Độ nhám bề mặt là một thông số vật liệu đặc biệt. Tên này thường được rút ngắn chỉ độ nhám và là một thành phần của kết cấu bề mặt. Nó được xác định về mặt định lượng bởi độ lệch hướng của vectơ bề mặt thực so với hình dạng lý tưởng của nó. Nếu những sai lệch này lớn, bề mặt gồ ghề; nếu chúng nhỏ, bề mặt nhẵn. Trong phép đo bề mặt, độ nhám thường được coi là thành phần tần số cao, bước sóng ngắn của bề mặt được đo. Tuy nhiên, trong thực tế thường cần phải biết cả biên độ và tần số để đảm bảo rằng bề mặt phù hợp cho một mục đích cụ thể. Độ nhám bề mặt là một thông số thiết kế rất quan trọng.
Vai trò và Ý nghĩa
Độ nhám đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định cách một vật thể thực sẽ tương tác với môi trường của nó. Trong cốngBề mặt nhám thường mài mòn nhanh hơn và có hệ số ma sát cao hơn bề mặt nhẵn. Độ nhám thường là một yếu tố dự báo tốt về hiệu suất của một bộ phận cơ học, vì bề mặt không đều có thể hình thành các vị trí tạo mầm cho các vết nứt hoặc ăn mòn. Mặt khác, độ nhám có thể thúc đẩy sự kết dính. Nói chung, thay vì các bộ mô tả tỷ lệ, các bộ mô tả tỷ lệ chéo như độ đứt gãy bề mặt cung cấp các dự đoán có ý nghĩa hơn về các tương tác cơ học trên các bề mặt, bao gồm độ cứng tiếp xúc và ma sát tĩnh. Độ nhám bề mặt là một thông số khá phức tạp, bạn có thể tham khảo chi tiết bên dưới.
Giá trị cao và thấp
Mặc dù giá trị độ nhám cao thường không được mong muốn nhưng việc kiểm soát trong quá trình sản xuất có thể khó khăn và tốn kém. Ví dụ, rất khó và tốn kém để kiểm soát độ nhám bề mặt của các bộ phận FDM. Giảm các tỷ lệ này thường làm tăng chi phí sản xuất. Điều này thường dẫn đến sự đánh đổi giữa chi phí sản xuất một thành phần và hiệu quả của nó trong ứng dụng.
Phương pháp đo
Chỉ số này có thể được đo bằng cách so sánh thủ công với "máy so sánh độ nhám" (một mẫu đo độ nhám bề mặt đã biết), nhưng nhìn chung, phép đo biên dạng bề mặt được thực hiện bằng máy đo độ nhám. Chúng có thể thuộc loại tiếp xúc (thường là bút kim cương) hoặc quang học (ví dụ:giao thoa kế ánh sáng trắng hoặc kính hiển vi tiêu điểm quét laze).
Tuy nhiên, độ nhám được kiểm soát thường có thể mong muốn. Ví dụ: bề mặt bóng có thể quá sáng bóng đối với mắt và quá trơn đối với ngón tay (ví dụ điển hình là bàn di chuột), vì vậy cần phải có hiệu suất được kiểm soát. Độ nhám bề mặt là nơi biên độ và tần số rất quan trọng.
Giá trị của nó có thể được tính từ biên dạng (đường) hoặc từ bề mặt (diện tích). Thông số độ nhám biên dạng (Ra, Rq,…) phổ biến hơn. Các thông số về độ nhám của khu vực (Sa, Sq,…) cung cấp các định nghĩa có ý nghĩa hơn.
Thông số
Mỗi thông số về độ nhám được tính bằng công thức mô tả bề mặt. Các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn mô tả chi tiết từng bề mặt và các phép đo của chúng. Độ nhám bề mặt là một đặc điểm.
Các thông số về độ nhám của mặt cắt được bao gồm trong tiêu chuẩn BS EN ISO 4287: 2000 của Anh (và trên toàn thế giới), tiêu chuẩn này giống với ISO 4287: 1997. Tiêu chuẩn này dựa trên hệ thống ″ M ″ (Đường giữa).
