ზედაპირის უხეშობა მასალის განსაკუთრებული პარამეტრია. ეს სახელი ხშირად მცირდება მხოლოდ უხეშობაზე და არის ზედაპირის ტექსტურის კომპონენტი. იგი რაოდენობრივად განისაზღვრება რეალური ზედაპირის ვექტორის მიმართულების გადახრებით მისი იდეალური ფორმისგან. თუ ეს გადახრები დიდია, ზედაპირი უხეშია; თუ ისინი პატარაა, ზედაპირი გლუვია. ზედაპირის მეტროლოგიაში უხეშობა ჩვეულებრივ განიხილება გაზომილი ზედაპირის მაღალი სიხშირის, მოკლე ტალღის სიგრძის კომპონენტად. თუმცა, პრაქტიკაში ხშირად საჭიროა იცოდეთ როგორც ამპლიტუდა, ასევე სიხშირე, რათა დარწმუნდეთ, რომ ზედაპირი შესაფერისია კონკრეტული მიზნისთვის. ზედაპირის უხეშობა დიზაინის ძალიან მნიშვნელოვანი პარამეტრია.
როლი და მნიშვნელობა
უხეშობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს იმის განსაზღვრაში, თუ როგორ ურთიერთქმედებს რეალური ობიექტი მის გარემოსთან. ტრიბოლოგიაშიუხეში ზედაპირები, როგორც წესი, უფრო სწრაფად აცვიათ და აქვთ ხახუნის უფრო მაღალი კოეფიციენტები, ვიდრე გლუვ ზედაპირებს. უხეშობა ხშირად კარგი პროგნოზირებადია მექანიკური კომპონენტის მუშაობის შესახებ, რადგან ზედაპირულმა დარღვევებმა შეიძლება შექმნას ბირთვული ადგილები ბზარების ან კოროზიისთვის. მეორეს მხრივ, უხეშობამ შეიძლება ხელი შეუწყოს ადჰეზიას. ზოგადად რომ ვთქვათ, მასშტაბის აღმწერების ნაცვლად, ჯვარედინი მასშტაბის აღმწერები, როგორიცაა ზედაპირის ფრაქტალურობა, უზრუნველყოფს ზედაპირებზე მექანიკური ურთიერთქმედების უფრო მნიშვნელოვან პროგნოზებს, მათ შორის კონტაქტის სიხისტესა და სტატიკური ხახუნის ჩათვლით. ზედაპირის უხეშობა საკმაოდ რთული პარამეტრია, რომლის დეტალები შეგიძლიათ იხილოთ ქვემოთ.
მაღალი და დაბალი მნიშვნელობები
მიუხედავად იმისა, რომ უხეშობის მაღალი ღირებულება ხშირად არასასურველია, მისი კონტროლი წარმოების დროს შეიძლება იყოს რთული და ძვირი. მაგალითად, რთული და ძვირია FDM ნაწილების ზედაპირის უხეშობის კონტროლი. ამ განაკვეთების შემცირება ჩვეულებრივ ზრდის წარმოების ღირებულებას. ეს ხშირად იწვევს კომპრომისს კომპონენტის წარმოების ღირებულებასა და გამოყენების ეფექტურობას შორის.
გაზომვის მეთოდები
ინდექსი შეიძლება გაიზომოს ხელით შედარებით "უხეშობის შედარებით" (ზედაპირის ცნობილი უხეშობის ნიმუში), მაგრამ უფრო ზოგადად ზედაპირის პროფილის გაზომვა ხდება პროფილომეტრებით. ისინი შეიძლება იყოს საკონტაქტო ტიპის (ჩვეულებრივ, ბრილიანტის სტილუსი) ან ოპტიკური (მაგალითად,თეთრი სინათლის ინტერფერომეტრი ან ლაზერული სკანირების კონფოკალური მიკროსკოპი).
თუმცა, კონტროლირებადი უხეშობა ხშირად შეიძლება იყოს სასურველი. მაგალითად, პრიალა ზედაპირი შეიძლება იყოს ზედმეტად ბზინვარე თვალებისთვის და ზედმეტად სრიალა თითისთვის (კარგი მაგალითია სენსორული პანელი), ამიტომ საჭიროა კონტროლირებადი შესრულება. ზედაპირის უხეშობა არის ის, სადაც ამპლიტუდა და სიხშირე ძალიან მნიშვნელოვანია.
