Rugozitate

Rugozitatea este proprietatea unei suprafețe a corpului formată din micro-imperfecțiuni geometrice intrinseci sau rezultate din prelucrarea mecanică; aceste imperfecțiuni apar în general sub formă de caneluri sau zgârieturi, de formă, adâncime și direcție variabile.

Suprafaţă

Există trei tipuri de suprafețe: reală, geometrică și de referință.

Suprafață reală : este suprafața care delimitează corpul considerat și îl separă de mediul înconjurător;
Suprafață geometrică : este suprafața ideală a cărei formă este definită prin desenul corpului sau prin orice alt document tehnic;
Suprafața de referință : este suprafața cu privire la care sunt determinați parametrii de rugozitate.

Măsurare

Rugozitatea unei suprafețe poate fi măsurată folosind instrumente numite rugometre . Procedura de măsurare a rugozității constă în înregistrarea profilului de suprafață obținut de-a lungul unei linii de măsurare determinate; acest profil este apoi analizat prin definirea unui parametru numeric care constituie măsura rugozității . O parte fundamentală a procesului de calcul al diferiților parametri de rugozitate este operația de filtrare care permite obținerea unei măsurători numai a calității suprafeței, purificată de efectele pe care erorile de geometrie ale piesei le au asupra profilului măsurat.

Măsurarea rugozității Ra , exprimată în microni , este valoarea medie aritmetică a abaterilor (luate ca valoare absolută) ale profilului real al suprafeței în raport cu linia medie. Această măsurare se referă la o lungime de bază l a profilului analizat pentru a evita influența altor tipuri de nereguli.

Cu toate acestea, valoarea Ra nu este suficientă pentru a defini complet caracteristicile morfologice ale suprafeței, deoarece profilurile cu tendințe diferite de la aceeași deviere medie aritmetică vor avea aceeași valoare Ra; din acest motiv au fost introduși și alți parametri, cum ar fi Rq , media pătratică a abaterilor punctelor profilului de la linia medie; acest parametru, fiind o medie pătratică, este mai sensibil la abaterile bruste ale profilului de la o tendință regulată și este în general mai mare decât valoarea Ra.

Parametrii fundamentali ai rugozității suprafeței

Decalarea profilului

Este distanța dintre un punct al profilului și linia de referință, luată în direcția de măsurare.

Nota de subsol

Ca orientare, pot fi luate următoarele:

Linia medie a celor mai mici pătrate ale profilului, mai simplu numită Linia medie, care are forma profilului geometric și care împarte profilul astfel încât, în lungimea bazei „l”, suma pătratelor abaterilor începând de la această linie este minimă.
Linia medie aritmetică a profilului, numită și linie centrală, are forma profilului geometric, este paralelă cu direcția acestuia și împarte profilul astfel încât, în lungimea bazei, suma ariilor F și a celor F 'între linia centrală și profilul sunt egale.

Vârful local al profilului

Este partea profilului care unește două minime adiacente ale aceluiași profil.

Valea profilului local

Este partea profilului care unește două maxime adiacente ale aceluiași profil. Un vârf local și valea lui adiacentă constituie o neregulă locală .

Vârful profilului

Este porțiunea profilului, deasupra liniei medii m, care unește două puncte consecutive de intersecție a profilului cu linia medie.

Valea profilului

În mod similar, este porțiunea profilului sub linia medie m, care unește două puncte consecutive de intersecție a profilului cu linia medie. Un vârf de profil și o vale adiacentă constituie o neregularitate a profilului . Paralelele cu linia medie care trece respectiv prin punctul cel mai înalt și cel mai jos al profilului sunt linia de vârf a profilului și linia de vale a profilului.

