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。它经历了从定性评价到定量评价两个阶段。表面粗糙度对机械零件表面性能的影响自1918年以来一直备受关注。在飞机和飞机发动机的设计中,由于要求用较少的材料来获得较大的强度,因此研究了刀具痕迹和划痕对加工表面疲劳强度的影响。但由于测量困难,当时没有定量评价的要求,只能靠视觉来确定。20世纪二三十年代,世界上许多工业国家广泛采用三角形符号(▽)的组合来表示不同精度的加工表面。
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。它经历了从定性评价到定量评价两个阶段。表面粗糙度对机械零件表面性能的影响自1918年以来一直备受关注。在飞机和飞机发动机的设计中,由于要求用较少的材料来获得较大的强度,因此研究了刀具痕迹和划痕对加工表面疲劳强度的影响。但由于测量困难,当时没有定量评价的要求,只能靠视觉来确定。20世纪二三十年代,世界上许多工业国家广泛采用三角形符号(▽)的组合来表示不同精度的加工表面。
为了研究表面粗糙度对零件性能的影响,测量微表面粗糙度,从20世纪20年代末到30年代,德国、美国和英国的一些专家设计制造了轮廓记录仪和轮廓仪。同时,还研制了光学切削显微镜和干涉显微镜,用光学方法测量表面微观粗糙度,为用数值方法定量评价表面粗糙度创造了条件。自20世纪30年代以来,人们对表面粗糙度的定量评价参数进行了研究。例如,美国的Abbott提出利用表面轮廓峰值的深度和支承长度比曲线来表征表面粗糙度。1936年,schmaltz出版了一本关于表面粗糙度的专著,提出了表面粗糙度评价参数和值的标准化。然而,自20世纪40年代各国相应的国家标准颁布以来,粗糙度评定参数及其值的使用已成为广泛接受的标准。经过多次修订,成为现行标准ANSI/ASME B46.1-1988《表面结构、表面粗糙度、表面波纹度和加工织构》,采用中心线制,以RA为主要参数;前苏联颁布了表面光洁度、表面微观几何结构的国家标准,1945年《分类与表示法》(goct2789-1945),后三次修订为goct2789-1973《表面粗糙度参数与特性》,本标准也采用了中心线制,给出了等高线均方根偏差(现为RQ)等6个评价参数及其相应的参数值。另外,其他发达国家的标准大多是在20世纪50年代制定的,如1952年2月,德意志联邦共和国颁布了din4760和din4762关于表面粗糙度评定参数和术语的标准。
在上述国家的国家标准中,表面粗糙度参数的计算均采用中心线。具体参数变化很大,但定义的主要参数仍然是RA(或RQ),这也是国际通信中使用很广泛的参数。
表面粗糙度标准基本参数的定义
随着工业的发展,对外开放和技术合作的需要,表面粗糙度的研究和标准化越来越受到科学技术和工业的重视。为了迅速改变国内表面粗糙度中术语和概念的不统一,实现国际统一的作用,GB3505-1983"表面粗糙度术语曲面及其参数"是根据国际标准化组织(ISO)的有关国际标准(ISO)制定的。GB 3505明确定义了与表面粗糙度及其参数有关的术语,包括三个部分,共有27个参数术语:
a.与微观粗糙度高度特性有关的表面粗糙度参数的术语。通常定义的术语有:轮廓算术平均偏差Ra、轮廓均方根偏差RQ、轮廓高度Ry和微不均匀性十点高度Rz等。
b.与微粗糙度间距特性有关的表面粗糙度参数项,有9个参数,如平均间距Sm、峰值密度D、均方根波长LQ和单峰平均距离S。
c.表面粗糙度参数与微观粗糙度形状特征有关的术语,有五个参数:轮廓偏差Sk、剖面根均方斜率DQ和剖面支撑长度比tp。
精密加工表面性能评价的内容与紧迫性
提出了表面粗糙度参数的概念,研究了表面粗糙度参数与表面性能的关系,实现了对表面形貌的精确定量描述,随着加工精度的提高和对具有特殊功能的零件表面加工的要求,提出了表面粗糙度评价参数的定量计算方法和数值规律,促进了国家标准和国际标准的形成和发展。
在现代工业生产中,许多零件的表面都被加工出特定的技术性能特征,如耐磨性,密封性,相容性,传热性,光波和声波的导电性和反射性,液体和气体对壁面的流动性和腐蚀性,薄膜,集成电路元件和人造器官的表面性能,测量仪器和机床的精度,可靠性,振动和噪声等,而对这些技术性能的评价往往取决于零件表面特性的状况,即取决于表面的几何结构特征。不难看出,对于一个特定的加工表面,我们总是想用更多合适的表面特性参数来评价它,以满足预期的功能需求; 同时,希望参数本身应稳定,能反映表面性质的特征,不受评价基准和仪器分辨率的影响,并减小因测量随机过程而引起的参数指示误差
但是从规范制定的特性和内容上我们容易发现,随着现代工业的开展,特别是新型外表加工办法不时呈现和新的丈量用具及丈量办法的应用,规范中的许多参数已无法顺应现代消费的需求,特别是在一些特殊加工场所,如精加工时,用不同办法加工得到的Ra值相同(或很相近)的外表就有可能不会具有相同的运用功用,可见,此时Ra值对这类外表的评定显得无能为力了,而且传统评定办法过于注重对高度信息做均匀化处置,而简直无视程度方向的属性,未能反映外表形貌的全面信息。近年来在外表特性研讨的范畴内,相对地说,关于零件外表功用特性方面的研讨自身就较为单薄,由于它牵涉到很多学科和技术范畴。机器的各类零件在运用中各有不同的请求,研讨外表特征的功用顺应性将非常复杂,这也限制了对外表形貌与其功用特性关系的研讨。
工业消费的飞速开展迫切需求愈加卓有成效且顺应性更强的外表特征评价参数的呈现,为处理这一矛盾,各国的许多学者都在这方面加大研讨力度,以期在不远的未来制定出一套功用特性显著的参数。另一方面,为了避免“参数爆炸”,同时也避免大量相关参数的呈现,要做到用一个参数来评价多个性能特性,用数量很少的一组参数完成对外表的实质特征的精确描绘。