La rugosité de surface est un paramètre de matériau spécial. Ce nom est souvent abrégé en rugosité et est un composant de la texture de surface. Elle est quantitativement déterminée par les déviations de la direction du vecteur de surface réelle par rapport à sa forme idéale. Si ces écarts sont importants, la surface est rugueuse; s'ils sont petits, la surface est lisse. En métrologie des surfaces, la rugosité est généralement considérée comme la composante à haute fréquence et à courte longueur d'onde de la surface mesurée. Cependant, dans la pratique, il est souvent nécessaire de connaître à la fois l'amplitude et la fréquence pour s'assurer qu'une surface est adaptée à un usage particulier. La rugosité de surface est un paramètre de conception très important.
Rôle et signification
La rugosité joue un rôle important dans la détermination de la manière dont un objet réel interagira avec son environnement. En tribologieLes surfaces rugueuses s'usent généralement plus rapidement et ont des coefficients de frottement plus élevés que les surfaces lisses. La rugosité est souvent un bon prédicteur des performances d'un composant mécanique, car les irrégularités de surface peuvent former des sites de nucléation pour les fissures ou la corrosion. D'autre part, la rugosité peut favoriser l'adhérence. D'une manière générale, au lieu des descripteurs d'échelle, les descripteurs d'échelle croisée tels que la fractalité de surface fournissent des prédictions plus significatives des interactions mécaniques sur les surfaces, y compris la rigidité de contact et le frottement statique. La rugosité de surface est un paramètre assez complexe, dont les détails peuvent être trouvés ci-dessous.
Valeurs hautes et basses
Bien qu'une valeur de rugosité élevée soit souvent indésirable, elle peut être difficile et coûteuse à contrôler lors de la fabrication. Par exemple, il est difficile et coûteux de contrôler la rugosité de surface des pièces FDM. La réduction de ces taux augmente généralement le coût de fabrication. Cela se traduit souvent par un compromis entre le coût de production d'un composant et son efficacité dans l'application.
Méthodes de mesure
L'indice peut être mesuré par comparaison manuelle avec un "comparateur de rugosité" (un échantillon de rugosité de surface connue), mais plus généralement la mesure d'un profil de surface se fait avec des profilomètres. Ils peuvent être de type contact (généralement un stylet en diamant) ou optiques (par exemple,interféromètre à lumière blanche ou microscope confocal à balayage laser).
Cependant, une rugosité contrôlée peut souvent être souhaitable. Par exemple, une surface brillante peut être trop brillante pour les yeux et trop glissante pour le doigt (un bon exemple est le pavé tactile), des performances contrôlées sont donc nécessaires. La rugosité de surface est l'endroit où l'amplitude et la fréquence sont très importantes.
Sa valeur peut être calculée soit à partir du profil (ligne) soit à partir de la surface (aire). Le paramètre de rugosité du profil (Ra, Rq, …) est plus courant. Les paramètres de rugosité de surface (Sa, Sq, …) donnent des définitions plus significatives.
Paramètres
Chacun des paramètres de rugosité est calculé par la formule de description de surface. Les références standard qui décrivent chacun d'eux en détail sont les surfaces et leurs mesures. La rugosité de surface est une caractéristique.
Les paramètres de rugosité du profil sont inclus dans la norme britannique (et mondiale) BS EN ISO 4287: 2000, qui est identique à la norme ISO 4287: 1997. La norme est basée sur le système ″M″ (Midline).
Il existe de nombreux paramètres de rugosité différents, mais ceux ci-dessus sont les plus courants, bien que la standardisation se produise souvent pour des raisons historiques plutôt que de mérite. La rugosité de surface est un ensemble d'irrégularités.
Certains paramètres ne sont utilisés que dans certains secteurs ou dans certains pays. Par exemple, les paramètres MOTIF sont principalement utilisés dans l'industrie automobile française. Méthode MOTIFfournit une évaluation graphique du profil de surface sans filtrer l'ondulation de la rugosité. Le MOTIF est constitué de la partie du profil entre deux pics, et les combinaisons finales éliminent les pics "mineurs" et conservent les "significatifs". La rugosité de surface dans un dessin est la présence de bosses imprimées et soigneusement mesurées dessus.
Étant donné que ces paramètres réduisent toutes les informations de profil à un seul chiffre, il convient d'être prudent lors de leur application et de leur interprétation. De petits changements dans la façon dont les données de profil brutes sont filtrées, la façon dont la ligne médiane est calculée et la physique de la mesure peuvent grandement affecter le paramètre calculé. Sur les équipements numériques modernes, les scans peuvent être évalués pour s'assurer qu'il n'y a pas de problèmes évidents qui faussent les valeurs.
Caractéristiques des paramètres et mesures
Parce que la signification réelle de chaque mesure peut ne pas être évidente pour de nombreux utilisateurs, l'outil de modélisation permet à l'utilisateur d'ajuster les paramètres clés, en rendant les surfaces qui sont nettement différentes de l'œil humain, et dont les mesures diffèrent. Par exemple, certains paramètres ne permettent pas de distinguer deux surfaces, l'une constituée de pics et l'autre de creux de même amplitude.