Alți parametri cunoscuți

Legat de nereguli în direcția înălțimii profilului

Graficul referitor la rugozitatea unei suprafețe, arată diferitele distanțe dintre linia de referință și linia de vârf de deasupra sau linia de vale de sub aceasta, indicând respectiv diferitele înălțimi ale vârfului de profil ( $y_{p}$ ${\ displaystyle y_ {p}}$ $y_ {p}$ ) sau diferitele adâncimi ale văii profilate ( $y_{v}$ ${\ displaystyle y_ {v}}$ $y_ {v}$ ). Este indicată și înălțimea maximă de vârf ( $R_{p}$ ${\ displaystyle R_ {p}}$ $R_ {p}$ ), adâncimea maximă a văii ( $R_{v}$ ${\ displaystyle R_ {v}}$ $R_ {v}$ ) și suma lor care este înălțimea maximă a profilului ( $R_{t}$ ${\ displaystyle R_ {t}}$ $R_ {t}$ ).

Înălțimea neregulilor în 10 puncte

Este media aritmetică a valorilor absolute ale celor mai înalte 5 vârfuri și ale celor 5 adânci văi incluse într-un interval de bază.

$R_{z}={\sum _{i=1}^{5}|y_{p}i|+\sum _{i=1}^{5}|y_{v}i| \over 5}$ ${\ displaystyle R_ {z} = {\ sum _ {i = 1} ^ {5} | y_ {p} i | + \ sum _ {i = 1} ^ {5} | y_ {v} i | \ peste 5}}$ ${\ displaystyle R_ {z} = {\ sum _ {i = 1} ^ {5} | y_ {p} i | + \ sum _ {i = 1} ^ {5} | y_ {v} i | \ peste 5}}$

Legat de nereguli în direcția lungimii profilului

Gama de nereguli de profil ( $S_{m}$ ${\ displaystyle S_ {m}}$ $S_ {m}$ ): este lungimea secțiunii liniei de mijloc care conține un vârf al profilului și valea adiacentă a profilului. Valoarea medie n a intervalelor de nereguli de profil în linia de bază este intervalul mediu de nereguli de profil ( $S_{m}$ ${\ displaystyle S_ {m}}$ $S_ {m}$ ).

$S_{m}={{\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}}S_{mi}$ ${\ displaystyle S_ {m} = {{\ frac {1} {n}} \ sum _ {i = 1} ^ {n}} S_ {mi}}$ $S_ {m} = {{\ frac {1} {n}} \ sum _ {{i = 1}} ^ {n}} S _ {{mi}}$

Intervalul vârfurilor locale ale profilului: este lungimea unei secțiuni a liniei medii delimitate de proiecția pe această linie a celor două puncte cele mai înalte ale vârfurilor locale adiacente ale profilului. E este definită intervalul mediu al vârfurilor locale ale profilului S, valoarea medie a intervalelor profilului, în lungimea de bază.

$S={{\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}}S_{i}$ ${\ displaystyle S = {{\ frac {1} {n}} \ sum _ {i = 1} ^ {n}} S_ {i}}$ $S = {{\ frac {1} {n}} \ sum _ {{i = 1}} ^ {n}} S_ {i}$

În cele din urmă, luând în considerare lungimea dezvoltată a profilului $L_{o}$ ${\ displaystyle L_ {o}}$ $}$ (lungimea care ar fi obținută dacă profilul din lungimea bazei ar fi dezvoltat și măsurat pe o linie dreaptă) se definește raportul de lungime al profilului $l_{r}=l/L_{o}$ ${\ displaystyle l_ {r} = l / L_ {o}}$ $l_ {r} = l / L_ {o}$ , adică raportul dintre lungimea bazei și lungimea dezvoltată a profilului.

Masă de rugozitate unificată

Rugozitate [µm]	Clasa de rugozitate	Rugozitate [µm]	Clasa de rugozitate
50	N 12	0,8	N 6
25	N 11	0,4	N 5
12.5	N 10	0,2	N 4
6.3	N 9	0,1	N 3
3.2	N 8	0,05	N 2
1.6	N 7	0,025	N 1

Rugozitate pentru unele materiale

Iată câteva valori tipice de rugozitate (în mm ) pentru unele materiale:

Rășină, alamă, sticlă între 0,0015 și 0,02
Oțel bituminat între 0,10 și 0,15
Oțel asfaltat sau asfaltat între 0,3 și 0,9
Oțel periat cu 400 granulații între 0,3 și 0,35
Foi sudate între 0,2 și 1,0
Fontă acoperită cu bitum între 0,12 și 0,15
Fontă neacoperită între 0,2 și 0,4
Beton între 0,4 și 2,0.

