La rugositat superficial és un paràmetre especial del material. Aquest nom sovint s'escurça a només rugositat i és un component de la textura superficial. Es determina quantitativament per les desviacions de la direcció del vector de superfície real de la seva forma ideal. Si aquestes desviacions són grans, la superfície és rugosa; si són petites, la superfície és llisa. En metrologia de superfícies, la rugositat es considera normalment el component d' alta freqüència i longitud d'ona curta de la superfície que es mesura. Tanmateix, a la pràctica sovint és necessari conèixer tant l'amplitud com la freqüència per assegurar-se que una superfície és adequada per a un propòsit particular. La rugositat de la superfície és un paràmetre de disseny molt important.
Rol i significat
La rugositat té un paper important a l'hora de determinar com interactuarà un objecte real amb el seu entorn. En tribologiaLes superfícies rugoses generalment es desgasten més ràpidament i tenen coeficients de fricció més alts que les superfícies llises. La rugositat és sovint un bon predictor del rendiment d'un component mecànic, ja que les irregularitats superficials poden formar llocs de nucleació per a esquerdes o corrosió. D' altra banda, la rugositat pot afavorir l'adhesió. En termes generals, en comptes dels descriptors d'escala, els descriptors d'escala creuada, com ara la fractalitat superficial, proporcionen prediccions més significatives de les interaccions mecàniques a les superfícies, inclosa la rigidesa de contacte i la fricció estàtica. La rugositat de la superfície és un paràmetre força complex, els detalls del qual es poden trobar a continuació.
Valors alts i baixos
Tot i que sovint no és desitjable un alt valor de rugositat, pot ser difícil i costós de controlar durant la fabricació. Per exemple, és difícil i costós controlar la rugositat superficial de les peces FDM. La reducció d'aquestes tarifes sol augmentar el cost de fabricació. Sovint, això comporta una compensació entre el cost de producció d'un component i la seva eficiència en l'aplicació.
Mètodes de mesura
L'índex es pot mesurar mitjançant una comparació manual amb un "comparador de rugositat" (una mostra de rugositat superficial coneguda), però de manera més general la mesura d'un perfil de superfície es fa amb perfilòmetres. Poden ser del tipus de contacte (normalment un llapis de diamant) o òptics (per exemple,interferòmetre de llum blanca o microscopi confocal d'exploració làser).
No obstant això, sovint pot ser desitjable una rugositat controlada. Per exemple, una superfície brillant pot ser massa brillant per als ulls i massa relliscosa per al dit (un bon exemple és el touchpad), de manera que cal un rendiment controlat. La rugositat de la superfície és on l'amplitud i la freqüència són molt importants.
El seu valor es pot calcular a partir del perfil (línia) o des de la superfície (àrea). El paràmetre de rugositat del perfil (Ra, Rq, …) és més comú. Els paràmetres de rugositat de l'àrea (Sa, Sq, …) donen definicions més significatives.
Paràmetres
Cada paràmetre de rugositat es calcula mitjançant la fórmula de descripció de la superfície. Les referències estàndard que descriuen cadascun d'ells amb detall són les superfícies i les seves mesures. La rugositat superficial és una característica.
Els paràmetres de rugositat del perfil s'inclouen a l'estàndard britànic (i mundial) BS EN ISO 4287: 2000, que és idèntic a ISO 4287: 1997. L'estàndard es basa en el sistema ″M″ (línia mitjana).
Hi ha molts paràmetres de rugositat diferents, però els anteriors són els més comuns, tot i que l'estandardització sovint es produeix per raons històriques més que per mèrits. La rugositat superficial és un conjunt d'irregularitats.
Alguns paràmetres només s'utilitzen en determinades indústries o en determinats països. Per exemple, els paràmetres MOTIF s'utilitzen principalment a la indústria de l'automòbil francesa. Mètode MOTIFproporciona una avaluació gràfica del perfil de la superfície sense filtrar l'ondulació de la rugositat. MOTIF consisteix en la porció del perfil entre dos pics, i les combinacions finals eliminen els pics "menors" i conserven els "significatius". La rugositat superficial d'un dibuix és la presència de protuberàncies impreses i mesurades amb cura.
Com que aquests paràmetres redueixen tota la informació del perfil a un sol número, cal tenir cura a l'hora d'aplicar-los i interpretar-los. Petits canvis en com es filtren les dades del perfil en brut, com es calcula la línia mitjana i la física de la mesura poden afectar molt el paràmetre calculat. Als equips digitals moderns, es poden avaluar les exploracions per assegurar-se que no hi ha errors evidents que obliguen els valors.
Característiques dels paràmetres i mesures
Com que pot ser que no sigui obvi per a molts usuaris el que significa realment cada mesura, l'eina de modelatge permet a l'usuari ajustar els paràmetres clau, fent que les superfícies que siguin clarament diferents de l'ull humà difereixen en mesures. Per exemple, alguns paràmetres no poden distingir entre dues superfícies, on una està formada per pics i l' altra està formada per abeuradors amb la mateixa amplitud.