მისი მნიშვნელობის გამოთვლა შესაძლებელია როგორც პროფილიდან (ხაზიდან), ასევე ზედაპირიდან (ფართობიდან). პროფილის უხეშობის პარამეტრი (Ra, Rq,…) უფრო ხშირია. ფართობის უხეშობის პარამეტრები (Sa, Sq, …) იძლევა უფრო მნიშვნელოვან განმარტებებს.
პარამეტრები
უხეშობის თითოეული პარამეტრი გამოითვლება ზედაპირის აღწერილობის ფორმულით. სტანდარტული მითითებები, რომლებიც დეტალურად აღწერს თითოეულ მათგანს, არის ზედაპირები და მათი გაზომვები. ზედაპირის უხეშობა მახასიათებელია.
პროფილის უხეშობის პარამეტრები შედის ბრიტანულ (და მთელ მსოფლიოში) სტანდარტში BS EN ISO 4287: 2000, რომელიც იდენტურია ISO 4287: 1997. სტანდარტი ეფუძნება ″M″ (შუა ხაზი) სისტემას.
არსებობს მრავალი განსხვავებული უხეშობის პარამეტრი, მაგრამ ზემოთ ჩამოთვლილი ყველაზე გავრცელებულია, თუმცა სტანდარტიზაცია ხშირად ხდება ისტორიული მიზეზების გამო და არა დამსახურების გამო. ზედაპირის უხეშობა არის დარღვევების ერთობლიობა.
ზოგიერთი პარამეტრი გამოიყენება მხოლოდ გარკვეულ ინდუსტრიებში ან გარკვეულ ქვეყნებში. მაგალითად, MOTIF პარამეტრები ძირითადად გამოიყენება საფრანგეთის საავტომობილო ინდუსტრიაში. MOTIF მეთოდიუზრუნველყოფს ზედაპირის პროფილის გრაფიკულ შეფასებას უხეშობისგან ტალღის გაფილტვრის გარეშე. MOTIF შედგება პროფილის ნაწილისგან ორ მწვერვალს შორის, ხოლო საბოლოო კომბინაციები აღმოფხვრის "მცირე" მწვერვალებს და ინარჩუნებს "მნიშვნელოვან" მწვერვალებს. ნახატზე ზედაპირის უხეშობა არის მასზე აღბეჭდილი და ფრთხილად გაზომილი მუწუკების არსებობა.
რადგან ეს პარამეტრები ამცირებს პროფილის ყველა ინფორმაციას ერთ რიცხვამდე, სიფრთხილეა საჭირო მათი გამოყენებისა და ინტერპრეტაციისას. მცირე ცვლილებებმა, თუ როგორ იფილტრება ნედლეული პროფილის მონაცემები, როგორ გამოითვლება შუა ხაზი და გაზომვის ფიზიკა, შეიძლება დიდად იმოქმედოს გამოთვლილ პარამეტრზე. თანამედროვე ციფრულ აღჭურვილობაზე სკანირების შეფასება შესაძლებელია იმის უზრუნველსაყოფად, რომ არ არის აშკარა ხარვეზები, რომლებიც არღვევს მნიშვნელობებს.
პარამეტრების და გაზომვების მახასიათებლები
იმის გამო, რომ ბევრი მომხმარებლისთვის შეიძლება არ იყოს ცხადი, რას ნიშნავს სინამდვილეში თითოეული გაზომვა, მოდელირების ინსტრუმენტი მომხმარებელს საშუალებას აძლევს დაარეგულიროს ძირითადი პარამეტრები, აჩვენოს ზედაპირები, რომლებიც მკვეთრად განსხვავდება ადამიანის თვალისგან, განსხვავდება გაზომვით. მაგალითად, ზოგიერთ პარამეტრს არ შეუძლია განასხვავოს ორი ზედაპირი, სადაც ერთი შედგება მწვერვალებისგან, მეორე კი იგივე ამპლიტუდის ღრმებისგან.
