خشونة السطح هي معلمة مادية خاصة. غالبًا ما يتم اختصار هذا الاسم إلى مجرد خشونة وهو أحد مكونات نسيج السطح. يتم تحديده كميًا من خلال انحرافات اتجاه متجه السطح الحقيقي عن شكله المثالي. إذا كانت هذه الانحرافات كبيرة ، يكون السطح خشنًا ؛ إذا كانت صغيرة ، فإن السطح أملس. في علم القياس السطحي ، تُعتبر الخشونة عادةً مكونًا عالي التردد وقصير الطول الموجي للسطح الذي يتم قياسه. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، غالبًا ما يكون من الضروري معرفة كل من الاتساع والتردد للتأكد من أن السطح مناسب لغرض معين. خشونة السطح معلمة تصميم مهمة جدا.
الدور والمعنى
تلعب الخشونة دورًا مهمًا في تحديد كيفية تفاعل الكائن الحقيقي مع بيئته. في ترايبولوجيتتآكل الأسطح الخشنة بشكل أسرع ولها معاملات احتكاك أعلى من الأسطح الملساء. غالبًا ما تكون الخشونة مؤشرًا جيدًا على أداء المكون الميكانيكي ، حيث يمكن أن تشكل المخالفات السطحية مواقع تنوي للشقوق أو التآكل. من ناحية أخرى ، يمكن أن تعزز الخشونة الالتصاق. بشكل عام ، بدلاً من واصفات المقياس ، توفر الواصفات المتقاطعة مثل الانكسار السطحي تنبؤات أكثر وضوحًا للتفاعلات الميكانيكية على الأسطح ، بما في ذلك صلابة التلامس والاحتكاك الثابت. خشونة السطح هي معلمة معقدة إلى حد ما ، يمكن العثور على تفاصيلها أدناه.
قيم عالية ومنخفضة
على الرغم من أن قيمة الخشونة العالية غالبًا ما تكون غير مرغوب فيها ، إلا أنه قد يكون من الصعب والمكلف التحكم فيها أثناء التصنيع. على سبيل المثال ، من الصعب والمكلف التحكم في خشونة السطح لأجزاء FDM. عادة ما يؤدي خفض هذه المعدلات إلى زيادة تكلفة التصنيع. ينتج عن هذا غالبًا مفاضلة بين تكلفة إنتاج المكون وكفاءته في التطبيق.
طرق القياس
يمكن قياس المؤشر من خلال المقارنة اليدوية مع "مقارنة الخشونة" (عينة من خشونة السطح المعروفة) ، ولكن بشكل عام ، يتم قياس ملف تعريف السطح باستخدام مقاييس بروفيلومتر. يمكن أن تكون من نوع الاتصال (عادةً ما يكون قلمًا ماسيًا) أو بصريًا (على سبيل المثال ،مقياس التداخل للضوء الأبيض أو المجهر المتحد البؤر المسح بالليزر).
ومع ذلك ، يمكن أن تكون الخشونة الخاضعة للرقابة مرغوبة في كثير من الأحيان. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون السطح اللامع لامعًا جدًا بالنسبة للعينين وزلقًا جدًا بالنسبة للإصبع (مثال جيد على ذلك هو لوحة اللمس) ، لذلك يلزم التحكم في الأداء. خشونة السطح هي المكان الذي يكون فيه الاتساع والتردد مهمين للغاية.
يمكن حساب قيمتها إما من الملف الشخصي (الخط) أو من السطح (المنطقة). تعد معلمة خشونة الملف الشخصي (Ra ، Rq ، …) أكثر شيوعًا. توفر معلمات خشونة المنطقة (Sa ، Sq ، …) تعريفات أكثر وضوحًا.
المعلمات
يتم حساب كل معلمة خشونة من خلال صيغة وصف السطح. المراجع القياسية التي تصف كل منها بالتفصيل هي الأسطح وقياساتها. خشونة السطح هي خاصية مميزة
معلمات خشونة الملف الشخصي متضمنة في المعيار البريطاني (والعالمي) BS EN ISO 4287: 2000 ، وهو مطابق لـ ISO 4287: 1997. ويستند المعيار إلى نظام ″ M ″ (خط الوسط).
