Độ nhám bề mặt – Wikipedia

Biểu tượng cơ bản của độ nhám bề mặt

Kính hiển vi ba chiều kỹ thuật số đo độ nhám của khớp giả

Độ nhám bề mặt thường được rút ngắn thành độ nhám là một thành phần của kết cấu bề mặt. Nó được định lượng bằng độ lệch theo hướng của vectơ bình thường của một bề mặt thực so với dạng lý tưởng của nó. Nếu những sai lệch này lớn, bề mặt gồ ghề; nếu chúng nhỏ, bề mặt mịn. Trong đo lường bề mặt, độ nhám thường được coi là thành phần bước sóng ngắn, tần số cao của bề mặt đo. Tuy nhiên, trong thực tế thường cần phải biết cả biên độ và tần số để đảm bảo rằng một bề mặt phù hợp với mục đích.

Độ nhám đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cách thức một vật thể thực sự sẽ tương tác với môi trường của nó. Trong bộ lạc, bề mặt gồ ghề thường 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 thành phần cơ học, vì các bất thường trên bề mặt 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 bám dính. Nói chung, thay vì các mô tả cụ thể theo tỷ lệ, các mô tả quy mô chéo như độ gãy bề mặt cung cấp các dự đoán có ý nghĩa hơn về các tương tác cơ học ở các bề mặt bao gồm độ cứng tiếp xúc ^[1] và ma sát tĩnh. ^[2] giá trị độ nhám cao thường không mong muốn, nó có thể khó kiểm soát và tốn kém trong sản xuất. Ví dụ, rất khó khăn và tốn kém để kiểm soát độ nhám bề mặt của các bộ phận sản xuất mô hình lắng đọng (FDM). ^[3] Giảm độ nhám của bề mặt thường làm tăng chi phí sản xuất. Điều này thường dẫn đến sự đánh đổi giữa chi phí sản xuất của một bộ phận và hiệu suất của nó trong ứng dụng. . Chúng có thể là loại tiếp xúc (thường là bút kim cương) hoặc quang học (ví dụ: một giao thoa kế ánh sáng trắng hoặc kính hiển vi đồng tiêu quét laser).

Tuy nhiên, độ nhám có kiểm soát thường có thể được mong muốn. Ví dụ, một bề mặt bóng có thể quá bóng đối với mắt và quá trơn đối với ngón tay (bàn di chuột là một ví dụ điển hình) vì vậy cần có độ nhám được kiểm soát. Đây là một trường hợp mà cả biên độ và tần số đều rất quan trọng.

Thông số [ chỉnh sửa ]

Giá trị độ nhám có thể được tính trên một hồ sơ (đường) hoặc trên một bề mặt (khu vực). Tham số độ nhám hồ sơ (Ra, Rq, …) là phổ biến hơn. Các tham số độ nhám của khu vực (Sa, Sq, …) cho các giá trị quan trọng hơn.

Thông số độ nhám của hồ sơ [ chỉnh sửa ]

Mỗi tham số độ nhám được tính bằng công thức mô tả bề mặt. Các tham chiếu tiêu chuẩn mô tả từng chi tiết là Bề mặt và Đo lường của chúng. ^[4]

Các thông số độ nhám của hồ sơ được bao gồm trong tiêu chuẩn BS EN ISO 4287: 2000 của Anh, giống hệt với tiêu chuẩn ISO 4287: 1997. ] Tiêu chuẩn dựa trên hệ thống ″ M ″ (đường trung bình).

Có nhiều thông số độ nhám khác nhau được sử dụng, nhưng

{displaystyle Ra}

$Ra$ là phổ biến nhất, mặc dù điều này thường là vì lý do lịch sử và không có giá trị cụ thể, vì các máy đo độ nhám ban đầu chỉ có thể đo được

{ displaystyle Ra}

$Ra$ . Các thông số phổ biến khác bao gồm

{ displaystyle Rz}

${ displaystyle Rz}$

displaystyle Rq}

${ displaystyle Rq}$ và

{ displaystyle Rsk}

${ displaystyle Rsk} ]. Một số thông số chỉ được sử dụng trong một số ngành công nghiệp hoặc trong một số quốc gia nhất định. Ví dụ: <span class=$

{ displaystyle Rk}

${ displaystyle Rk}$ họ tham số được sử dụng chủ yếu cho lớp lót xi lanh và Các tham số Motif được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp ô tô của Pháp. ^[6] Phương pháp MOTIF cung cấp đánh giá đồ họa của cấu hình bề mặt mà không lọc độ nhám khỏi độ nhám. Một mô-đun bao gồm một phần của cấu hình giữa hai đỉnh và sự kết hợp cuối cùng của các họa tiết này loại bỏ ″ đỉnh không đáng kể và giữ lại đáng kể ″. Xin lưu ý rằng

{displaystyle Ra}

$Ra$ là một đơn vị kích thước có thể là micromet hoặc microinch.

