表面粗糙度標準的提出和發展與工業生產技術的發展密切相關,它經歷了由定性評定到定量評定兩個階段。表面粗糙度對機器零件表面性能的影響從1918年開始首先受到注意,在飛機和飛機發動機設計中,由于要求用最少材料達到最大的強度,人們開始對加工表面的刀痕和刮痕對疲勞強度的影響加以研究。但由于測量困難,當時沒有定量數值上的評定要求,只是根據目測感覺來確定。在20世紀20~30年代,世界上很多工業國家廣泛采用三角符號(▽)的組合來表示不同精度的加工表面。
二、表面粗糙度標準中的基本參數定義
隨著工業的發展和對外開放與技術合作的需要,我國對表面粗糙度的研究和標準化愈來愈被科技和工業界所重視,為迅速改變國內表面粗糙度方面的術語和概念不統一的局面,并達到與國際統一的作用,我國等效采用國際標準化組織(ISO)有關的國際標準制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術語表面及其參數》。GB3505專門對有關表面粗糙度的表面及其參數等術語作了規定,其中有三個部分共27個參數術語:
a.與微觀不平度高度特性有關的表面粗糙度參數術語。其中定義的常用術語為:輪廓算術平均偏差Ra、輪廓均方根偏差Rq、輪廓最大高度Ry和微觀不平度十點高度Rz等11個參數。
b.與微觀不平度間距特性有關的表面粗糙度參數術語。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lq以及輪廓的單峰平均間距S等共9個參數。
c.與微觀不平度形狀特性有關的表面粗糙度參數術語。這其中有輪廓偏斜度Sk、輪廓均方根斜率Dq和輪廓支承長度率tp等共5個參數。
三、精密加工表面性能評價的內容及其迫切性
表面粗糙度參數這一概念開始提出時就是為了研究零件表面和其性能之間的關系,實現對表面形貌準確的量化的描述。隨著加工精度要求的提高以及對具有特殊功能零件表面的加工需求,提出了表面粗糙度評價參數的定量計算方法和數值規定,同時這也推動了國家標準及國際標準的形成和發展。
在現代工業生產中,許多制件的表面被加工而具有特定的技術性能特征,諸如:制件表面的耐磨性、密封性、配合性質、傳熱性、導電性以及對光線和聲波的反射性,液體和氣體在壁面的流動性、腐蝕性,薄膜、集成電路元件以及人造器官的表面性能,測量儀器和機床的精度、可靠性、振動和噪聲等等功能,而這些技術性能的評價常常依賴于制件表面特征的狀況,也就是與表面的幾何結構特征有密切聯系。因此,控制加工表面質量的核心問題在于它的使用功能,應該根據各類制件自身的特點規定能滿足其使用要求的表面特征參量。不難看出,對特定的加工表面,我們總希望用最(或比較)恰當的表面特征參數去評價它,以期達到預期的功能要求;同時我們希望參數本身應該穩定,能夠反映表面本質的特征,不受評定基準及儀器分辨率的影響,減少因對隨機過程進行測量而帶來參數示值誤差。
四、表面粗糙度理論的新進展
表面形貌評定的核心在于特征信號的無失真提取和對使用性能的量化評定,國內外學者在這一方面做了大量工作,提出了許多分離與重構方法。隨著當今微機處理技術、集成電路技術、機電一體化技術等的發展,出現了用分形法、Motif法、功能參數集法、時間序列技術分析法、最小二乘多項式擬合法、濾波法等各種評定理論與方法,取得了顯著進展,下面對相對而言比較成熟的分形法、Motif法、特定功能參數集法進行介紹。
五、結語
表面形貌極大地影響著零件的使用性能,合理地表征和評定表面形貌是一項具有重要意義的課題,表面粗糙度理論及標準在不足百年的時間內得到了巨大的發展,隨著當今微機處理技術、集成電路技術等的發展,出現了時序分析法、最小二乘多項式擬合法、濾波法、分形法、Motif法、功能參數集法等各種評定方法,取得了諸多進展,但是它們只能得到真實表面的有限信息,仍然存在一些問題有待完善:
a.表面輪廓微觀統計特征的全面準確描述問題;
b.表面輪廓為隨機過程,評定參數的值并不確定,由此產生了測量不確定性問題;
c.評定參數的相互關系以及參數數目越來越多的參數爆炸問題;
d.表面輪廓的測量結果受測量基準和儀器分辨率影響的問題;
e.表面粗糙度參數與使用性能不能完全對應的問題。