri genellikle istenmeyen bir durum olsa da, üretim sırasında kontrol edilmesi zor ve maliyetli olabilir. Örneğin, FDM parçalarının yüzey pürüzlülüğünü kontrol etmek zor ve pahalıdır. Bu oranların düşürülmesi genellikle üretim maliyetini artırır. Bu genellikle bir bileşeni üretmenin maliyeti ile uygulamadaki verimliliği arasında bir dengeye neden olur.
Ölçüm yöntemleri
İndeks, bir "pürüzlülük karşılaştırıcısı" (bilinen yüzey pürüzlülüğünün bir örneği) ile manuel karşılaştırma ile ölçülebilir, ancak daha genel olarak bir yüzey profilinin ölçümü profilometrelerle yapılır. Kontak tipinde (genellikle elmas kalem) veya optik (örneğin,beyaz ışık interferometresi veya lazer taramalı konfokal mikroskop).
Ancak, kontrollü pürüzlülük genellikle istenebilir. Örneğin, parlak bir yüzey gözler için fazla parlak ve parmaklar için fazla kaygan olabilir (dokunmatik yüzey buna iyi bir örnektir), bu nedenle kontrollü performans gereklidir. Yüzey pürüzlülüğü, genlik ve frekansın çok önemli olduğu yerdir.
Değeri profilden (çizgiden) veya yüzeyden (alandan) hesaplanabilir. Profil pürüzlülük parametresi (Ra, Rq, …) daha yaygındır. Alan pürüzlülük parametreleri (Sa, Sq, …) daha anlamlı tanımlar verir.
Parametreler
Pürüzlülük parametrelerinin her biri yüzey tanımlama formülü ile hesaplanır. Her birini ayrıntılı olarak açıklayan standart referanslar, yüzeyler ve bunların ölçümleridir. Yüzey pürüzlülüğü bir karakteristiktir.
Profil pürüzlülük parametreleri, ISO 4287: 1997 ile aynı olan İngiliz (ve dünya çapında) standardı BS EN ISO 4287: 2000'e dahildir. Standart, ″M″ (Orta Hat) sistemine dayanmaktadır.
Birçok farklı pürüzlülük parametresi vardır, ancak yukarıdakiler en yaygın olanlarıdır, ancak standardizasyon genellikle liyakat yerine tarihsel nedenlerle ortaya çıkar. Yüzey pürüzlülüğü, düzensizliklerin toplamıdır.
Bazı parametreler yalnızca belirli sektörlerde veya belirli ülkelerde kullanılır. Örneğin, MOTIF parametreleri ağırlıklı olarak Fransız otomotiv endüstrisinde kullanılmaktadır. MOTIF Yöntemipürüzlülükten dalgalanmayı filtrelemeden yüzey profilinin grafiksel bir değerlendirmesini sağlar. MOTIF, profilin iki tepe noktası arasındaki kısmından oluşur ve son kombinasyonlar "küçük" tepeleri ortadan kaldırır ve "önemli" olanları korur. Bir çizimdeki yüzey pürüzlülüğü, üzerine basılmış ve dikkatlice ölçülen tümseklerin varlığıdır.
Bu parametreler tüm profil bilgilerini tek bir sayıya indirgediğinden, bunları uygularken ve yorumlarken dikkatli olunmalıdır. Ham profil verilerinin nasıl filtrelendiği, orta hattın nasıl hesaplandığı ve ölçümün fiziği ile ilgili küçük değişiklikler, hesaplanan parametreyi büyük ölçüde etkileyebilir. Modern dijital ekipmanlarda, değerleri çarpıtan bariz aksaklıklar olmadığından emin olmak için taramalar değerlendirilebilir.
Parametrelerin ve ölçümlerin özellikleri
Birçok kullanıcı için her ölçümün gerçekte ne anlama geldiği açık olmayabileceğinden, modelleme aracı, kullanıcının temel parametreleri ayarlamasına, insan gözünden belirgin şekilde farklı, ölçümlerde farklılık gösteren yüzeyler oluşturmasına olanak tanır. Örneğin, bazı parametreler iki yüzey arasında ayrım yapamaz, biri tepelerden, diğeri aynı genliğe sahip oluklardan oluşur.
Geleneksel olarak, her 2B pürüzlülük parametresi bir büyük harf R'dir ve ardından bir alt simgede ek karakterler gelir. Alt simge, kullanılan formülü belirtir veR, formülün bir 2D pürüzlülük profiline uygulandığı anlamına gelir.
Farklı büyük harf kullanımı, formülün farklı bir profile uygulandığı anlamına gelir. Örneğin, Ra, pürüzlülük profilinin aritmetik ortalamasıdır, Pa, filtrelenmemiş ham profilin aritmetik ortalamasıdır ve Sa, 3B pürüzlülüğün aritmetik ortalamasıdır.
Genlik ayarları
Genlik parametreleri, orta hattan pürüzlülük profilinin dikey sapmalarına dayalı olarak yüzeyi karakterize eder. Örneğin, değerlendirme uzunluğu içindeki merkez çizgisinden sapmalardan belirlenen filtrelenmiş pürüzlülük profilinin aritmetik ortalaması, o pürüzlülük için toplanan noktaların aralığı ile ilgili olabilir. Bu değer genellikle yüzey pürüzlülüğüne referans olarak kullanılır.