Có nhiều thông số độ nhám khác nhau, nhưng trên đây là những thông số phổ biến nhất, mặc dù việc tiêu chuẩn hóa thường xảy ra vì lý do lịch sử hơn là vì lý do. Độ nhám bề mặt là tập hợp các điểm bất thường.
Một số thông số chỉ được sử dụng trong một số ngành công nghiệp hoặc ở một số quốc gia nhất định. Ví dụ, thông số MOTIF chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô của Pháp. Phương pháp MOTIFcung cấp một đánh giá đồ họa về cấu hình bề mặt mà không lọc ra độ xấu từ độ nhám. MOTIF bao gồm phần biên dạng giữa hai đỉnh, và các kết hợp cuối cùng loại bỏ các đỉnh "nhỏ" và giữ lại các đỉnh "có ý nghĩa". Độ nhám bề mặt trong bản vẽ là sự hiện diện của các vết lồi được in và đo cẩn thận trên đó.
Bởi vì các thông số này giảm tất cả thông tin hồ sơ thành một số duy nhất, nên phải cẩn thận khi áp dụng và giải thích chúng. Những thay đổi nhỏ về cách lọc dữ liệu cấu hình thô, cách tính đường trung bình và vật lý của phép đo có thể ảnh hưởng lớn đến thông số được tính toán. Trên thiết bị kỹ thuật số hiện đại, quá trình quét có thể được đánh giá để đảm bảo không có trục trặc rõ ràng nào làm sai lệch giá trị.
Tính năng của các thông số và phép đo
Bởi vì nhiều người dùng có thể không rõ ý nghĩa thực sự của mỗi phép đo, công cụ mô hình hóa cho phép người dùng điều chỉnh các thông số chính, hiển thị các bề mặt khác biệt với mắt người, khác về phép đo. Ví dụ: một số thông số không thể phân biệt giữa hai bề mặt, trong đó một bề mặt bao gồm các đỉnh và bề mặt kia bao gồm các đáy với cùng biên độ.
Theo quy ước, mỗi tham số độ nhám 2D là một chữ hoa R, theo sau là các ký tự bổ sung trong một chỉ số con. Chỉ số con chỉ định công thức đã được sử dụng vàR có nghĩa là công thức đã được áp dụng cho cấu hình độ nhám 2D.
Viết hoa khác nhau có nghĩa là công thức đã được áp dụng cho một cấu hình khác. Ví dụ: Ra là giá trị trung bình cộng của mặt cắt nhám, Pa là giá trị trung bình cộng của mặt cắt thô chưa lọc và Sa là giá trị trung bình cộng của độ nhám 3D.
Cài đặt biên độ
Các thông số biên độ đặc trưng cho bề mặt dựa trên độ lệch dọc của biên dạng nhám so với đường giữa. Ví dụ, giá trị trung bình số học của biên dạng độ nhám đã lọc, được xác định từ độ lệch so với đường tâm trong chiều dài đánh giá, có thể liên quan đến phạm vi điểm thu thập được cho độ nhám đó. Giá trị này thường được sử dụng để tham chiếu đến độ nhám bề mặt.
Độ nhám trung bình số học là thông số một chiều được sử dụng rộng rãi nhất.
Nghiên cứu và quan sát
Nhà toán học Benoit Mandelbrot đã chỉ ra mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và kích thước fractal. Mô tả được thể hiện bằng một fractal ở cấp độ vi kỹ có thể giúp kiểm soát các đặc tính của vật liệu và kiểu hình thành phoi. Nhưng Fractal không thể cung cấp sự thể hiện tỷ lệ đầy đủ của một bề mặt được gia công điển hình bị ảnh hưởng bởi các vết ăn dao, chúng bỏ qua hình học cạnh cắt.
Thêm một chút về đo lường
Các thông số về độ nhám bề mặt được xác định trong bộ tiêu chuẩn ISO 25178.giá trị: Sa, Sq, Sz… Nhiều dụng cụ đo quang học có khả năng đo độ nhám bề mặt theo diện tích. Các phép đo diện tích cũng có thể được thực hiện với các hệ thống liên lạc. Nhiều lần quét 2D, khoảng cách gần nhau được thực hiện từ khu vực mục tiêu. Sau đó, chúng được ghép kỹ thuật số với nhau bằng phần mềm thích hợp, tạo ra hình ảnh 3D và các thông số độ nhám tương ứng.