Vì các tham số này làm giảm tất cả thông tin trong một cấu hình thành một số duy nhất, cần phải hết sức cẩn thận khi áp dụng và giải thích chúng. Những thay đổi nhỏ trong cách lọc dữ liệu cấu hình thô, cách tính đường trung bình và tính chất vật lý của phép đo có thể ảnh hưởng lớn đến tham số được tính toán. Với 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 lệch các giá trị.

Vì nhiều người dùng không biết rõ từng phép đo thực sự có ý nghĩa gì, một công cụ mô phỏng cho phép người dùng điều chỉnh các thông số chính, hình dung các bề mặt khác biệt với mắt người được phân biệt bằng các phép đo. Ví dụ:

{displaystyle Ra}

$Ra$ không phân biệt được hai bề mặt trong đó một bề mặt được tạo thành từ các đỉnh trên một bề mặt nhẵn và mặt kia được tạo thành từ các máng có cùng biên độ. Các công cụ như vậy có thể được tìm thấy ở định dạng ứng dụng. [7]

Theo quy ước, mọi tham số độ nhám 2D là chữ R theo sau là các ký tự bổ sung trong chỉ mục. Bảng con xác định công thức đã được sử dụng và R có nghĩa là công thức được áp dụng cho cấu hình độ nhám 2D. Chữ in hoa khác nhau ngụ ý rằng công thức đã được áp dụng cho một hồ sơ khác nhau. Ví dụ: Ra là trung bình số học của cấu hình độ nhám, Pa là trung bình số học của cấu hình thô chưa được lọc và Sa là trung bình số học của độ nhám 3D.

Mỗi công thức được liệt kê trong các bảng đều cho rằng cấu hình độ nhám đã được lọc từ dữ liệu cấu hình thô và đường trung bình đã được tính toán. Cấu hình độ nhám có chứa

{ displaystyle n}

$n$ được đặt hàng, các điểm cách đều nhau dọc theo dấu vết, và

{ displaystyle y_ {i}}

$y_ {i}$ là khoảng cách theo chiều dọc từ đường trung bình đến

{ displaystyle i ^ { text {th}}} [19659078] i ^ {{ text {th}}} “/> điểm dữ liệu. Chiều cao được giả định là dương theo hướng lên, cách xa vật liệu khối.

Thông số biên độ [ chỉnh sửa ]

Thông số biên độ đặc trưng cho bề mặt dựa trên độ lệch dọc của cấu hình độ nhám so với đường trung bình. Nhiều trong số chúng có liên quan chặt chẽ với các tham số được tìm thấy trong các số liệu thống kê để mô tả các mẫu dân số. Ví dụ:

{displaystyle Ra}

$Ra$ là giá trị trung bình số học của hồ sơ độ nhám được lọc được xác định từ độ lệch về đường trung tâm trong độ dài đánh giá và

{displaystyle Rt}

${ displaystyle Rt}$ là phạm vi của các điểm dữ liệu độ nhám được thu thập.

Độ nhám trung bình số học,

{ displaystyle Ra}

$Ra$ là thông số độ nhám một chiều được sử dụng rộng rãi nhất.

Tham số	Mô tả	Công thức
Ra, ^[8] Raa, Ryni	Độ lệch trung bình cộng của hồ sơ được đánh giá	${ displaystyle Ra = { frac {1} {n}} sum _ {i = 1} ^ {n} left \| y_ {i} right \|}$
Rq, Rms ^[8]	Root có nghĩa là bình phương	${ displaystyle Rq = { sqrt {{ frac {1} {n}} sum _ {i = 1} ^ {n} y_ {i} ^ {2}}}}$
Rv	Độ sâu thung lũng tối đa	${displaystyle Rv=min _{i}y_{i}}$
Rp	Chiều cao cực đại tối đa	${displaystyle Rp=max _{i}y_{i}}$
Rt, Ry	Chiều cao tối đa của hồ sơ	${ displaystyle Rt = Rp-Rv}$
Rsk	Skewness	${ displaystyle Rsk = {1} {nRq ^ {3}}} sum _ {i = 1} ^ {n} y_ {i} ^ {3}}$
Rku	Kurtosis	${ displaystyle Rku = {1} {nRq ^ {4}}} sum _ {i = 1} ^ {n} y_ {i} ^ {4}}$
RzDIN, Rtm	Khoảng cách trung bình giữa đỉnh cao nhất và thung lũng thấp nhất trong mỗi chiều dài lấy mẫu, Biểu tượng kết cấu bề mặt ASME Y14.36M – 1996	${ displaystyle RzDIN = { frac s}} sum _ {i = 1} ^ {s} Rt_ {i}}$
RzJIS	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản cho ${ displaystyle Rz}$	${ text {zJIS}} = { frac {1} {5}} sum _ {i = 1} ^ {5} Rp_ {i} -Rv_ {i}}$