Aritmetik ortalama pürüzlülük en yaygın kullanılan tek boyutlu parametredir.
Araştırma ve gözlem
Matematikçi Benoit Mandelbrot, yüzey pürüzlülüğü ve fraktal boyut arasındaki ilişkiye dikkat çekti. Mikro pürüzlülük seviyesinde bir fraktal tarafından temsil edilen açıklama, malzemenin özelliklerini ve talaş oluşum tipini kontrol etmeyi mümkün kılabilir. Ancak fraktallar, takım besleme işaretlerinden etkilenen tipik bir işlenmiş yüzeyin tam ölçekli bir temsilini sağlayamaz, kesme kenarı geometrisini göz ardı ederler.
Ölçüm hakkında biraz daha
Yüzey pürüzlülüğü parametreleri ISO 25178 serisinde tanımlanmıştır.değerler: Sa, Sq, Sz… Birçok optik ölçüm cihazı, alana göre yüzey pürüzlülüğünü ölçebilir. Temas sistemleri ile alan ölçümleri de mümkündür. Hedef alandan çok sayıda, yakın aralıklı 2D taramalar alınır. Daha sonra uygun yazılım kullanılarak dijital olarak birleştirilirler, bu da bir 3D görüntü ve karşılık gelen pürüzlülük parametreleriyle sonuçlanır.
Toprak yüzeyi
Toprak yüzeyi pürüzlülüğü (SSR), zemin yüzeyinin mikro ve makrotopografisinde mevcut olan dikey değişiklikleri ve bunların stokastik dağılımını ifade eder. Her biri karakteristik bir dikey uzunluk ölçeğini temsil eden dört farklı SSR sınıfı vardır:
- birinci sınıf, tek tek toprak tanelerinden 0,053–2,0 mm mertebesindeki agregalara kadar mikro rölyefteki değişiklikleri içerir;
- ikinci sınıf, 2 ila 100 mm arasındaki toprak keseklerinin varyasyonlarından oluşur;
- Toprak yüzey pürüzlülüğünün üçüncü sınıfı, 100 ila 300 mm arasında değişen, yönlendirilmiş pürüzlülük (OS) olarak adlandırılan toprak işleme nedeniyle sistematik yükseklik değişiklikleridir;
- dördüncü sınıf, düzlemsel eğrilik veya makro ölçekli topografik özellikler içerir.
İlk iki sınıf, sırasıyla yağış ve toprak işlemeye bağlı olarak olayı ve mevsimsel ölçeği büyük ölçüde etkilediği gösterilen mikro pürüzlülüğü açıklar. Mikropürüzlülük çoğunlukla belirlenirrasgele pürüzlülük ile ölçülür; bu, esasen eğim düzeltmesinden sonra ortalama yükseklik etrafındaki katman yüzeyi yükseklik verilerinin standart sapması olup, en uygun düzlem kullanılarak ve bireysel yükseklik okumalarında toprak işleme etkilerini ortadan kaldırır. Yağış maruziyeti, başlangıç koşullarına ve toprak özelliklerine bağlı olarak bozulmaya veya mikro pürüzlülüğün artmasına neden olabilir.
Pürüzlü zemin yüzeylerinde, yağmur spreyinin ayrılma etkisi, toprak yüzeyinin pürüzlülüğünün kenarlarını yumuşatma eğilimindedir ve bu da RR'de genel bir azalmaya neden olur. Bununla birlikte, düzgün toprak yüzeylerinin yağışa tepkisini inceleyen yakın tarihli bir çalışma, 0-5 mm mertebesindeki küçük başlangıç mikro pürüzlülük ölçeklerinde RR'nin önemli ölçüde artabileceğini göstermiştir. Artış veya azalmanın farklı SSR puanları arasında tutarlı olduğu da gösterilmiştir.
Mekanik
Yüzey yapısı, temas mekaniğini, yani iki katı nesne birbirine yaklaşırken ve temassız durumdan tam temasa geçerken arasındaki arayüzde meydana gelen mekanik davranışı kontrol etmede kilit bir rol oynar. Özellikle, normal temas sertliği ağırlıklı olarak pürüzlülük yapıları (yüzey eğimi ve fraktalite) ve malzeme özellikleri tarafından belirlenir.
Mühendislik yüzeyi perspektifinden bakıldığında, pürüzlülük parça performansı için zararlı olarak kabul edilir. Sonuç olarak, çoğu üretim baskısı bir üst sınır belirlerpürüzlülük, ancak alt değil. İstisna, yüzey profilinde yağın tutulduğu ve minimum yüzey pürüzlülüğünün (Rz) gerekli olduğu silindir delikleridir.
Yapı ve fraktalite
Bir yüzeyin yapısı genellikle sürtünme ve aşınmaya karşı dayanıklılık özellikleriyle yakından ilişkilidir. Daha yüksek bir fraktal boyuta, büyük bir değere veya pozitif bir değere sahip bir yüzey, genellikle biraz daha yüksek sürtünmeye sahip olacak ve hızlı bir şekilde aşınacaktır. Pürüzlülük profilindeki tepe noktaları her zaman temas noktaları değildir. Özellikle yüzey pürüzlülüğü işlenirken şekil ve dalgalılık (yani hem genlik hem de frekans) da dikkate alınmalıdır.