هناك العديد من معلمات الخشونة المختلفة ، ولكن ما سبق هو الأكثر شيوعًا ، على الرغم من أن التقييس يحدث غالبًا لأسباب تاريخية وليس لأسباب تتعلق بالجدارة. خشونة السطح عبارة عن مجموعة من المخالفات
بعض المعلمات تستخدم فقط في صناعات معينة أو في بلدان معينة. على سبيل المثال ، تُستخدم معلمات MOTIF بشكل أساسي في صناعة السيارات الفرنسية. طريقة MOTIFيوفر تقييمًا رسوميًا لمظهر السطح دون تصفية التموج من الخشونة. يتكون MOTIF من جزء المظهر الجانبي بين قمتين ، وتزيل التركيبات النهائية القمم "الثانوية" وتحتفظ بالقمم "المهمة". خشونة السطح في الرسم هي وجود نتوءات مطبوعة ومقاسة بعناية.
نظرًا لأن هذه المعلمات تقلل جميع معلومات الملف الشخصي إلى رقم واحد ، يجب توخي الحذر عند تطبيقها وتفسيرها. يمكن أن تؤثر التغييرات الصغيرة في كيفية تصفية بيانات الملف الشخصي الخام ، وكيفية حساب خط الوسط ، وفيزياء القياس بشكل كبير على المعلمة المحسوبة. في المعدات الرقمية الحديثة ، يمكن تقييم عمليات المسح للتأكد من عدم وجود أخطاء واضحة تؤدي إلى تحريف القيم.
ميزات المعلمات والقياسات
نظرًا لأنه قد لا يكون واضحًا للعديد من المستخدمين ما يعنيه كل قياس في الواقع ، تسمح أداة النمذجة للمستخدم بضبط المعلمات الرئيسية ، مما يجعل الأسطح التي تختلف اختلافًا واضحًا عن العين البشرية ، تختلف في القياسات. على سبيل المثال ، لا يمكن لبعض المعلمات التمييز بين سطحين ، حيث يتكون أحدهما من قمم والآخر يتكون من قاع بنفس السعة.
حسب الاصطلاح ، كل معلمة خشونة ثنائية الأبعاد هي حرف R كبير متبوعًا بأحرف إضافية في منخفض. يحدد الرمز المنخفض الصيغة التي تم استخدامها ، وR تعني أن الصيغة قد تم تطبيقها على ملف تعريف خشونة ثنائي الأبعاد.
الأحرف الكبيرة المختلفة تعني أن الصيغة قد تم تطبيقها على ملف تعريف مختلف. على سبيل المثال ، Ra هو المتوسط الحسابي لملف الخشونة ، Pa هو المتوسط الحسابي للملف الخام غير المصفاة ، و Sa هو المتوسط الحسابي للخشونة ثلاثية الأبعاد.
إعدادات السعة
تحدد معلمات السعة السطح بناءً على الانحرافات الرأسية لملف الخشونة من خط الوسط. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الوسط الحسابي لملف تعريف الخشونة المرشح ، المحدد من الانحرافات عن خط الوسط ضمن طول التقييم ، مرتبطًا بنطاق النقاط التي تم جمعها لتلك الخشونة. غالبًا ما تستخدم هذه القيمة كمرجع لخشونة السطح.
خشونة الوسط الحسابي هي أكثر المعلمات أحادية البعد استخدامًا.
البحث والملاحظة
أشار عالم الرياضيات بينوا ماندلبروت إلى العلاقة بين خشونة السطح والبعد الكسوري. يمكن أن يتيح الوصف الذي يمثله الفركتلة على مستوى الكحة الدقيقة التحكم في خصائص المادة ونوع تكوين الرقاقة. لكن الفركتلات لا يمكنها توفير تمثيل كامل الحجم لسطح آلي نموذجي يتأثر بعلامات تغذية الأداة ، فهي تتجاهل هندسة الحافة المتقطعة.
المزيد عن القياس
يتم تحديد معلمات خشونة السطح في سلسلة ISO 25178.القيم: Sa ، Sq ، Sz … العديد من أدوات القياس البصرية قادرة على قياس خشونة السطح حسب المنطقة. قياسات المنطقة ممكنة أيضًا مع أنظمة الاتصال. يتم إجراء عمليات مسح ثنائية الأبعاد متعددة ومتقاربة الأبعاد من المنطقة المستهدفة. ثم يتم تجميعها معًا رقميًا باستخدام البرنامج المناسب ، مما ينتج عنه صورة ثلاثية الأبعاد ومعلمات الخشونة المقابلة.
