Kekasaran permukaan adalah parameter material khusus. Nama ini sering disingkat menjadi hanya kekasaran dan merupakan komponen tekstur permukaan. Secara kuantitatif ditentukan oleh penyimpangan arah vektor permukaan nyata dari bentuk idealnya. Jika penyimpangan ini besar, permukaannya kasar; jika kecil, permukaannya halus. Dalam metrologi permukaan, kekasaran biasanya dianggap sebagai frekuensi tinggi, komponen panjang gelombang pendek dari permukaan yang diukur. Namun, dalam praktiknya seringkali perlu mengetahui amplitudo dan frekuensi untuk memastikan bahwa suatu permukaan cocok untuk tujuan tertentu. Kekasaran permukaan adalah parameter desain yang sangat penting.
Peran dan Arti
Kekasaran memainkan peran penting dalam menentukan bagaimana objek nyata akan berinteraksi dengan lingkungannya. Dalam tribologiPermukaan kasar umumnya lebih cepat aus dan memiliki koefisien gesekan yang lebih tinggi daripada permukaan halus. Kekasaran seringkali merupakan prediktor yang baik dari kinerja komponen mekanis, karena ketidakteraturan permukaan dapat membentuk situs nukleasi untuk retakan atau korosi. Di sisi lain, kekasaran dapat meningkatkan daya rekat. Secara umum, alih-alih deskriptor skala, deskriptor lintas skala seperti fraktalitas permukaan memberikan prediksi interaksi mekanis yang lebih bermakna pada permukaan, termasuk kekakuan kontak dan gesekan statis. Kekasaran permukaan adalah parameter yang agak rumit, detailnya dapat ditemukan di bawah.
Nilai tinggi dan rendah
Meskipun nilai kekasaran yang tinggi sering kali tidak diinginkan, hal ini dapat menjadi sulit dan mahal untuk dikontrol selama pembuatan. Misalnya, sulit dan mahal untuk mengontrol kekasaran permukaan bagian FDM. Mengurangi tarif ini biasanya meningkatkan biaya pembuatan. Hal ini sering mengakibatkan trade-off antara biaya produksi komponen dan efisiensi dalam penerapannya.
Metode pengukuran
Indeks dapat diukur dengan perbandingan manual dengan "pembanding kekasaran" (contoh kekasaran permukaan yang diketahui), tetapi lebih umum pengukuran profil permukaan dilakukan dengan profilometer. Mereka dapat dari jenis kontak (biasanya stylus berlian) atau optik (misalnya,interferometer cahaya putih atau mikroskop confocal pemindaian laser).
Namun, kekasaran yang terkontrol sering kali diinginkan. Misalnya, permukaan yang mengilap bisa terlalu mengkilat untuk mata dan terlalu licin untuk jari (contoh yang bagus adalah bidang sentuh), sehingga diperlukan kinerja yang terkontrol. Kekasaran permukaan adalah di mana amplitudo dan frekuensi sangat penting.
Nilainya dapat dihitung baik dari profil (garis) atau dari permukaan (luas). Parameter kekasaran profil (Ra, Rq, …) lebih umum. Parameter kekasaran area (Sa, Sq, …) memberikan definisi yang lebih bermakna.
Parameter
Setiap parameter kekasaran dihitung dengan rumus deskripsi permukaan. Referensi standar yang menjelaskan masing-masing secara rinci adalah permukaan dan ukurannya. Kekasaran permukaan adalah karakteristik.
Parameter kekasaran profil disertakan dalam standar Inggris (dan di seluruh dunia) BS EN ISO 4287: 2000, yang identik dengan ISO 4287: 1997. Standar ini didasarkan pada sistem M″ (Garis Tengah).
Ada banyak parameter kekasaran yang berbeda, tetapi yang di atas adalah yang paling umum, meskipun standardisasi sering kali terjadi karena alasan historis dan bukan karena prestasi. Kekasaran permukaan adalah kumpulan ketidakteraturan.
Beberapa parameter hanya digunakan di industri tertentu atau di negara tertentu. Misalnya, parameter MOTIF terutama digunakan di industri otomotif Prancis. Metode MOTIFmemberikan evaluasi grafis dari profil permukaan tanpa menyaring gelombang dari kekasaran. MOTIF terdiri dari bagian profil antara dua puncak, dan kombinasi terakhir menghilangkan puncak "minor" dan mempertahankan yang "signifikan". Kekasaran permukaan dalam gambar adalah adanya tonjolan yang dicetak dan diukur dengan cermat di atasnya.
Karena parameter ini mengurangi semua informasi profil menjadi satu nomor, perhatian harus diberikan saat menerapkan dan menafsirkannya. Perubahan kecil dalam cara data profil mentah disaring, bagaimana garis tengah dihitung, dan fisika pengukuran dapat sangat memengaruhi parameter yang dihitung. Pada peralatan digital modern, hasil pindaian dapat dievaluasi untuk memastikan tidak ada gangguan yang jelas yang mencondongkan nilai.
Fitur parameter dan pengukuran
Karena mungkin tidak jelas bagi banyak pengguna apa arti sebenarnya dari setiap pengukuran, alat pemodelan memungkinkan pengguna untuk menyesuaikan parameter utama, membuat permukaan yang sangat berbeda dari mata manusia, berbeda dalam pengukuran. Misalnya, beberapa parameter tidak dapat membedakan antara dua permukaan, di mana satu terdiri dari puncak dan lainnya terdiri dari lembah dengan amplitudo yang sama.