Rugozitatea teoretică de la strunjire

În cazul unei suprafețe obținute prin strunjire „trecătoare” (finisare externă, alezare etc.) în care se folosește un instrument de tăiere cu rază $r$ ${\ displaystyle r}$ $r$ (de obicei măsurată în mm ) și este setat un avans de scule $f$ ${\ displaystyle f}$ $f$ (de obicei măsurat în mm / turație ), este posibil să se calculeze valoarea teoretică a parametrilor de rugozitate $R_{t}$ ${\ displaystyle R_ {t}}$ $R_ {t}$ Și $R_{a}$ ${\ displaystyle R_ {a}}$ $R_ {a}$ . ^[1]

Parametru $R_{t}$ ${\ displaystyle R_ {t}}$ $R_ {t}$ (înălțimea maximă a profilului)

Suprafață întoarsă: înălțimea maximă a profilului

R_{t}

{\ displaystyle R_ {t}}

R_ {t}

Cu referire la figura din lateral, pentru teorema lui Pitagora avem:

x={\sqrt {r^{2}-\left({\frac {f}{2}}\right)^{2}}}={\sqrt {r^{2}-{\frac {f^{2}}{4}}}}

{\ displaystyle x = {\ sqrt {r ^ {2} - \ left ({\ frac {f} {2}} \ right) ^ {2}}} = {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {f ^ {2}} {4}}}}}

{\ displaystyle x = {\ sqrt {r ^ {2} - \ left ({\ frac {f} {2}} \ right) ^ {2}}} = {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {f ^ {2}} {4}}}}}

Se obține apoi parametrul de rugozitate $R_{t}$ ${\ displaystyle R_ {t}}$ $R_ {t}$ după cum urmează:

R_{t}=r-x=r-{\sqrt {r^{2}-{\frac {f^{2}}{4}}}}

{\ displaystyle R_ {t} = rx = r - {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {f ^ {2}} {4}}}}}

{\ displaystyle R_ {t} = r-x = r - {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {f ^ {2}} {4}}}}}

Acest rezultat este bine aproximat de formula lui Schmalz :

R_{t}\approx {\frac {f^{2}}{8r}}

{\ displaystyle R_ {t} \ approx {\ frac {f ^ {2}} {8r}}}

{\ displaystyle R_ {t} \ approx {\ frac {f ^ {2}} {8r}}}

care este mai simplu și mai imediat (evitând inconvenientul de a calcula rădăcinile pătrate ) și, prin urmare, este adesea raportat în manuale de întoarcere.
NOTĂ: Formula lui Schmalz nu este alta decât primul termen diferit de zero (adică, în acest caz specific, termenul de gradul doi) din seria Taylor centrată în (zero) a formulei teoretice obținute anterior (având în vedere $R_{t}$ ${\ displaystyle R_ {t}}$ $R_ {t}$ în funcție de alimentarea sculelor $f$ ${\ displaystyle f}$ $f$ și asumând în schimb raza sculei $r$ ${\ displaystyle r}$ $r$ ca parametru fix).

Parametru $R_{a}$ ${\ displaystyle R_ {a}}$ $R_ {a}$ (media abaterilor absolute)

Deși este posibil să se găsească o soluție analitică exactă pentru valoarea teoretică a parametrului de rugozitate $R_{a}$ ${\ displaystyle R_ {a}}$ $R_ {a}$ (media abaterilor, în valoare absolută, a fiecărui punct al profilului față de linia medie a profilului), este complexă și, prin urmare, este puțin utilă. Soluția este următoarea:

R_{a}={\frac {2r^{2}}{f}}\arcsin {\left({\frac {\lambda }{2r}}\right)}-{\frac {\lambda }{f}}{\sqrt {r^{2}-{\frac {\lambda ^{2}}{4}}}}

{\ displaystyle R_ {a} = {\ frac {2r ^ {2}} {f}} \ arcsin {\ left ({\ frac {\ lambda} {2r}} \ right)} - ​​{\ frac { \ lambda} {f}} {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {\ lambda ^ {2}} {4}}}}}