Đây là bảng chuyển đổi phổ biến với các số cấp độ nhám:

Sự gồ ghề, N	Giá trị độ nhám, Ra		RMS	Đường trung tâm avg. CLA	Roughnes, Rt
Số lớp ISO	micromet (Chế độ)	microinches (Ngày hội.)	RMS	(Từin.)	(Từ)
N12	50	2000	2200	2000	200
N11	25	1000	1100	1000	100
N10	12,5	500	550	500	50
N9	6.3	250	275	250	25
N8	3.2	125	137,5	125	13
N7	1.6	63	69.3	63	8
N6	0,8	32	35.2	32	4
N5	0,4	16	17.6	16	2
N4	0,2	8	8,8	8	1.2
N3	0,1	4	4.4	4	0,8
N2	0,05	2	2.2	2	0,5
N1	0,025	1	1.1	1	0,3

Các tham số độ dốc, khoảng cách và đếm [ chỉnh sửa ]

Thông số độ dốc mô tả các đặc điểm của độ dốc của mặt cắt nhám. Các tham số khoảng cách và đếm mô tả tần suất hồ sơ vượt qua các ngưỡng nhất định. Các tham số này thường được sử dụng để mô tả các cấu hình độ nhám lặp đi lặp lại, chẳng hạn như các cấu hình được tạo ra bằng cách bật máy tiện.

Các tham số "tần số" khác là S _m

{ displaystyle lambda}

$lambda$ và

{ displaystyle lambda}

$lambda$ _q. S _m là khoảng cách trung bình giữa các đỉnh. Cũng giống như với những ngọn núi thực sự, điều quan trọng là xác định một "đỉnh". Đối với S _m bề mặt phải được nhúng xuống dưới bề mặt trung bình trước khi tăng trở lại một đỉnh mới. Bước sóng trung bình

{ displaystyle lambda}

$lambda$ _a và bước sóng vuông có nghĩa là { displaystyle lambda}

$lambda$ _q có nguồn gốc từ

{ displaystyle 19659404] Delta “/>

_a. Khi cố gắng hiểu một bề mặt phụ thuộc vào cả biên độ và tần số, không rõ ràng cặp số liệu nào mô tả tối ưu sự cân bằng, do đó, có thể thực hiện phân tích thống kê các cặp số đo (ví dụ: R _z và [19659386] λ { displaystyle lambda}

$lambda$ _a hoặc R _a và Sm) để tìm mối tương quan mạnh nhất .

Chuyển đổi phổ biến:

Các tham số đường cong tỷ số vòng bi [ chỉnh sửa ]

Các tham số này dựa trên đường cong tỷ lệ vòng bi (còn được gọi là đường cong Abbott-Firestone.) Điều này bao gồm họ Rk các tham số.

Phác thảo mô tả các bề mặt có độ lệch âm và dương. Dấu vết gồ ghề nằm ở bên trái, đường cong phân bố biên độ ở giữa và đường cong khu vực chịu lực (đường cong Abbott-Firestone) ở bên phải.

Lý thuyết Fractal [ chỉnh sửa ]

Nhà toán học Benoît Mandelbrot đã chỉ ra mối liên hệ giữa độ nhám bề mặt và kích thước fractal. ^[9] Mô tả được cung cấp bởi một fractal ở cấp độ microroughness có thể cho phép kiểm soát các tính chất vật liệu và loại hình của chip xảy ra. Nhưng fractals không thể cung cấp một đại diện quy mô đầy đủ của một bề mặt gia công điển hình bị ảnh hưởng bởi các dấu cấp liệu công cụ, nó bỏ qua hình dạng của cạnh cắt. (J. Paulo Davim, 2010, op.cit .).