კონვენციით, ყოველი 2D უხეშობის პარამეტრი არის დიდი R, რომელსაც მოჰყვება დამატებითი სიმბოლოები ხელმოწერაში. ხელმოწერა განსაზღვრავს ფორმულას, რომელიც იყო გამოყენებული დაR ნიშნავს, რომ ფორმულა გამოყენებულია 2D უხეშობის პროფილზე.
სხვადასხვა კაპიტალიზაცია ნიშნავს, რომ ფორმულა გამოყენებულია სხვა პროფილზე. მაგალითად, Ra არის უხეშობის პროფილის არითმეტიკული საშუალო, Pa არის გაუფილტრავი ნედლი პროფილის არითმეტიკული საშუალო და Sa არის 3D უხეშობის საშუალო არითმეტიკული..
ამპლიტუდის პარამეტრები
ამპლიტუდის პარამეტრები ახასიათებს ზედაპირს უხეშობის პროფილის ვერტიკალური გადახრების საფუძველზე შუა ხაზიდან. მაგალითად, გაფილტრული უხეშობის პროფილის არითმეტიკული საშუალო, რომელიც განისაზღვრება შეფასების სიგრძის ცენტრის ხაზიდან გადახრებიდან, შეიძლება დაკავშირებული იყოს ამ უხეშობისთვის შეგროვებული ქულების დიაპაზონთან. ეს მნიშვნელობა ხშირად გამოიყენება, როგორც ზედაპირის უხეშობის მითითება.
საშუალო არითმეტიკული უხეშობა არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ერთგანზომილებიანი პარამეტრი.
კვლევა და დაკვირვება
მათემატიკოსმა ბენუა მანდელბროტმა აღნიშნა კავშირი ზედაპირის უხეშობასა და ფრაქტალურ განზომილებას შორის. აღწერას, რომელიც წარმოდგენილია ფრაქტალით მიკროუხეშობის დონეზე, საშუალებას მოგცემთ გააკონტროლოთ მასალის თვისებები და ჩიპის წარმოქმნის ტიპი. მაგრამ ფრაქტალებს არ შეუძლიათ წარმოადგინონ ტიპიური დამუშავებული ზედაპირის სრული მასშტაბის წარმოდგენა, რომელიც გავლენას ახდენს ხელსაწყოების კვების ნიშნებით, ისინი უგულებელყოფენ უახლესი გეომეტრიას.
ცოტა მეტი გაზომვის შესახებ
ზედაპირის უხეშობის პარამეტრები განსაზღვრულია ISO 25178 სერიებში.მნიშვნელობები: Sa, Sq, Sz… ბევრ ოპტიკურ საზომ ინსტრუმენტს შეუძლია ზედაპირის უხეშობის გაზომვა ფართობის მიხედვით. ფართობის გაზომვა ასევე შესაძლებელია საკონტაქტო სისტემებით. მრავალი, მჭიდროდ დაშორებული 2D სკანირება აღებულია სამიზნე ზონიდან. შემდეგ ისინი ციფრულად იკერება ერთად შესაბამისი პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით, რის შედეგადაც მიიღება 3D სურათი და შესაბამისი უხეშობის პარამეტრები.
ნიადაგის ზედაპირი
ნიადაგის ზედაპირის უხეშობა (SSR) ეხება ვერტიკალურ ცვლილებებს მიწის ზედაპირის მიკრო და მაკროტოპოგრაფიაში, ისევე როგორც მათ სტოქასტურ განაწილებას. არსებობს ოთხი განსხვავებული SSR კლასი, თითოეული წარმოადგენს დამახასიათებელ ვერტიკალურ სიგრძის მასშტაბს:
- პირველი კლასი მოიცავს მიკრორელიეფის ცვლილებებს ცალკეული ნიადაგის მარცვლებიდან 0,053–2,0 მმ რიგის აგრეგატებამდე;
- მეორე კლასი შედგება ნიადაგის ღრუბლების ვარიაციებისაგან 2-დან 100 მმ-მდე;
- ნიადაგის ზედაპირის უხეშობის მესამე კლასი არის სიმაღლის სისტემატური ცვლილებები ნიადაგის დამუშავების შედეგად, რომელსაც ეწოდება ორიენტირებული უხეშობა (OS), რომელიც მერყეობს 100-დან 300 მმ-მდე;
- მეოთხე კლასი მოიცავს პლანურ გამრუდებას ან მაკრომასშტაბიან ტოპოგრაფიულ მახასიათებლებს.