{\ displaystyle R_ {a} = {\ frac {2r ^ {2}} {f}} \ arcsin {\ left ({\ frac {\ lambda} {2r}} \ right)} - ​​{\ frac { \ lambda} {f}} {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {\ lambda ^ {2}} {4}}}}}

Suprafața întoarsă: înălțime medie

\mu

{\ displaystyle \ mu}

\ mu

a profilului și a parametrului acestuia

\lambda

{\ displaystyle \ lambda}

\ lambda

unde valoarea $\lambda$ ${\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ ( lambda ) este definit ca:

\lambda =2{\sqrt {\mu \left(2r-\mu \right)}}

{\ displaystyle \ lambda = 2 {\ sqrt {\ mu \ left (2r- \ mu \ right)}}}

{\ displaystyle \ lambda = 2 {\ sqrt {\ mu \ left (2r- \ mu \ right)}}}

și valoarea $\mu$ ${\ displaystyle \ mu}$ $\ mu$ ( mu ) (înălțimea medie a profilului, calculată cu referire la punctul său cel mai mic) se calculează astfel:

\mu =r-{\frac {1}{2}}{\sqrt {r^{2}-{\frac {f^{2}}{4}}}}-{\frac {r^{2}}{f}}\arcsin {\left({\frac {f}{2r}}\right)}

{\ displaystyle \ mu = r - {\ frac {1} {2}} {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {f ^ {2}} {4}}}} - {\ frac {r ^ {2}} {f}} \ arcsin {\ left ({\ frac {f} {2r}} \ right)}}

{\ displaystyle \ mu = r - {\ frac {1} {2}} {\ sqrt {r ^ {2} - {\ frac {f ^ {2}} {4}}}} - {\ frac {r ^ {2}} {f}} \ arcsin {\ left ({\ frac {f} {2r}} \ right)}}

Cu toate acestea, există o aproximare empirică, uneori raportată în manuale de cotitură:

R_{a}\left(\mu {\mbox{m}}\right)\approx 32\cdot {\frac {\left[f\left({\mbox{mm}}\right)\right]^{2}}{r\left({\mbox{mm}}\right)}}

{\ displaystyle R_ {a} \ left (\ mu {\ mbox {m}} \ right) \ approx 32 \ cdot {\ frac {\ left [f \ left ({\ mbox {mm}} \ right) \ right ] ^ {2}} {r \ left ({\ mbox {mm}} \ right)}}}

{\ displaystyle R_ {a} \ left (\ mu {\ mbox {m}} \ right) \ approx 32 \ cdot {\ frac {\ left [f \ left ({\ mbox {mm}} \ right) \ right ] ^ {2}} {r \ left ({\ mbox {mm}} \ right)}}}

Această formulă practică este la rândul său o aproximare a primului termen non-zero (adică, încă o dată, al doilea termen de grad) al seriei Taylor centrat la (zero) a formulei teoretice exacte a rugozității medii $R_{a}$ ${\ displaystyle R_ {a}}$ $R_ {a}$ , adică:

R_{a}\approx {\frac {\sqrt {3}}{54}}{\frac {f^{2}}{r}}=0,032075...\cdot {\frac {f^{2}}{r}}

{\ displaystyle R_ {a} \ approx {\ frac {\ sqrt {3}} {54}} {\ frac {f ^ {2}} {r}} = 0,032075 ... \ cdot {\ frac {f ^ {2}} {r}}}

{\ displaystyle R_ {a} \ approx {\ frac {\ sqrt {3}} {54}} {\ frac {f ^ {2}} {r}} = 0,032075 ... \ cdot {\ frac {f ^ {2}} {r}}}

Notă

^ Determinarea analitică și experimentală a rugozității suprafeței Ra în timpul virării ( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187770581102933X )

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre duritate

Controlul autorității	LCCN (EN) sh85130724 · GND (DE) 4128988-2

Portalul de fizică

Portal de inginerie

[1] Determinarea analitică și experimentală a rugozității suprafeței Ra în timpul virării ( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187770581102933X )

[1]