Thông số độ nhám của Areal [ chỉnh sửa ]

Thông số độ nhám của Areal được xác định trong loạt ISO 25178. Các giá trị kết quả là Sa, Sq, Sz, … Nhiều dụng cụ đo quang có thể đo độ nhám bề mặt trên một khu vực. Đo diện tích cũng có thể với các hệ thống đo tiếp xúc. Nhiều lần quét 2D cách đều nhau được thực hiện trong khu vực mục tiêu. Sau đó chúng được ghép kỹ thuật số với nhau bằng phần mềm có liên quan, dẫn đến hình ảnh 3D và các thông số độ nhám khu vực đi kèm.

Độ nhám bề mặt đất [ chỉnh sửa ]

Độ nhám bề mặt đất (SSR) cũng đề cập đến các biến đổi dọc có trong vi mô và vĩ mô của bề mặt đất, cũng như phân phối ngẫu nhiên của họ. Có bốn lớp SSR riêng biệt, mỗi lớp đại diện cho một tỷ lệ chiều dài dọc đặc trưng; lớp thứ nhất bao gồm các biến thể vi mô từ các hạt đất riêng lẻ đến các cốt liệu theo thứ tự 0,053 muối2.0 mm; lớp thứ hai bao gồm các biến thể do các cục đất nằm trong khoảng từ 2 đến 100 mm; lớp thứ ba của độ nhám bề mặt đất là chênh lệch độ cao có hệ thống do làm đất, được gọi là độ nhám định hướng (OR), nằm trong khoảng từ 100 đến 300 mm; lớp thứ tư bao gồm độ cong phẳng, hoặc các đặc điểm địa hình quy mô vĩ mô ^[10].

Hai lớp đầu tiên chiếm phần gọi là microroughness, được chứng minh là chịu ảnh hưởng lớn đến một sự kiện và thời gian theo mùa tương ứng bởi lượng mưa và làm đất. Microroughness thường được định lượng bằng phương pháp Độ nhám ngẫu nhiên, về cơ bản là độ lệch chuẩn của dữ liệu độ cao bề mặt giường xung quanh độ cao trung bình, sau khi hiệu chỉnh độ dốc bằng cách sử dụng mặt phẳng phù hợp nhất và loại bỏ các hiệu ứng làm đất trong chỉ số chiều cao riêng lẻ. [19659427] Tác động của lượng mưa có thể dẫn đến sự phân rã hoặc gia tăng độ vi mô, tùy thuộc vào điều kiện vi mô ban đầu và tính chất của đất. ^[12] Trên bề mặt đất gồ ghề, tác động của sự bong tróc của mưa giảm tổng thể RR. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây đã kiểm tra phản ứng của bề mặt đất mịn đối với lượng mưa cho thấy RR có thể tăng đáng kể đối với thang đo chiều dài vi mô ban đầu thấp theo thứ tự 0 – 5 mm. Nó cũng cho thấy rằng việc tăng hay giảm là phù hợp giữa các chỉ số SSR khác nhau ^[13].

Hiệu ứng thực tế [ chỉnh sửa ]

Cấu trúc bề mặt đóng vai trò chính trong việc điều khiển cơ học tiếp xúc, ^[1] có nghĩa là hành vi cơ học thể hiện ở giao diện giữa hai vật thể rắn như họ tiếp cận nhau và chuyển từ điều kiện không tiếp xúc sang tiếp xúc hoàn toàn. Cụ thể, độ cứng tiếp xúc thông thường bị chi phối chủ yếu bởi các cấu trúc cường độ (độ nhám, độ dốc bề mặt và độ gãy) và tính chất vật liệu.

Về mặt bề mặt kỹ thuật, độ nhám được coi là bất lợi cho hiệu suất bộ phận. Kết quả là, hầu hết các bản in sản xuất thiết lập một giới hạn trên về độ nhám, nhưng không phải là giới hạn thấp hơn. Một ngoại lệ là trong các lỗ xylanh nơi dầu được giữ lại trong cấu hình bề mặt và cần có độ nhám tối thiểu. ^[14]

Cấu trúc bề mặt thường liên quan chặt chẽ đến tính chất ma sát và mài mòn của bề mặt. [19659436] Một bề mặt có kích thước fractal cao hơn, lớn

{ displaystyle Ra}

$Ra$ hoặc giá trị dương

{ displaystyle Rsk}

${ displaystyle Rsk}$ thường sẽ có ma sát cao hơn và hao mòn nhanh chóng. Các đỉnh trong hồ sơ độ nhám không phải lúc nào cũng là điểm tiếp xúc. Hình thức và độ chụm (tức là cả biên độ và tần số) cũng phải được xem xét.

