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表面粗糙度理论发展研究
原作者:淮阴工学院 李伯奎 刘远伟 出处:
【论文摘要】表面粗糙度标准的提出和发展与工业生产技术的发
展密切相关,它经历了由定性评定到定量评定两个阶段。表面粗
糙度对机器零件表面性能的影响从1918年开始首先受到注意,
在飞机和飞机发动机设计中,由于要求用最少材料达到最大的强
度,人们开始对加工表面的刀痕和刮痕对疲劳强度的影响加以研
究。
1.表面粗糙度理论与标准的发展
表面粗糙度标准的提出和发展与工业生产技术的发展密切相关,
它经历了由定性评定到定量评定两个阶段。表面粗糙度对机器零
件表面性能的影响从1918年开始首先受到注意,在飞机和飞机
发动机设计中,由于要求用最少材料达到最大的强度,人们开始
对加工表面的刀痕和刮痕对疲劳强度的影响加以研究。但由于测
量困难,当时没有定量数值上的评定要求,只是根据目测感觉来
确定。在20世纪20~30年代,世界上很多工业国家广泛采用
三角符号(▽)的组合来表示不同精度的加工表面。
为研究表面粗糙度对零件性能的影响和度量表面微观不平度的
需要,从20 年代末到30 年代,德国、美国和英国等国的一些
专家设计制作了轮廓记录仪、轮廓仪,同时也产生出了光切式显
微镜和干涉显微镜等用光学方法来测量表面微观不平度的仪器,
给从数值上定量评定表面粗糙度创造了条件。从30 年代起,已
对表面粗糙度定量评定参数进行了研究,如美国的Abbott 就提
出了用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗
糙度。1936 年出版了Schmaltz 论述表面粗糙度的专著,对表面
粗糙度的评定参数和数值的标准化提出了建议。但粗糙度评定参
数及其数值的使用,真正成为一个被广泛接受的标准还是从40
年代各国相应的国家标准发布以后开始的。
首先是美国在1940 年发布了ASA B46.1 国家标准,之后又经过
几次修订,成为现行标准ANSI/ASME B46.1-1988 《表面结构表
面粗糙度、表面波纹度和加工纹理》,该标准采用中线制,并将
R 作为主参数;接着前苏联在1945 年发布了GOCT2789-1945
《表面光洁度、表面微观几何形状、分级和表示法》国家标准,
而后经过了3 次修订成为GOCT2789-1973 《表面粗糙度参数和
特征》,该标准也采用中线制,并规定了包括轮廓均方根偏差(即
现在的Rq)在内的6 个评定参数及其相应的参数值。另外,其它
工业发达国家的标准大多是在50 年代制定的,如联邦德国在
1952 年2 月发布了DIN4760 和DIN4762 有关表面粗糙度的评
定参数和术语等方面的标准等。
以上各国的国家标准中都采用了中线制作为表面粗糙度参数的
计算制,具体参数千差万别,但其定义的主要参数依然是Ra(或
Rq),这也是国际间交流使用最广泛的一个参数。
2 表面粗糙度标准中的基本参数定义
随着工业的发展和对外开放与技术合作的需要,我国对表面粗糙
度的研究和标准化愈来愈被科技和工业界所重视,为迅速改变国
内表面粗糙度方面的术语和概念不统一的局面,并达到与国际统
一的作用,我国等效采用国际标准化组织(ISO)有关的国际标准
制订了GB3505-1983《表面粗糙度术语表面及其参数》。GB3505
专门对有关表面粗糙度的表面及其参数等术语作了规定,其中有
三个部分共27个参数术语:
a. 与微观不平度高度特性有关的表面粗糙度参数术语。其中定
义的常用术语为:轮廓算术平均偏差Ra、轮廓均方根偏差Rq、
轮廓最大高度Ry和微观不平度十点高度Rz等11个参数。
b. 与微观不平度间距特性有关的表面粗糙度参数术语。其中有
轮廓微观不平度的平均间距Sm、轮廓峰密度D、轮廓均方根波
长lq 以及轮廓的单峰平均间距S等共9个参数。
c. 与微观不平度形状特性有关的表面粗糙度参数术语。这其中
有轮廓偏斜度Sk、轮廓均方根斜率Dq和轮廓支承长度率tp等
共5 个参数。
3 精密加工表面性能评价的内容及其迫切性
表面粗糙度参数这一概念开始提出时就是为了研究零件表面和
其性能之间的关系,实现对表面形貌准确的量化的描述。随着加
工精度要求的提高以及对具有特殊功能零件表面的加工需求,提
出了表面粗糙度评价参数的定量计算方法和数值规定,同时这也
推动了国家标准及国际标准的形成和发展。
在现代工业生产中,许多制件的表面被加工而具有特定的技术性
能特征,诸如:制件表面的耐磨性、密封性、配合性质、传热性、
导电性以及对光线和声波的
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