Pinna karedus on materjali eriparameeter. Seda nimetust lühendatakse sageli lihts alt kareduseks ja see on pinna tekstuuri komponent. See määratakse kvantitatiivselt tegeliku pinnavektori suuna kõrvalekalletega selle ideaalkujust. Kui need kõrvalekalded on suured, on pind kare; kui need on väikesed, on pind sile. Pinnametroloogias peetakse karedust tavaliselt mõõdetava pinna kõrgsageduslikuks lühikese lainepikkusega komponendiks. Praktikas on aga sageli vaja teada nii amplituudi kui ka sagedust, et tagada pinna sobivus teatud otstarbeks. Pinna karedus on väga oluline disainiparameeter.
Roll ja tähendus
Karedus mängib olulist rolli selle määramisel, kuidas reaalne objekt oma keskkonnaga suhtleb. TriboloogiasKaredad pinnad kuluvad üldiselt kiiremini ja nende hõõrdetegur on suurem kui siledad pinnad. Karedus on sageli hea mehaanilise komponendi toimimise ennustaja, kuna pinna ebatasasused võivad moodustada pragude või korrosiooni tekkekohti. Teisest küljest võib karedus soodustada adhesiooni. Üldiselt pakuvad skaala deskriptorite asemel ristskaala deskriptorid, nagu pinna fraktilisus, sisukamaid ennustusi pindade mehaaniliste interaktsioonide, sealhulgas kontakti jäikuse ja staatilise hõõrdumise kohta. Pinna karedus on üsna keeruline parameeter, mille üksikasjad leiate allpool.
Kõrged ja madalad väärtused
Kuigi kõrge kareduse väärtus on sageli ebasoovitav, võib selle kontrollimine valmistamise ajal olla keeruline ja kulukas. Näiteks on raske ja kulukas kontrollida FDM-osade pinnakaredust. Nende määrade vähendamine suurendab tavaliselt tootmiskulusid. Selle tulemuseks on sageli kompromiss komponendi tootmiskulude ja selle rakenduse tõhususe vahel.
Mõõtmismeetodid
Indeksit saab mõõta käsitsi võrdlemise teel "kareduse komparaatoriga" (teadaoleva pinnakareduse näidis), kuid üldisem alt tehakse pinnaprofiili mõõtmine profilomeetritega. Need võivad olla kontakti tüüpi (tavaliselt teemantpliiats) või optilised (näiteksvalge valguse interferomeeter või laserskaneeriv konfokaalne mikroskoop).
Siiski võib kontrollitud karedus olla soovitav. Näiteks võib läikiv pind olla silmadele liiga läikiv ja sõrme jaoks liiga libe (hea näide on puuteplaat), mistõttu on vajalik kontrollitud jõudlus. Pinna karedus on koht, kus amplituud ja sagedus on väga olulised.
Selle väärtust saab arvutada kas profiili (joone) või pinna (pindala) järgi. Profiili kareduse parameeter (Ra, Rq, …) on tavalisem. Pindala kareduse parameetrid (Sa, Sq, …) annavad tähendusrikkamad määratlused.
Parameetrid
Iga kareduse parameeter arvutatakse pinnakirjelduse valemiga. Igaüht neist üksikasjalikult kirjeldavad standardviited on pinnad ja nende mõõdud. Pinna karedus on iseloomulik.
Profiili kareduse parameetrid sisalduvad Briti (ja ülemaailmses) standardis BS EN ISO 4287: 2000, mis on identne standardiga ISO 4287: 1997. Standard põhineb ″M″ (keskjoon) süsteemil.
On palju erinevaid kareduse parameetreid, kuid ül altoodud on kõige levinumad, ehkki standardimine toimub sageli pigem ajaloolistel põhjustel kui eelistel. Pinna karedus on ebatasasuste kogum.
Mõnda parameetrit kasutatakse ainult teatud tööstusharudes või teatud riikides. Näiteks MOTIF-i parameetreid kasutatakse peamiselt Prantsusmaa autotööstuses. MOTIF-meetodannab pinnaprofiili graafilise hinnangu ilma lainelisust karedusest välja filtreerimata. MOTIF koosneb profiili osast kahe tipu vahel ja lõplikud kombinatsioonid kõrvaldavad "väikesed" piigid ja säilitavad "olulised". Pinna karedus joonisel on sellele trükitud ja hoolik alt mõõdetud ebatasasused.
Kuna need parameetrid vähendavad kogu profiiliteabe üheks numbriks, tuleb nende rakendamisel ja tõlgendamisel olla ettevaatlik. Väikesed muudatused toorprofiili andmete filtreerimises, keskjoone arvutamises ja mõõtmise füüsikas võivad arvutatud parameetrit oluliselt mõjutada. Kaasaegsetes digitaalseadmetes saab skaneeringuid hinnata tagamaks, et pole ilmseid tõrkeid, mis väärtusi moonutavad.
Parameetrite ja mõõtmiste omadused
Kuna paljudele kasutajatele ei pruugi olla selge, mida iga mõõtmine tegelikult tähendab, võimaldab modelleerimistööriist kasutajal reguleerida peamisi parameetreid, muutes inimsilmast selgelt erinevad pinnad mõõtmiste poolest erinevad. Näiteks ei saa mõned parameetrid eristada kahte pinda, kus üks koosneb tippudest ja teine sama amplituudiga süvenditest.
Kokkuleppe kohaselt on iga 2D-kareduse parameeter suurtäht R, millele järgneb alaindeksis täiendavad märgid. Alamindeks määrab kasutatud valemi jaR tähendab, et valem on rakendatud 2D-kareduse profiilile.