Per convenció, cada paràmetre de rugositat 2D és una R majúscula seguida de caràcters addicionals en un subíndex. El subíndex especifica la fórmula que s'ha utilitzat iR significa que la fórmula s'ha aplicat a un perfil de rugositat 2D.
Les majúscules diferents significa que la fórmula s'ha aplicat a un perfil diferent. Per exemple, Ra és la mitjana aritmètica del perfil de rugositat, Pa és la mitjana aritmètica del perfil brut no filtrat i Sa és la mitjana aritmètica de la rugositat 3D.
Configuració d'amplitud
Els paràmetres d'amplitud caracteritzen la superfície en funció de les desviacions verticals del perfil de rugositat des de la línia mitjana. Per exemple, la mitjana aritmètica del perfil de rugositat filtrat, determinada a partir de les desviacions de la línia central dins de la longitud d'avaluació, es pot relacionar amb el rang de punts recollits per a aquesta rugositat. Aquest valor s'utilitza sovint com a referència a la rugositat de la superfície.
La rugositat mitjana aritmètica és el paràmetre unidimensional més utilitzat.
Recerca i observació
El matemàtic Benoit Mandelbrot va assenyalar la relació entre la rugositat de la superfície i la dimensió fractal. La descripció representada per un fractal a nivell de microrugositat pot permetre controlar les propietats del material i el tipus de formació d'encenalls. Però els fractals no poden proporcionar una representació a escala completa d'una superfície mecanitzada típica afectada per les marques d'avanç d'eines, ignoren la geometria de la vora de tall.
Una mica més sobre el mesurament
Els paràmetres de rugositat superficial es defineixen a la sèrie ISO 25178.valors: Sa, Sq, Sz… Molts instruments de mesura òptics són capaços de mesurar la rugositat superficial per àrea. Les mesures d'àrea també són possibles amb sistemes de contacte. Es prenen múltiples escanejos 2D molt propers des de l'àrea objectiu. A continuació, es combinen digitalment amb el programari adequat, donant com a resultat una imatge en 3D i els paràmetres de rugositat corresponents.
Superfície del sòl
La rugositat superficial del sòl (SSR) fa referència als canvis verticals presents en la micro i macrotopografia de la superfície del sòl, així com la seva distribució estocàstica. Hi ha quatre classes SSR diferents, cadascuna representa una escala de longitud vertical característica:
- primera classe inclou canvis en el microrelleu de grans de sòl individuals a agregats de l'ordre de 0,053 a 2,0 mm;
- segona classe consisteix en variacions de terrons de terra de 2 a 100 mm;
- la tercera classe de rugositat superficial del sòl són els canvis d'elevació sistemàtics deguts al conreu, anomenats rugositat orientada (OS), que oscil·len entre 100 i 300 mm;
- la quarta classe inclou curvatura plana o característiques topogràfiques a macroescala.
Les dues primeres classes expliquen l'anomenada micro-rugositat, que s'ha demostrat que influeix molt en l'esdeveniment i en l'escala estacional en funció de les pluges i el conreu, respectivament. La microrugositat es determina més sovintquantificada per rugositat aleatòria, que és essencialment la desviació estàndard de les dades d'elevació de la superfície de la capa al voltant de l'alçada mitjana després de la correcció del pendent, utilitzant un pla de millor ajust i eliminant els efectes de conreu en lectures d'alçada individuals. L'exposició a la precipitació pot provocar un deteriorament o un augment de la microrugositat, depenent de les condicions inicials i de les propietats del sòl.
A les superfícies del sòl rugós, l'acció de ruptura de l'esprai de pluja tendeix a suavitzar les vores de la rugositat de la superfície del sòl, donant lloc a una reducció global del RR. No obstant això, un estudi recent que va examinar la resposta de les superfícies llises del sòl a la pluja va demostrar que la RR pot augmentar significativament a petites escales inicials de microrugositat de l'ordre de 0-5 mm. També s'ha demostrat que l'augment o la disminució és coherent en diferents puntuacions de SSR.
Mecànica
L'estructura de la superfície té un paper clau en el control de la mecànica de contacte, és a dir, el comportament mecànic que es produeix a la interfície entre dos objectes sòlids a mesura que s'apropen i passen del no contacte al contacte total. En particular, la rigidesa de contacte normal està determinada principalment per les estructures de rugositat (pendent superficial i fractalitat) i les propietats del material.
Des d'una perspectiva de superfície d'enginyeria, la rugositat es considera perjudicial per al rendiment de la peça. Com a conseqüència, la majoria de les impressions de producció estableixen un límit superiorrugositat, però no inferior. L'excepció són els forats dels cilindres on l'oli es reté al perfil de la superfície i es requereix una rugositat superficial mínima (Rz).
Estructura i fractalitat
L'estructura d'una superfície sovint està estretament relacionada amb les seves propietats de fricció i resistents al desgast. Una superfície amb una dimensió fractal més alta, un valor gran o un valor positiu normalment tindrà una fricció lleugerament més alta i es desgastarà ràpidament. Els pics del perfil de rugositat no sempre són punts de contacte. També s'han de tenir en compte la forma i l'ondulació (és a dir, tant l'amplitud com la freqüència), especialment quan es processen la rugositat de la superfície.