Bề mặt đất
Độ nhám bề mặt đất (SSR) đề cập đến những thay đổi theo phương thẳng đứng hiện diện trong địa hình vi mô và vĩ mô của bề mặt đất, cũng như sự phân bố ngẫu nhiên của chúng. Có bốn lớp SSR khác nhau, mỗi lớp đại diện cho một tỷ lệ chiều dài theo chiều dọc đặc trưng:
- lớp đầu tiên bao gồm những thay đổi trong dải đất siêu nhỏ từ các hạt đất riêng lẻ thành các tập hợp có kích thước 0,053–2,0 mm;
- lớp thứ hai bao gồm các biến thể của các cục đất từ 2 đến 100 mm;
- cấp độ nhám bề mặt đất thứ ba là sự thay đổi độ cao có hệ thống do làm đất, được gọi là độ nhám có định hướng (OS), nằm trong khoảng từ 100 đến 300 mm;
- lớp thứ tư bao gồm các tính năng địa hình cong phẳng hoặc macro.
Hai lớp đầu tiên giải thích cái gọi là độ nhám vi mô, đã được chứng minh là có ảnh hưởng lớn đến sự kiện và quy mô mùa tùy thuộc vào lượng mưa và đất canh tác, tương ứng. Mức độ vi mô thường được xác định nhiều nhấtđược định lượng bằng độ nhám ngẫu nhiên, về cơ bản là độ lệch chuẩn của dữ liệu độ cao bề mặt lớp xung quanh độ cao trung bình sau khi hiệu chỉnh độ dốc, sử dụng một mặt phẳng phù hợp nhất và loại bỏ các hiệu ứng đất trong các lần đọc độ cao riêng lẻ. Tiếp xúc với lượng mưa có thể dẫn đến suy giảm hoặc tăng độ nhám vi mô, tùy thuộc vào điều kiện ban đầu và tính chất của đất.
Trên bề mặt đất gồ ghề, hoạt động đột ngột của phun mưa có xu hướng làm phẳng các cạnh gồ ghề của bề mặt đất, dẫn đến giảm RR tổng thể. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây đã kiểm tra phản ứng của bề mặt đất nhẵn với lượng mưa cho thấy RR có thể tăng đáng kể ở các thang độ vi kỹ ban đầu nhỏ từ 0-5 mm. Nó cũng đã được chứng minh rằng việc tăng hoặc giảm là nhất quán trên các điểm SSR khác nhau.
Cơ học
Cấu trúc bề mặt đóng một vai trò quan trọng trong việc điều khiển cơ học tiếp xúc, tức là hành vi cơ học xảy ra tại mặt phân cách giữa hai vật thể rắn khi chúng tiến lại gần nhau và chuyển từ trạng thái không tiếp xúc sang tiếp xúc hoàn toàn. Đặc biệt, độ cứng tiếp xúc thông thường được xác định chủ yếu bởi cấu trúc độ nhám (độ dốc bề mặt và độ đứt gãy) và các đặc tính của vật liệu.
Từ góc độ bề mặt kỹ thuật, độ nhám được coi là bất lợi cho hiệu suất của bộ phận. Do đó, hầu hết các bản in sản xuất đều đặt giới hạn trênđộ nhám, nhưng không phải là đáy. Ngoại lệ là các lỗ khoan hình trụ nơi dầu được giữ lại trong bề mặt và độ nhám bề mặt tối thiểu (Rz) là bắt buộc.
Cấu trúc và phân tầng
Cấu trúc của bề mặt thường liên quan chặt chẽ đến các đặc tính chịu ma sát và chống mài mòn của nó. Bề mặt có kích thước đứt gãy cao hơn, giá trị lớn hoặc giá trị dương thường sẽ có ma sát cao hơn một chút và sẽ bị mài mòn nhanh chóng. Các đỉnh trong biên dạng nhám không phải lúc nào cũng là điểm tiếp xúc. Hình dạng và độ dẻo (nghĩa là cả biên độ và tần số) cũng phải được xem xét, đặc biệt là khi xử lý độ nhám bề mặt.
