زبری سطح یک پارامتر خاص مواد است. این نام اغلب به زبری خلاصه می شود و جزئی از بافت سطح است. از نظر کمی با انحرافات جهت بردار سطح واقعی از شکل ایده آل آن تعیین می شود. اگر این انحرافات زیاد باشد، سطح ناهموار است. اگر کوچک باشند، سطح صاف است. در مترولوژی سطح، زبری معمولاً جزء فرکانس بالا و طول موج کوتاه سطحی است که اندازه گیری می شود. با این حال، در عمل اغلب لازم است که هم دامنه و هم فرکانس را بدانیم تا اطمینان حاصل شود که یک سطح برای یک هدف خاص مناسب است. زبری سطح یک پارامتر طراحی بسیار مهم است.
نقش و معنا
زبری نقش مهمی در تعیین نحوه تعامل یک شی واقعی با محیط خود دارد. در طایفه شناسیسطوح ناهموار معمولاً سریعتر سایش می شوند و ضریب اصطکاک بیشتری نسبت به سطوح صاف دارند. زبری اغلب پیش‌بینی‌کننده خوبی برای عملکرد یک جزء مکانیکی است، زیرا بی‌نظمی‌های سطحی می‌توانند محل‌های هسته‌زایی برای ترک‌ها یا خوردگی ایجاد کنند. از سوی دیگر، زبری می تواند چسبندگی را افزایش دهد. به طور کلی، به جای توصیفگرهای مقیاس، توصیفگرهای مقیاس متقاطع مانند شکستگی سطح، پیش‌بینی‌های معناداری بیشتری از برهمکنش‌های مکانیکی روی سطوح، از جمله سختی تماس و اصطکاک استاتیکی ارائه می‌دهند. زبری سطح یک پارامتر نسبتاً پیچیده است که جزئیات آن را می‌توانید در زیر بیابید.
مقادیر بالا و پایین
اگرچه مقدار زبری بالا اغلب نامطلوب است، کنترل آن در طول ساخت می تواند دشوار و پرهزینه باشد. به عنوان مثال، کنترل زبری سطح قطعات FDM دشوار و پرهزینه است. کاهش این نرخ ها معمولاً هزینه ساخت را افزایش می دهد. این اغلب منجر به یک مبادله بین هزینه تولید یک جزء و کارایی آن در کاربرد می شود.
روش های اندازه گیری
شاخص را می توان با مقایسه دستی با "مقایسه زبری" (نمونه ای از زبری سطح شناخته شده) اندازه گیری کرد، اما به طور کلی اندازه گیری پروفایل سطح با پروفیلومتر انجام می شود. آنها می توانند از نوع تماسی (معمولاً یک قلم الماس) یا نوری (به عنوان مثال،تداخل سنج نور سفید یا میکروسکوپ کانفوکال اسکن لیزری).
با این حال، زبری کنترل شده اغلب می تواند مطلوب باشد. به عنوان مثال، یک سطح براق می تواند برای چشم ها خیلی براق و برای انگشت خیلی لغزنده باشد (مثال خوب صفحه لمسی است)، بنابراین عملکرد کنترل شده مورد نیاز است. زبری سطح جایی است که دامنه و فرکانس بسیار مهم است.
مقدار آن را می توان از روی نیمرخ (خط) یا از روی سطح (مساحت) محاسبه کرد. پارامتر زبری پروفیل (Ra، Rq، …) رایج تر است. پارامترهای زبری سطح (Sa، Sq، …) تعاریف معنی داری را ارائه می دهند.
پارامترها
هر یک از پارامترهای زبری با فرمول توصیف سطح محاسبه می شود. مراجع استانداردی که هر یک از آنها را به تفصیل توصیف می کند، سطوح و اندازه گیری آنها است. زبری سطح یک مشخصه است.
پارامترهای زبری نمایه در استاندارد بریتانیا (و در سراسر جهان) BS EN ISO 4287: 2000، که با ISO 4287: 1997 یکسان است، گنجانده شده است. این استاندارد بر اساس سیستم ″M″ (خط وسط) است.
پارامترهای زبری مختلفی وجود دارد، اما موارد بالا رایج‌ترین آنها هستند، اگرچه استانداردسازی اغلب به دلایل تاریخی اتفاق می‌افتد تا شایستگی. زبری سطح مجموعه ای از بی نظمی ها است.