Xem thêm [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

^ ^{a ^b} Zhai, C.; Gan, Y.; Hanaor, Đ.; Tự hào, G.; Đào tạo lại, D. (2016). "Vai trò của cấu trúc bề mặt trong độ cứng tiếp xúc thông thường" (PDF) . Cơ học thực nghiệm . 56 (3): 359 trục368. doi: 10.1007 / s11340-015-0107-0.
^ ^a ^b Hanaor, D.; Gan, Y.; Einav, I. (2016). "Ma sát tĩnh tại các giao diện fractal". Tribology International . 93 : 229 Từ238.
^ http: // man producuringscience.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=2475087
^ [1965946] David (2012). Bề mặt và phép đo của chúng . Boston: Butterworth-Heinemann. Sê-ri 980-0080972015.

^ BS EN ISO 4287: 2000, Đặc điểm kỹ thuật sản phẩm hình học (GPS). Kết cấu bề mặt. Phương pháp hồ sơ. Các thuật ngữ, định nghĩa và các tham số kết cấu bề mặt

^ Dietzsch M., Papenfluss K., Hartmann, T. Phương pháp MOTIF (ISO 12085: 1996) – Một mô tả phù hợp cho chức năng, công nghiệp và yêu cầu đo lường Tạp chí quốc tế về máy công cụ và sản xuất, 1998, 38, số 5-6, trang 625-632

^ Abbott, Steven. "SPE (Explorer hồ sơ bề mặt)". AbbottApps . Steven Abbott TCNF Ltd . Truy cập ngày 13 tháng 1, 2014 .

^ ^a ^b ^d Degarmo, E. Paul; Đen, J.; Kohser, Ronald A. (2003), Vật liệu và quy trình trong sản xuất (biên soạn lần thứ 9), Wiley, tr. 223, ISBN 0-471-65653-4.
^ Den Outer, A.; Kaashoek, J.F.; Hack, H.R.G.K. (1995). "Khó khăn trong việc sử dụng lý thuyết fractal liên tục cho các bề mặt gián đoạn". Tạp chí quốc tế về cơ học đá và khoa học khai thác và cơ học địa chất . 32 (1): 3 Chân9. doi: 10.1016 / 0148-9062 (94) 00025-X.
^ Römkens, M.J.M; Giúp đỡ, K; Prasad, S.N. "Xói mòn đất dưới cường độ mưa khác nhau, độ nhám bề mặt và chế độ nước trong đất". CATENA . 46 (2 Lịch3): 103 Từ123. doi: 10.1016 / s0341-8162 (01) 00161-8.
^ Allmaras, R. R. (1966). Tổng độ xốp và độ nhám ngẫu nhiên của Vùng xen kẽ khi bị ảnh hưởng bởi Tillage . Dịch vụ nghiên cứu nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ.
^ K. N Potter; Potter, K. N. (1990). "TÍNH CHẤT CỦA SOIL HIỆU QUẢ TRÊN RANDOM ROUGHNESS KHAI THÁC B RANG RAINFALL". Giao dịch của ASAE . 33 (6): 1889 Từ1892. doi: 10.13031 / 2013.31554.
^ Abban, B. K. B.; Papanicolaou, AN (.; Giannopoulos, CP; Dermisis, DC; Wacha, KM; Wilson, CG; Elhakeem, M. (2017-09-28). "Định lượng sự thay đổi của vi hạt bề mặt đất do tác động của mưa trên bề mặt nhẵn ". Nonlin. Quá trình Geophys . 24 (3): 569 ,579. Doi: 10.5194 / npg-24-569-2017. ISSN 1607-7946.
19659461] http://www.enginebuildermag.com/2000/09/cylinder-bore-surface-finishes/ Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ]

Hướng dẫn đo lường bề mặt [1965949] Thuật ngữ độ nhám

Mô tả Ra và Rz

Roughness (Hoàn thiện) Đánh giá và phương trình

SPE (Explorer hồ sơ bề mặt)

Enache, Ştefănuţă, La Qualité des bề mặt .Dunod, Paris, 1972, 343 tr.

Husu, AP, Vitenberg, Iu., R., Palmov, VA, Sherohovatost poverhnostei (Teoretiko-veroiatnostnii podhod) (Dịch: Độ nhám bề mặt (lý thuyết bề mặt) proach)), Izdatelstvo "Nauka", Moskva, 1975, 342 tr.

Davim, J. Paulo, Surface Integrity in Machining, Springer-Verlag London Limited 2010, ISBN 980-1-84882-873-5

Whitehouse, D. Sổ tay đo lường bề mặt, Viện vật lý xuất bản cho xếp hạng Taylor-Hobson Co., Bristol 1996

Sức mạnh của vật liệu RS.kurmi

Posted in Là gìTagged Là gì