表面粗糙度理論與標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)的提出和發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，它經(jīng)歷了由定性評(píng)定到定量評(píng)定兩個(gè)階段。表面粗糙度對(duì)機(jī)器零件表面性能的影響從1918年開(kāi)始首先受到注意，在飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，由于要求用最少材料達(dá)到最大的強(qiáng)度，人們開(kāi)始對(duì)加工表面的刀痕和刮痕對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響加以研究。但由于測(cè)量困難，當(dāng)時(shí)沒(méi)有定量數(shù)值上的評(píng)定要求，只是根據(jù)目測(cè)感覺(jué)來(lái)確定。在20世紀(jì)20～30年代，世界上很多工業(yè)國(guó)家廣泛采用三角符號(hào)(▽)的組合來(lái)表示不同精度的加工表面。

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ASAB46.1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/ASMEB46.1-1988《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。