Ytjämnhet är en speciell materialparameter. Detta namn förkortas ofta till bara grovhet och är en del av ytstrukturen. Det bestäms kvantitativt av avvikelserna i riktningen för den verkliga ytvektorn från dess ideala form. Om dessa avvikelser är stora är ytan grov; om de är små är ytan slät. Inom ytmetrologi anses grovhet vanligtvis vara den högfrekventa, korta våglängdskomponenten av den yta som mäts. Men i praktiken är det ofta nödvändigt att känna till både amplitud och frekvens för att säkerställa att en yta är lämplig för ett visst ändamål. Ytjämnhet är en mycket viktig designparameter.
Roll och mening
Ojämnhet spelar en viktig roll för att avgöra hur ett verkligt objekt kommer att interagera med sin omgivning. I tribologiGrova ytor slits generellt snabbare och har högre friktionskoefficienter än släta ytor. Ojämnhet är ofta en god prediktor för en mekanisk komponents prestanda, eftersom ytoregelbundenheter kan bilda kärnbildningsställen för sprickor eller korrosion. Å andra sidan kan grovhet främja vidhäftning. Generellt sett, istället för skaldeskriptorer, ger korsskaleskriptorer såsom ytfraktalitet mer meningsfulla förutsägelser av mekaniska interaktioner på ytor, inklusive kontaktstyvhet och statisk friktion. Ytjämnhet är en ganska komplex parameter, vars detaljer finns nedan.
Höga och låga värden
Även om ett högt grovhetsvärde ofta är oönskat kan det vara svårt och kostsamt att kontrollera under tillverkningen. Till exempel är det svårt och dyrt att kontrollera ytjämnheten hos FDM-delar. Att sänka dessa priser ökar vanligtvis tillverkningskostnaden. Detta resulterar ofta i en avvägning mellan kostnaden för att producera en komponent och dess effektivitet vid användning.
Mätmetoder
Indexet kan mätas genom manuell jämförelse med en "jämnhetskomparator" (ett prov med känd ytjämnhet), men mer generellt görs mätningen av en ytprofil med profilometrar. De kan vara av kontakttyp (vanligtvis en diamantpenna) eller optiska (till exempel,vitt ljus interferometer eller laserskanning konfokalmikroskop).
Kontrollerad grovhet kan dock ofta vara önskvärd. Till exempel kan en blank yta vara för glänsande för ögonen och för hal för fingret (ett bra exempel är pekplattan), så kontrollerad prestanda krävs. Ytjämnhet är där amplitud och frekvens är mycket viktiga.
Dess värde kan beräknas antingen från profilen (linjen) eller från ytan (arean). Profilens grovhetsparameter (Ra, Rq, …) är vanligare. Ytgrovhetsparametrar (Sa, Sq, …) ger mer meningsfulla definitioner.
Parametrar
Var och en av råhetsparametrarna beräknas med ytbeskrivningsformeln. Standardreferenserna som beskriver var och en av dem i detalj är ytorna och deras mått. Ytjämnhet är en egenskap.
Profilgrovhetsparametrar ingår i den brittiska (och globala) standarden BS EN ISO 4287: 2000, som är identisk med ISO 4287: 1997. Standarden är baserad på ″M″ (Midline)-systemet.
Det finns många olika grovhetsparametrar, men ovanstående är de vanligaste, även om standardisering ofta förekommer av historiska skäl snarare än meriter. Ytjämnhet är en samling ojämnheter.
Vissa parametrar används bara i vissa branscher eller i vissa länder. Till exempel används MOTIF-parametrar främst inom den franska bilindustrin. MOTIF Metodger en grafisk utvärdering av ytprofilen utan att filtrera bort vågighet från grovhet. MOTIF består av delen av profilen mellan två toppar, och de slutliga kombinationerna eliminerar de "mindre" topparna och behåller de "signifikanta". Ytjämnhet i en ritning är förekomsten av stötar som är präglade och noggrant uppmätta på den.
Eftersom dessa parametrar reducerar all profilinformation till ett enda nummer, måste försiktighet iakttas när du tillämpar och tolkar dem. Små förändringar i hur råprofildata filtreras, hur mittlinjen beräknas och mätningens fysik kan i hög grad påverka den beräknade parametern. På modern digital utrustning kan skanningar utvärderas för att säkerställa att det inte finns några uppenbara fel som förvränger värden.
Funktioner för parametrar och mått
Eftersom det kanske inte är uppenbart för många användare vad varje mätning faktiskt betyder, låter modellverktyget användaren justera nyckelparametrar, vilket gör att ytor som skiljer sig tydligt från det mänskliga ögat skiljer sig åt i mått. Vissa parametrar kan till exempel inte skilja mellan två ytor, där den ena består av toppar och den andra består av dalar med samma amplitud.