Par convention, chaque paramètre de rugosité 2D est un R majuscule suivi de caractères supplémentaires en indice. L'indice indique la formule qui a été utilisée, etR signifie que la formule a été appliquée à un profil de rugosité 2D.
Une capitalisation différente signifie que la formule a été appliquée à un profil différent. Par exemple, Ra est la moyenne arithmétique du profil de rugosité, Pa est la moyenne arithmétique du profil brut non filtré et Sa est la moyenne arithmétique de la rugosité 3D.
Paramètres d'amplitude
Les paramètres d'amplitude caractérisent la surface en fonction des déviations verticales du profil de rugosité par rapport à la ligne médiane. Par exemple, la moyenne arithmétique du profil de rugosité filtré, déterminée à partir des écarts par rapport à la ligne médiane dans la longueur d'évaluation, peut être liée à la plage de points collectés pour cette rugosité. Cette valeur est souvent utilisée comme référence pour la rugosité de surface.
La rugosité moyenne arithmétique est le paramètre unidimensionnel le plus largement utilisé.
Recherche et observation
Le mathématicien Benoit Mandelbrot a souligné la relation entre la rugosité de surface et la dimension fractale. La description représentée par une fractale au niveau de la microrugosité peut permettre de contrôler les propriétés du matériau et le type de formation des copeaux. Mais les fractales ne peuvent pas fournir une représentation à grande échelle d'une surface usinée typique affectée par les marques d'avance d'outil, elles ignorent la géométrie des arêtes de coupe.
Un peu plus sur la mesure
Les paramètres de rugosité de surface sont définis dans la série ISO 25178.valeurs: Sa, Sq, Sz… De nombreux instruments de mesure optiques sont capables de mesurer la rugosité de surface par zone. Les mesures de surface sont également possibles avec des systèmes de contact. Plusieurs numérisations 2D étroitement espacées sont prises à partir de la zone cible. Ils sont ensuite assemblés numériquement à l'aide du logiciel approprié, ce qui donne une image 3D et les paramètres de rugosité correspondants.
Surface du sol
La rugosité de la surface du sol (SSR) fait référence aux changements verticaux présents dans la micro- et macrotopographie de la surface du sol, ainsi qu'à leur distribution stochastique. Il existe quatre classes SSR différentes, chacune représentant une échelle de longueur verticale caractéristique:
- la première classe comprend les changements de microrelief des grains de sol individuels aux agrégats de l'ordre de 0,053 à 2,0 mm;
- deuxième classe se compose de variations de mottes de terre de 2 à 100 mm;
- la troisième classe de rugosité de la surface du sol correspond aux changements d'élévation systématiques dus au travail du sol, appelés rugosité orientée (OS), allant de 100 à 300 mm;
- la quatrième classe comprend la courbure plane ou les caractéristiques topographiques à l'échelle macro.
Les deux premières classes expliquent ce que l'on appelle la micro-rugosité, dont il a été démontré qu'elle influence grandement l'événement et l'échelle saisonnière en fonction des précipitations et du travail du sol, respectivement. La microrugosité est le plus souvent déterminéequantifié par la rugosité aléatoire, qui est essentiellement l'écart type des données d'élévation de la surface de la couche autour de la hauteur moyenne après correction de la pente, en utilisant un plan de meilleur ajustement et en supprimant les effets du travail du sol dans les relevés de hauteur individuels. L'exposition aux précipitations peut entraîner une détérioration ou une augmentation de la micro-rugosité, selon les conditions initiales et les propriétés du sol.
Sur les surfaces de sol rugueuses, l'action de séparation du jet de pluie a tendance à lisser les bords de la rugosité de la surface du sol, ce qui entraîne une réduction globale du RR. Cependant, une étude récente qui a examiné la réponse des surfaces de sol lisses aux précipitations a montré que le RR peut augmenter de manière significative à de petites échelles de microrugosité initiales de l'ordre de 0 à 5 mm. Il a également été démontré que l'augmentation ou la diminution est cohérente entre les différents scores SSR.
Mécanique
La structure de surface joue un rôle clé dans le contrôle de la mécanique de contact, c'est-à-dire le comportement mécanique qui se produit à l'interface entre deux objets solides lorsqu'ils se rapprochent et passent du non-contact au contact total. En particulier, la rigidité de contact normale est principalement déterminée par les structures de rugosité (pente de surface et fractalité) et les propriétés des matériaux.
Du point de vue de l'ingénierie des surfaces, la rugosité est considérée comme préjudiciable aux performances des pièces. En conséquence, la plupart des impressions de production fixent une limite supérieurerugosité, mais pas le fond. L'exception concerne les alésages de cylindre où l'huile est retenue dans le profil de surface et une rugosité de surface minimale (Rz) est requise.
Structure et fractalité
La structure d'une surface est souvent étroitement liée à ses propriétés de frottement et de résistance à l'usure. Une surface avec une dimension fractale plus élevée, une grande valeur ou une valeur positive aura généralement un frottement légèrement plus élevé et s'usera rapidement. Les pics du profil de rugosité ne sont pas toujours des points de contact. La forme et l'ondulation (c'est-à-dire l'amplitude et la fréquence) doivent également être prises en compte, en particulier lors du traitement de la rugosité de surface.