Dengan konvensi, setiap parameter kekasaran 2D adalah huruf besar R diikuti dengan karakter tambahan dalam subskrip. Subskrip menentukan rumus yang digunakan, danR berarti rumus telah diterapkan pada profil kekasaran 2D.
Kapitalisasi yang berbeda berarti rumus telah diterapkan ke profil yang berbeda. Misalnya, Ra adalah rata-rata aritmatika dari profil kekasaran, Pa adalah rata-rata aritmatika dari profil mentah yang tidak difilter, dan Sa adalah rata-rata aritmatika dari kekasaran 3D.
Pengaturan amplitudo
Parameter amplitudo mencirikan permukaan berdasarkan deviasi vertikal profil kekasaran dari garis tengah. Misalnya, rata-rata aritmatika dari profil kekasaran yang difilter, ditentukan dari deviasi dari garis tengah dalam panjang evaluasi, dapat dikaitkan dengan kisaran titik yang dikumpulkan untuk kekasaran itu. Nilai ini sering digunakan sebagai acuan kekasaran permukaan.
Kekasaran rata-rata aritmatika adalah parameter satu dimensi yang paling banyak digunakan.
Penelitian dan observasi
Ahli matematika Benoit Mandelbrot menunjukkan hubungan antara kekasaran permukaan dan dimensi fraktal. Deskripsi yang diwakili oleh fraktal pada tingkat kekasaran mikro memungkinkan untuk mengontrol sifat material dan jenis pembentukan chip. Tetapi fraktal tidak dapat memberikan representasi skala penuh dari permukaan mesin tipikal yang dipengaruhi oleh tanda umpan pahat, mereka mengabaikan geometri ujung tombak.
Sedikit lagi tentang pengukuran
Parameter kekasaran permukaan ditentukan dalam seri ISO 25178.nilai: Sa, Sq, Sz… Banyak alat ukur optik mampu mengukur kekasaran permukaan berdasarkan luas. Pengukuran area juga dimungkinkan dengan sistem kontak. Pemindaian 2D dengan jarak yang berdekatan diambil dari area target. Mereka kemudian digabungkan secara digital menggunakan perangkat lunak yang sesuai, menghasilkan gambar 3D dan parameter kekasaran yang sesuai.
Permukaan tanah
Kekasaran permukaan tanah (SSR) mengacu pada perubahan vertikal yang ada pada mikrotopografi dan makrotopografi permukaan tanah, serta distribusi stokastiknya. Ada empat kelas SSR yang berbeda, masing-masing mewakili skala panjang vertikal yang khas:
- kelas pertama mencakup perubahan relief mikro dari butiran tanah individu menjadi agregat dengan orde 0,053–2,0 mm;
- kelas kedua terdiri dari variasi gumpalan tanah dari 2 sampai 100 mm;
- Kekasaran permukaan kelas ketiga adalah perubahan elevasi sistematis akibat pengolahan tanah, yang disebut kekasaran berorientasi (OS), berkisar antara 100 hingga 300 mm;
- kelas keempat mencakup kelengkungan planar atau fitur topografi skala makro.
Dua kelas pertama menjelaskan apa yang disebut kekasaran mikro, yang telah terbukti sangat mempengaruhi kejadian dan skala musiman masing-masing tergantung pada curah hujan dan pengolahan tanah. Kekasaran mikro paling sering ditentukandiukur dengan kekasaran acak, yang pada dasarnya adalah standar deviasi data elevasi permukaan lapisan di sekitar ketinggian rata-rata setelah koreksi kemiringan, menggunakan bidang yang paling sesuai dan menghilangkan efek persiapan lahan dalam pembacaan ketinggian individu. Paparan presipitasi dapat menyebabkan kerusakan atau peningkatan kekasaran mikro, tergantung pada kondisi awal dan sifat tanah.
Pada permukaan tanah yang kasar, aksi breakaway dari semprotan hujan cenderung menghaluskan tepi kekasaran permukaan tanah, menghasilkan pengurangan keseluruhan dalam RR. Namun, studi terbaru yang meneliti respons permukaan tanah halus terhadap curah hujan menunjukkan bahwa RR dapat meningkat secara signifikan pada skala kekasaran mikro awal yang kecil dari orde 0-5 mm. Juga telah ditunjukkan bahwa kenaikan atau penurunan konsisten di seluruh skor SSR yang berbeda.
Mekanika
Struktur permukaan memainkan peran kunci dalam mengontrol mekanika kontak, yaitu, perilaku mekanis yang terjadi pada antarmuka antara dua benda padat saat mereka saling mendekat dan beralih dari non-kontak ke kontak penuh. Secara khusus, kekakuan kontak normal ditentukan terutama oleh struktur kekasaran (kemiringan permukaan dan fraktalitas) dan sifat material.
Dari perspektif permukaan teknik, kekasaran dianggap merusak kinerja komponen. Akibatnya, sebagian besar cetakan produksi menetapkan batas ataskekasaran, tapi tidak bawah. Pengecualian adalah lubang silinder di mana minyak tertahan di profil permukaan dan kekasaran permukaan minimum (Rz) diperlukan.
Struktur dan fraktalitas
Struktur permukaan sering kali berkaitan erat dengan sifat gesekan dan ketahanan ausnya. Permukaan dengan dimensi fraktal yang lebih tinggi, nilai yang besar, atau nilai positif biasanya akan memiliki gesekan yang sedikit lebih tinggi dan akan cepat aus. Puncak dalam profil kekasaran tidak selalu merupakan titik kontak. Bentuk dan gelombang (yaitu, baik amplitudo dan frekuensi) juga harus dipertimbangkan, terutama saat memproses kekasaran permukaan.