سطح التربة
خشونة سطح التربة (SSR) تشير إلى التغيرات الرأسية الموجودة في التصوير الدقيق والكلي لسطح الأرض ، بالإضافة إلى توزيعها العشوائي. هناك أربع فئات مختلفة من SSR ، كل منها يمثل مقياس طول عمودي مميز:
- الدرجة الأولى تتضمن تغييرات في الإقلال الجزئي من حبيبات التربة الفردية إلى مجاميع بترتيب 0.053-2.0 مم ؛
- الدرجة الثانية تتكون من اختلافات في التربة من 2 إلى 100 مم ؛
- الفئة الثالثة من خشونة سطح التربة هي تغييرات الارتفاع المنتظمة بسبب الحرث ، تسمى الخشونة الموجهة (OS) ، والتي تتراوح من 100 إلى 300 مم ؛
- الدرجة الرابعة تتضمن انحناءًا مستويًا أو ميزات طبوغرافية كبيرة الحجم.
يشرح أول فئتين ما يسمى بالخشونة الدقيقة ، والتي ثبت أنها تؤثر بشكل كبير على الحدث وعلى النطاق الموسمي اعتمادًا على هطول الأمطار والحرث ، على التوالي. غالبًا ما يتم تحديد Microroughnessيتم تحديدها كميًا بالخشونة العشوائية ، والتي تمثل أساسًا الانحراف المعياري لبيانات ارتفاع سطح الطبقة حول متوسط الارتفاع بعد تصحيح الميل ، باستخدام مستوى أفضل ملاءمة وإزالة آثار الحرث في قراءات الارتفاع الفردية. يمكن أن يؤدي التعرض لهطول الأمطار إلى تدهور أو زيادة الخشونة الدقيقة ، اعتمادًا على الظروف الأولية وخصائص التربة.
على الأسطح الأرضية الخشنة ، يميل العمل الانفصالي لرذاذ المطر إلى تلطيف حواف خشونة سطح التربة ، مما يؤدي إلى انخفاض إجمالي في RR. ومع ذلك ، أظهرت دراسة حديثة فحصت استجابة أسطح التربة الملساء لهطول الأمطار أن RR يمكن أن يزيد بشكل كبير في مقاييس الكحة الدقيقة الأولية الصغيرة من 0-5 ملم. وقد تبين أيضًا أن الزيادة أو النقصان متسقة عبر درجات مختلفة من SSR.
ميكانيكا
تلعب بنية السطح دورًا رئيسيًا في التحكم في ميكانيكا التلامس ، أي السلوك الميكانيكي الذي يحدث في الواجهة بين جسمين صلبين أثناء اقترابهما من بعضهما البعض والانتقال من عدم الاتصال إلى الاتصال الكامل. على وجه الخصوص ، يتم تحديد صلابة التلامس العادي في الغالب من خلال هياكل الخشونة (انحدار السطح والكسر) وخصائص المواد.
من منظور السطح الهندسي ، تعتبر الخشونة ضارة للأداء الجزئي. نتيجة لذلك ، فإن معظم المطبوعات الإنتاجية تضع حداً أعلىالخشونة ، ولكن ليس القاع. الاستثناء هو تجويف الأسطوانة حيث يتم الاحتفاظ بالزيت في المظهر الجانبي للسطح والحد الأدنى لخشونة السطح (Rz) مطلوب.
الهيكل والكسر
غالبًا ما يرتبط هيكل السطح ارتباطًا وثيقًا بخصائصه الاحتكاكية ومقاومة التآكل. السطح ذو البعد الكسري العالي أو القيمة الكبيرة أو القيمة الموجبة عادة ما يكون له احتكاك أعلى قليلاً وسيتآكل بسرعة. القمم في ملف تعريف الخشونة ليست دائمًا نقاط اتصال. يجب أيضًا مراعاة الشكل والتموج (أي السعة والتردد) ، خاصة عند معالجة خشونة السطح.