Erinevad suurtähtede kasutamine tähendab, et valem on rakendatud erinevale profiilile. Näiteks Ra on karedusprofiili aritmeetiline keskmine, Pa on filtreerimata töötlemata profiili aritmeetiline keskmine ja Sa on 3D-kareduse aritmeetiline keskmine.
Amplituudi seaded
Amplituudiparameetrid iseloomustavad pinda karedusprofiili vertikaalsete kõrvalekallete põhjal keskjoonest. Näiteks filtreeritud karedusprofiili aritmeetilise keskmise, mis on määratud keskjoonest kõrvalekalletest hindamispikkuses, saab seostada selle kareduse jaoks kogutud punktide vahemikuga. Seda väärtust kasutatakse sageli pinna kareduse viitena.
Aritmeetiline keskmine karedus on kõige laialdasem alt kasutatav ühemõõtmeline parameeter.
Uuringud ja vaatlus
Matemaatik Benoit Mandelbrot tõi välja seose pinnakareduse ja fraktaalmõõtme vahel. Kirjeldus, mida kujutab fraktal mikrokareduse tasemel, võimaldab kontrollida materjali omadusi ja laastude moodustumist. Kuid fraktaalid ei suuda pakkuda tüüpilist töödeldud pinda, mida mõjutavad tööriista etteandemärgid, täisskaalas, nad eiravad lõikeserva geomeetriat.
Veidi rohkem mõõtmisest
Pinna kareduse parameetrid on määratletud ISO 25178 seerias.väärtused: Sa, Sq, Sz… Paljud optilised mõõteriistad on võimelised mõõtma pinna karedust pindala järgi. Pindala mõõtmised on võimalikud ka kontaktsüsteemidega. Sihtpiirkonnast tehakse mitu tihed alt asetsevat 2D-skannimist. Seejärel õmmeldakse need vastava tarkvara abil digitaalselt kokku, mille tulemuseks on 3D-kujutis ja vastavad kareduse parameetrid.
Pullapind
Mullapinna karedus (SSR) viitab maapinna mikro- ja makrotopograafias esinevatele vertikaalsetele muutustele, samuti nende stohhastilisele jaotusele. Seal on neli erinevat SSR-klassi, millest igaüks esindab iseloomulikku vertikaalset pikkuseskaalat:
- esimene klass sisaldab muutusi mikroreljeefis üksikutest mullateradest kuni täitematerjalideni suurusjärgus 0,053–2,0 mm;
- teine klass koosneb mullaklompide variatsioonidest vahemikus 2 kuni 100 mm;
- mulla pinnakareduse kolmas klass on mullaharimisest tingitud süstemaatilised kõrguse muutused, mida nimetatakse orienteeritud kareduseks (OS), mis jääb vahemikku 100–300 mm;
- neljas klass sisaldab tasapinnalist kumerust või makroskaala topograafilisi tunnuseid.
Esimesed kaks klassi selgitavad nn mikrokaredust, mis on näidanud, et see mõjutab oluliselt sündmust ja hooajalist skaalat sõltuv alt vastav alt sademetest ja mullaharimisest. Kõige sagedamini määratakse mikrokareduskvantifitseeritakse juhusliku karedusega, mis on sisuliselt kihi pinna kõrguse andmete standardhälve keskmise kõrguse ümber pärast kalde korrigeerimist, kasutades parima sobivuse tasapinda ja eemaldades üksikute kõrguste näitude mullaharimisefektid. Kokkupuude sademetega võib sõltuv alt algtingimustest ja mulla omadustest põhjustada mikrokareduse halvenemist või suurenemist.
Karedatel maapindadel kipub vihmapihusti purunev toime mullapinna kareduse servi tasandama, mille tulemuseks on RR üldine vähenemine. Hiljutine uuring, milles uuriti siledate pinnasepindade reaktsiooni sademetele, näitas aga, et RR võib märkimisväärselt suureneda väikeste esialgsete mikrokaredusskaalade korral, suurusjärgus 0–5 mm. Samuti on näidatud, et tõus või langus on erinevate SSR-skooride puhul ühtlane.
Mehaanika
Pinnastruktuur mängib võtmerolli kontaktmehaanika, st mehaanilise käitumise juhtimisel, mis ilmneb kahe tahke objekti liideses, kui nad lähenevad üksteisele ja lähevad kontaktivab alt täiskontaktile. Täpsem alt, normaalse kontakti jäikuse määravad valdav alt karedusstruktuurid (pinna kalle ja fraktilisus) ja materjali omadused.
Insenerpinna vaatenurgast peetakse karedust detailide jõudlust kahjustavaks. Seetõttu seab enamik väljatrükke ülempiirikaredus, kuid mitte põhi. Erandiks on silindriaugud, mille pinnaprofiilis säilib õli ja nõutav on minimaalne pinnakaredus (Rz).
Struktuur ja frakaalsus
Pinna struktuur on sageli tihed alt seotud selle hõõrde- ja kulumiskindlate omadustega. Suurema fraktaalmõõtmega, suure väärtusega või positiivse väärtusega pinnal on tavaliselt veidi suurem hõõrdumine ja see kulub kiiresti. Karedusprofiili tipud ei ole alati kokkupuutepunktid. Arvestada tuleb ka kuju ja lainelisusega (st nii amplituudiga kui ka sagedusega), eriti pinnakareduse töötlemisel.