პირველი ორი კლასი ხსნის ეგრეთ წოდებულ მიკრო უხეშობას, რომელიც დადასტურებულია, რომ დიდ გავლენას ახდენს მოვლენაზე და სეზონურ მასშტაბებზე, შესაბამისად ნალექისა და ნიადაგის დამუშავების მიხედვით. ყველაზე ხშირად დგინდება მიკროუხეშირაოდენობრივად დგინდება შემთხვევითი უხეშობა, რაც არსებითად არის ფენის ზედაპირის სიმაღლის მონაცემების სტანდარტული გადახრა საშუალო სიმაღლის ირგვლივ ფერდობის კორექტირების შემდეგ, საუკეთესო მორგების სიბრტყის გამოყენებით და ნიადაგის დამუშავების ეფექტის მოხსნის სიმაღლის ცალკეულ ჩვენებებში. ნალექის ზემოქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს გაუარესება ან მიკრო უხეშობის გაზრდა, საწყისი პირობებისა და ნიადაგის თვისებებიდან გამომდინარე.
მიწის უხეშ ზედაპირებზე, წვიმის სპრეის გამყოფი მოქმედება ასწორებს ნიადაგის ზედაპირის უხეშობის კიდეებს, რაც იწვევს RR-ის საერთო შემცირებას. თუმცა, ბოლოდროინდელმა კვლევამ, რომელიც შეისწავლა გლუვი ნიადაგის ზედაპირების რეაქცია ნალექზე, აჩვენა, რომ RR შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს მცირე საწყისი მიკროუხეშობის მასშტაბებში, 0-5 მმ-ის რიგით. ასევე ნაჩვენებია, რომ ზრდა ან შემცირება თანმიმდევრულია სხვადასხვა SSR ქულების მიხედვით.
მექანიკა
ზედაპირის სტრუქტურა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს კონტაქტის მექანიკის კონტროლში, ანუ მექანიკური ქცევა, რომელიც ხდება ორ მყარ ობიექტს შორის ინტერფეისზე, როდესაც ისინი უახლოვდებიან ერთმანეთს და გადადიან უკონტაქტოდან სრულ კონტაქტზე. კერძოდ, ნორმალური კონტაქტის სიმტკიცე განისაზღვრება უპირატესად უხეშობის სტრუქტურების (ზედაპირის დახრილობა და ფრაქტულობა) და მასალის თვისებებით.
საინჟინრო ზედაპირის პერსპექტივიდან, უხეშობა ითვლება საზიანო ნაწილის მუშაობისთვის. შედეგად, წარმოების ბეჭდვის უმეტესობა ადგენს ზედა ზღვარსუხეშობა, მაგრამ არა ქვედა. გამონაკლისი არის ცილინდრის ჭაბურღილები, სადაც ზეთი ინახება ზედაპირის პროფილში და საჭიროა ზედაპირის მინიმალური უხეშობა (Rz).
სტრუქტურა და ფრაქტალობა
ზედაპირის სტრუქტურა ხშირად მჭიდრო კავშირშია მის ხახუნისა და აცვიათ მდგრად თვისებებთან. ზედა ფრაქტალური განზომილების, დიდი მნიშვნელობის ან დადებითი მნიშვნელობის მქონე ზედაპირს, როგორც წესი, აქვს ოდნავ უფრო მაღალი ხახუნი და სწრაფად ცვდება. უხეშობის პროფილის მწვერვალები ყოველთვის არ არის კონტაქტის წერტილები. ასევე გასათვალისწინებელია ფორმა და ტალღოვანი (ანუ ამპლიტუდაც და სიხშირეც), განსაკუთრებით ზედაპირის უხეშობის დამუშავებისას.