برخی پارامترها فقط در صنایع خاص یا در کشورهای خاصی استفاده می شوند. به عنوان مثال، پارامترهای MOTIF عمدتا در صنعت خودروسازی فرانسه استفاده می شود. روش MOTIFیک ارزیابی گرافیکی از نمایه سطح را بدون فیلتر کردن موجی از زبری ارائه می دهد. MOTIF از بخشی از نمایه بین دو قله تشکیل شده است و ترکیبات نهایی قله های "فرعی" را حذف می کنند و موارد "مهم" را حفظ می کنند. زبری سطح در نقاشی وجود برجستگی هایی است که روی آن نقش بسته و با دقت اندازه گیری می شود.
از آنجایی که این پارامترها همه اطلاعات نمایه را به یک عدد کاهش می دهند، هنگام اعمال و تفسیر آنها باید دقت شود. تغییرات کوچک در نحوه فیلتر کردن داده های پروفایل خام، نحوه محاسبه خط وسط و فیزیک اندازه گیری می تواند تا حد زیادی بر پارامتر محاسبه شده تأثیر بگذارد. در تجهیزات دیجیتال مدرن، اسکن‌ها را می‌توان ارزیابی کرد تا اطمینان حاصل شود که هیچ اشکال آشکاری وجود ندارد که مقادیر را تغییر دهد.
ویژگی های پارامترها و اندازه گیری
از آنجایی که ممکن است برای بسیاری از کاربران مشخص نباشد که هر اندازه گیری واقعاً چه معنایی دارد، ابزار مدل سازی به کاربر اجازه می دهد تا پارامترهای کلیدی را تنظیم کند، سطوحی را که به طور مشخص با چشم انسان متفاوت هستند، در اندازه گیری ها متفاوت نشان دهد. به عنوان مثال، برخی از پارامترها نمی توانند بین دو سطح تمایز قائل شوند، جایی که یکی از قله ها و دیگری از فرورفتگی هایی با دامنه یکسان تشکیل شده است.
طبق قرارداد، هر پارامتر ناهمواری دوبعدی یک R با حروف بزرگ و به دنبال آن کاراکترهای اضافی در یک زیرنویس است. زیرنویس فرمول مورد استفاده را مشخص می کند وR به این معنی است که فرمول روی یک نمایه زبری دو بعدی اعمال شده است.
حروف بزرگ به این معنی است که فرمول برای نمایه دیگری اعمال شده است. برای مثال، Ra میانگین حسابی نمایه زبری، Pa میانگین حسابی پروفایل خام فیلتر نشده، و Sa میانگین حسابی زبری سه بعدی است.
تنظیمات دامنه
پارامترهای دامنه سطح را بر اساس انحرافات عمودی نمایه زبری از خط وسط مشخص می کند. به عنوان مثال، میانگین حسابی نمایه زبری فیلتر شده، که از انحرافات خط مرکزی در طول ارزیابی تعیین می‌شود، می‌تواند به محدوده نقاط جمع‌آوری‌شده برای آن زبری مرتبط باشد. این مقدار اغلب به عنوان مرجعی برای زبری سطح استفاده می شود.
زبری میانگین حسابی پرکاربردترین پارامتر تک بعدی است.
تحقیق و مشاهده
ریاضیدان بنوا ماندلبرو به رابطه بین زبری سطح و بعد فراکتال اشاره کرد. توصیفی که توسط یک فراکتال در سطح ریز زبری نشان داده می شود می تواند کنترل خواص ماده و نوع تشکیل تراشه را امکان پذیر کند. اما فراکتال‌ها نمی‌توانند نمایشی در مقیاس کامل از یک سطح ماشینکاری شده معمولی که تحت تأثیر علائم تغذیه ابزار قرار می‌گیرد، ارائه دهند، آنها هندسه لبه‌های برش را نادیده می‌گیرند.