I enlighet med konventionen är varje 2D-grovhetsparameter en versal R följt av ytterligare tecken i en nedsänkt skrift. Nedsänkningen anger formeln som användes, ochR betyder att formeln har tillämpats på en 2D-råhetsprofil.
Olika versaler betyder att formeln har tillämpats på en annan profil. Till exempel är Ra det aritmetiska medelvärdet av grovhetsprofilen, Pa är det aritmetiska medelvärdet av den ofiltrerade råprofilen och Sa är det aritmetiska medelvärdet av 3D-råheten.
Amplitudinställningar
Amplitudparametrarna karakteriserar ytan baserat på vertikala avvikelser av grovhetsprofilen från mittlinjen. Till exempel kan det aritmetiska medelvärdet för den filtrerade grovhetsprofilen, bestämt från avvikelserna från centrumlinjen inom utvärderingslängden, relateras till intervallet av punkter som samlats in för den ojämnheten. Detta värde används ofta som en referens till ytjämnhet.
Aritmetisk medelgrovhet är den mest använda endimensionella parametern.
Forskning och observation
Matematiker Benoit Mandelbrot påpekade sambandet mellan ytråhet och fraktal dimension. Beskrivningen som representeras av en fraktal på nivån av mikrogrovhet kan göra det möjligt att kontrollera materialets egenskaper och typen av spånbildning. Men fraktaler kan inte ge en fullskalig representation av en typisk bearbetad yta som påverkas av verktygsmatningsmärken, de ignorerar skäreggsgeometri.
Litt mer om mätning
Ytjämnhetsparametrarna definieras i ISO 25178-serien.värden: Sa, Sq, Sz… Många optiska mätinstrument kan mäta ytjämnhet per område. Ytmätningar är också möjliga med kontaktsystem. Flera, tätt placerade 2D-skanningar tas från målområdet. De sys sedan ihop digit alt med lämplig programvara, vilket resulterar i en 3D-bild och motsvarande grovhetsparametrar.
Markyta
Jordytans ojämnhet (SSR) avser de vertikala förändringar som finns i markytans mikro- och makrotopografi, såväl som deras stokastiska fördelning. Det finns fyra olika SSR-klasser, som var och en representerar en karakteristisk vertikal längdskala:
- första klass inkluderar förändringar i mikrorelief från enskilda jordkorn till aggregat i storleksordningen 0,053–2,0 mm;
- andra klass består av variationer av jordklumpar från 2 till 100 mm;
- den tredje klassen av jordytor är systematiska höjdförändringar på grund av jordbearbetning, kallad orienterad grovhet (OS), som sträcker sig från 100 till 300 mm;
- fjärde klass inkluderar plan krökning eller topografiska egenskaper i makroskala.
De två första klasserna förklarar den så kallade mikrogrovheten, som har visat sig påverka händelsen och säsongsskalan i hög grad beroende på nederbörd respektive jordbearbetning. Mikrogrovhet bestäms oftastkvantifieras genom slumpmässig ojämnhet, som i huvudsak är standardavvikelsen för höjddata för skiktytan runt medelhöjden efter lutningskorrigering, med användning av ett plan med bästa passform och avlägsnande av jordbearbetningseffekter i individuella höjdavläsningar. Nederbördsexponering kan leda till försämring eller ökad mikrogrovhet, beroende på de ursprungliga förhållandena och markegenskaperna.
På ojämna markytor tenderar regnsprayens avbrytande verkan att jämna ut kanterna på jordytans ojämnhet, vilket resulterar i en total minskning av RR. En nyligen genomförd studie som undersökte släta jordytors reaktion på nederbörd visade dock att RR kan öka markant vid små initiala mikrogrovhetsskalor i storleksordningen 0-5 mm. Det har också visat sig att ökningen eller minskningen är konsekvent över olika SSR-poäng.
Mekanik
Ytstruktur spelar en nyckelroll för att kontrollera kontaktmekaniken, det vill säga det mekaniska beteendet som uppstår i gränssnittet mellan två solida föremål när de närmar sig varandra och går från icke-kontakt till full kontakt. I synnerhet bestäms normal kontaktstyvhet till övervägande del av grovhetsstrukturer (ytlutning och fraktalitet) och materialegenskaper.
Ur ett tekniskt ytperspektiv anses grovhet vara skadlig för detaljens prestanda. Som en konsekvens sätter de flesta produktionstryck en övre gränsgrovhet, men inte botten. Undantaget är cylinderhål där olja hålls kvar i ytprofilen och minsta ytjämnhet (Rz) krävs.
Struktur och fraktalitet
En ytas struktur är ofta nära relaterad till dess friktions- och slitstarka egenskaper. En yta med en högre fraktal dimension, ett stort värde eller ett positivt värde har vanligtvis något högre friktion och slits snabbt ut. Topparna i grovhetsprofilen är inte alltid beröringspunkter. Form och vågighet (det vill säga både amplitud och frekvens) måste också beaktas, särskilt vid bearbetning av ytjämnhet.
