表面粗糙度測(cè)試方法及水平的發(fā)展
2010-04-08 11:20:54
為研究表面粗糙度對(duì)零件性能的影響和度量表面微觀不平度的需要，從20年代末到30年代，德國(guó)、美國(guó)和英國(guó)等國(guó)的一些專(zhuān)家設(shè)計(jì)制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時(shí)也產(chǎn)生出了光切式顯微鏡和干涉顯微鏡等用光學(xué)方法來(lái)測(cè)量表面微觀不平度的儀器，給從數(shù)值上定量評(píng)定表面粗糙度創(chuàng)造了條件。從30年代起，已對(duì)表面粗糙度定量評(píng)定參數(shù)進(jìn)行了研究，如美國(guó)的Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂?shù)纳疃群椭С虚L(zhǎng)度率曲線來(lái)表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz論述表面粗糙度的專(zhuān)著，對(duì)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)和數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化提出了建議。但粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值的使用，真正成為一個(gè)被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)還是從40年代各國(guó)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后開(kāi)始的。
首先是美國(guó)在1940年發(fā)布了ASA B46.1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，之后又經(jīng)過(guò)幾次修訂，成為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASME B46.1-1988《表面結(jié)構(gòu)表面粗糙度、表面波紋度和加工紋理》，該標(biāo)準(zhǔn)采用中線制，并將Ra作為主參數(shù)；接著前蘇聯(lián)在1945年發(fā)布了 GOCT2789-1945《表面光潔度、表面微觀幾何形狀、分級(jí)和表示法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而后經(jīng)過(guò)了3次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數(shù)和特征》，該標(biāo)準(zhǔn)也采用中線制，并規(guī)定了包括輪廓均方根偏差(即現(xiàn)在的Rq)在內(nèi)的6個(gè)評(píng)定參數(shù)及其相應(yīng)的參數(shù)值。另外，其它工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)大多是在50年代制定的，如聯(lián)邦德國(guó)在1952年2月發(fā)布了DIN4760和DIN4762有關(guān)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)和術(shù)語(yǔ)等方面的標(biāo)準(zhǔn)等。
以上各國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都采用了中線制作為表面粗糙度參數(shù)的計(jì)算制，具體參數(shù)千差萬(wàn)別，但其定義的主要參數(shù)依然是Ra(或Rq)，這也是國(guó)際間交流使用最廣泛的一個(gè)參數(shù)。
表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)中的基本參數(shù)定義
隨著工業(yè)的發(fā)展和對(duì)外開(kāi)放與技術(shù)合作的需要，我國(guó)對(duì)表面粗糙度的研究和標(biāo)準(zhǔn)化愈來(lái)愈被科技和工業(yè)界所重視，為迅速改變國(guó)內(nèi)表面粗糙度方面的術(shù)語(yǔ)和概念不統(tǒng)一的局面，并達(dá)到與國(guó)際統(tǒng)一的作用，我國(guó)等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術(shù)語(yǔ)表面及其參數(shù)》。GB3505專(zhuān)門(mén)對(duì)有關(guān)表面粗糙度的表面及其參數(shù)等術(shù)語(yǔ)作了規(guī)定，其中有三個(gè)部分共27個(gè)參數(shù)術(shù)語(yǔ)： 與微觀不平度高度特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)語(yǔ)。其中定義的常用術(shù)語(yǔ)為：輪廓算術(shù)平均偏差Ra、輪廓均方根偏差Rq、輪廓最大高度Ry和微觀不平度十點(diǎn)高度Rz等11個(gè)參數(shù)。
與微觀不平度間距特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)語(yǔ)。其中有輪廓微觀不平度的平均間距Sm、輪廓峰密度D、輪廓均方根波長(zhǎng)lq以及輪廓的單峰平均間距S等共9 個(gè)參數(shù)。 與微觀不平度形狀特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)語(yǔ)。這其中有輪廓偏斜度Sk、輪廓均方根斜率Dq和輪廓支承長(zhǎng)度率tp等共5 個(gè)參數(shù)。
精密加工表面性能評(píng)價(jià)的內(nèi)容及其迫切性
表面粗糙度參數(shù)這一概念開(kāi)始提出時(shí)就是為了研究零件表面和其性能之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面形貌準(zhǔn)確的量化的描述。隨著加工精度要求的提高以及對(duì)具有特殊功能零件表面的加工需求，提出了表面粗糙度評(píng)價(jià)參數(shù)的定量計(jì)算方法和數(shù)值規(guī)定，同時(shí)這也推動(dòng)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的形成和發(fā)展。
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，許多制件的表面被加工而具有特定的技術(shù)性能特征，諸如：制件表面的耐磨性、密封性、配合性質(zhì)、傳熱性、導(dǎo)電性以及對(duì)光線和聲波的反射性，液體和氣體在壁面的流動(dòng)性、腐蝕性，薄膜、集成電路元件以及人造器官的表面性能，測(cè)量?jī)x器和機(jī)床的精度、可靠性、振動(dòng)和噪聲等等功能，而這些技術(shù)性能的評(píng)價(jià)常常依賴于制件表面特征的狀況，也就是與表面的幾何結(jié)構(gòu)特征有密切聯(lián)系。因此，控制加工表面質(zhì)量的核心問(wèn)題在于它的使用功能，應(yīng)該根據(jù)各類(lèi)制件自身的特點(diǎn)規(guī)定能滿足其使用要求的表面特征參量。不難看出，對(duì)特定的加工表面，我們總希望用最(或比較)恰當(dāng)?shù)谋砻嫣卣鲄?shù)去評(píng)價(jià)它，以期達(dá)到預(yù)期的功能要求；同時(shí)我們希望參數(shù)本身應(yīng)該穩(wěn)定，能夠反映表面本質(zhì)的特征，不受評(píng)定基準(zhǔn)及儀器分辨率的影響，減少因?qū)﹄S機(jī)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量而帶來(lái)參數(shù)示值誤差。
但是從標(biāo)準(zhǔn)制定的特點(diǎn)和內(nèi)容上我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，特別是新型表面加工方法不斷出現(xiàn)和新的測(cè)量器具及測(cè)量方法的應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)中的許多參數(shù)已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，尤其是在一些特殊加工場(chǎng)合，如精加工時(shí)，用不同方法加工得到的Ra值相同(或很相近)的表面就不一定會(huì)具有相同的使用功能，可見(jiàn)，此時(shí)Ra值對(duì)這類(lèi)表面的評(píng)定顯得無(wú)能為力了，而且傳統(tǒng)評(píng)定方法過(guò)于注重對(duì)高度信息做平均化處理，而幾乎忽視水平方向的屬性，未能反映表面形貌的全面信息。近年來(lái)在表面特性研究的領(lǐng)域內(nèi)，相對(duì)地說(shuō)，關(guān)于零件表面功能特性方面的研究本身就較為薄弱，因?yàn)樗鼱可娴胶芏鄬W(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。機(jī)器的各類(lèi)零件在使用中各有不同的要求，研究表面特征的功能適應(yīng)性將十分復(fù)雜，這也限制了對(duì)表面形貌與其