کمی بیشتر در مورد اندازه گیری
پارامترهای زبری سطح در سری ISO 25178 تعریف شده است.مقادیر: Sa, Sq, Sz… بسیاری از ابزارهای اندازه گیری نوری قادر به اندازه گیری زبری سطح بر اساس مساحت هستند. اندازه گیری مساحت نیز با سیستم های تماسی امکان پذیر است. اسکن های دوبعدی چندگانه با فاصله نزدیک از ناحیه مورد نظر گرفته می شود. سپس با استفاده از نرم افزار مناسب به صورت دیجیتالی به هم دوخته می شوند و در نتیجه تصویری سه بعدی و پارامترهای زبری مربوطه ایجاد می شود.
سطح خاک
زبری سطح خاک (SSR) به تغییرات عمودی موجود در میکرو و ماکروتوپوگرافی سطح زمین و همچنین توزیع تصادفی آنها اشاره دارد. چهار کلاس مختلف SSR وجود دارد که هر کدام یک مقیاس طول عمودی مشخصه را نشان می‌دهند:
- طبقه اولشامل تغییرات در ریزرلوف از دانه های تکی خاک به دانه های مرتبه 0.053-2.0 میلی متر است؛
- کلاس دوم شامل تغییرات کلوخه های خاک از 2 تا 100 میلی متر است؛
- طبقه سوم زبری سطح خاک، تغییرات سیستماتیک ارتفاع به دلیل خاکورزی است که به نام زبری جهت دار (OS) از 100 تا 300 میلی متر است؛
- کلاس چهارم شامل انحنای مسطح یا ویژگی های توپوگرافی در مقیاس کلان است.
دو کلاس اول به اصطلاح میکرو زبری را توضیح می دهند، که نشان داده شده است که به ترتیب بر رویداد و مقیاس فصلی بسته به میزان بارندگی و خاک ورزی تأثیر زیادی دارد. ریز زبری اغلب تعیین می شودبا استفاده از زبری تصادفی، که اساساً انحراف استاندارد داده‌های ارتفاع سطح لایه حول میانگین ارتفاع پس از اصلاح شیب است، با استفاده از صفحه با بهترین تناسب و حذف اثرات خاکورزی در خوانش‌های ارتفاع فردی، کمی‌سازی می‌شود. قرار گرفتن در معرض بارش بسته به شرایط اولیه و ویژگی های خاک می تواند منجر به زوال یا افزایش ریز زبری شود.
روی سطوح ناهموار زمین، عمل گسست اسپری باران تمایل دارد لبه های ناهمواری سطح خاک را صاف کند و در نتیجه به کاهش کلی RR منجر شود. با این حال، یک مطالعه اخیر که واکنش سطوح صاف خاک به بارندگی را مورد بررسی قرار داد، نشان داد که RR می تواند به طور قابل توجهی در مقیاس های ریز زبری اولیه کوچک از مرتبه 0-5 میلی متر افزایش یابد. همچنین نشان داده شده است که افزایش یا کاهش در نمرات مختلف SSR ثابت است.
مکانیک
ساختار سطحی نقش کلیدی در کنترل مکانیک تماس ایفا می کند، یعنی رفتار مکانیکی که در سطح مشترک بین دو جسم جامد هنگام نزدیک شدن به یکدیگر و رفتن از تماس غیرتماسی به تماس کامل رخ می دهد. به طور خاص، سختی تماس معمولی عمدتاً توسط ساختارهای زبری (شیب سطح و شکستگی) و خواص مواد تعیین می شود.
از دیدگاه سطح مهندسی، زبری برای عملکرد قطعه مضر در نظر گرفته می شود. در نتیجه، اکثر چاپ های تولیدی حد بالایی را تعیین می کنندزبری، اما نه پایین. استثنا، سوراخ‌های سیلندر است که در آن روغن در پروفیل سطح حفظ می‌شود و حداقل زبری سطح (Rz) مورد نیاز است.
ساختار و شکستگی
ساختار یک سطح اغلب با خواص اصطکاکی و مقاوم در برابر سایش آن مرتبط است. سطحی با ابعاد فراکتال بالاتر، مقدار زیاد یا مقدار مثبت معمولاً اصطکاک کمی بالاتری دارد و به سرعت فرسوده می شود. قله ها در مشخصات زبری همیشه نقاط تماس نیستند. شکل و موج (یعنی هم دامنه و هم فرکانس) نیز باید در نظر گرفته شود، به خصوص هنگام پردازش زبری سطح.
