徐健 賀婷婷 徐慧 楊林 姜杉

摘 要：零件的表面結(jié)構(gòu)是零件表面的微觀幾何特性，它是由獲得表面的工藝方法形成的，對(duì)零件的表面功能特性、使用壽命以及外觀質(zhì)量都有直接影響。因此，對(duì)零件表面結(jié)構(gòu)的要求必須在圖樣或其他技術(shù)產(chǎn)品文件中標(biāo)注清楚有重要的意義。本文對(duì)在工程圖學(xué)教學(xué)中貫徹“零件表面結(jié)構(gòu)的表示法”最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，了解優(yōu)先數(shù)系與標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)置關(guān)系，以及零件表面粗糙度參數(shù)值的選擇進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：零件表面結(jié)構(gòu) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 優(yōu)先數(shù)系 標(biāo)準(zhǔn)值

中圖分類號(hào)：TH126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（c）-0252-02

零件的表面結(jié)構(gòu)，主要指零件表面的微觀幾何特性，對(duì)零件工作性能中零件的耐磨性、配合性質(zhì)的穩(wěn)定性、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性及接觸剛度、密封性等有直接影響，關(guān)系到產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、可靠性和使用壽命。有關(guān)“表面結(jié)構(gòu)的表示法” 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在工程圖學(xué)課程中的教學(xué)有重要的意義。

1 零件表面結(jié)構(gòu)的表示法

1.1 “表面結(jié)構(gòu)的表示法”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

2006年7月中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了“產(chǎn)品幾何級(jí)數(shù)規(guī)范（GPS）技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法 （GB/T 131—2006）[1]”，該標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T 131—1993《機(jī)械制圖表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及其注法》，與舊的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比，技術(shù)內(nèi)容上有很大變化，如，標(biāo)準(zhǔn)中的某些標(biāo)注示例已全部重新解釋，因而在教學(xué)中需執(zhí)行最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 零件表面結(jié)構(gòu)的詮釋

零件的表面結(jié)構(gòu)是由獲得零件表面加工工藝及其他因素形成的，如，加工時(shí)刀具與零件表面間會(huì)產(chǎn)生摩擦，金屬切屑分離時(shí)表面層金屬有塑性變形，加工系統(tǒng)中所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)等。被加工表面留下痕跡的深淺、疏密、形狀和紋理與其加工方法和工件材料有密不可分的關(guān)聯(lián)。零件的表面在微觀上都是凹凸不平的，當(dāng)用平面與零件的實(shí)際表面相交時(shí)，便得到微觀起伏不平的峰谷，這便是零件的表面輪廓[2]。用零件的表面輪廓參數(shù)可評(píng)定零件的表面質(zhì)量。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3種類型的表面輪廓，即R輪廓（粗糙度輪廓）、W輪廓（波紋度輪廓）及P輪廓（原始輪廓）。常用的是R輪廓，其主要幅度參數(shù)有兩個(gè)：一是輪廓最大高度Rz ；另一是評(píng)定輪廓的算術(shù)平均偏差Ra。

2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列值的設(shè)置與選擇

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化系列值設(shè)置

標(biāo)準(zhǔn)化系列值設(shè)置來源于強(qiáng)大的優(yōu)先數(shù)系！由此可推理國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)粗糙度數(shù)值設(shè)置為0.8、1.6、3.2、6.3、12.5等，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上諸多產(chǎn)品樣本上的參數(shù)表均由此而來。究其原因，優(yōu)先數(shù)系是公比為10的5、10、20、40、80次方根，且項(xiàng)值中含有10的整數(shù)冪的幾何級(jí)數(shù)的常用圓整值[3]，是國(guó)際上統(tǒng)一的數(shù)值分級(jí)制度，工程技術(shù)上種類繁多的參數(shù)指標(biāo)，尤其是需要分檔分級(jí)的參數(shù)，利用優(yōu)先數(shù)系設(shè)置參數(shù)可以防止數(shù)值紊亂。因而優(yōu)先數(shù)系不僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)制訂，而且標(biāo)準(zhǔn)制訂之前的規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段同樣也適用，從一開始就被合理地引導(dǎo)到標(biāo)準(zhǔn)化上。

優(yōu)先數(shù)系由來于法國(guó)工程師雷諾見熱氣球上的鋼絲繩規(guī)格繁多，于是他將10開5次方，得到一個(gè)數(shù)1.6，然后輾轉(zhuǎn)相乘，得出5個(gè)優(yōu)先數(shù)：1.0、1.6、2.5、4.0、6.3，這是一個(gè)等比數(shù)列，公比為1.6。那么10以下的鋼絲繩有5種，10～100的鋼絲繩也只有10、16、 25、40、63這5種，但這分法較稀疏，于是，將10開10次方，得出公比為1.25的R10優(yōu)先數(shù)系：1.0、1.25、1.6、2.0、2.5、3.15、4.0、5.0、6.3、8.0，于是10以內(nèi)的鋼絲繩比較合理被劃分為10種，而10～100的也被劃分為10種。這就是把產(chǎn)品的所有參數(shù)按優(yōu)先數(shù)系形成序列化的標(biāo)準(zhǔn)化，再把所有的零部件的功能參數(shù)及尺寸，用優(yōu)先數(shù)系來序列化。

雖然自然數(shù)是無窮的，但設(shè)計(jì)師認(rèn)為世界上只有10個(gè) R10優(yōu)先數(shù)，而且這10個(gè)數(shù)乘方、開方、相乘、相除，其結(jié)果仍然在這10個(gè)數(shù)里，當(dāng)你確定參數(shù)序列，不知道如何確定尺寸時(shí)，在這10個(gè)數(shù)里選則其一即可。

1.0 N0、1.12 N2、1.25 N4、1.4 N6、1.6 N8、1.8 N10、2.0 N12、2.24 N14、2.5 N16、2.8 N18、3.15 N20、3.55 N22、4.0 N24、4.5 N26、5.0 N28、5.6 N30、6.3 N32、7.1 N34、8.0 N36、9.0 N38。

比如：4和2兩個(gè)優(yōu)先數(shù)，其序號(hào)分別為N24和N12，二者相乘，其序號(hào)相加，結(jié)果為N36，即8；二者相除，序號(hào)相減，結(jié)果為N12，即2；2的立方，將其序號(hào)N12乘以3得到N36，即8；4的開方，將其序號(hào)N24除以2得到N12，即2；如果求2的四次方，N12×4得到N48，此處沒有。究其緣由，上面的列表沒有寫10這個(gè)數(shù)，它的序號(hào)為N40，凡是序號(hào)大于40的，只看大于40的部分，比如：N48只看N8，即1.6，然后乘以10得到16。如果序號(hào)為N88，看N8得到1.6，然后乘以100得到160，因?yàn)?00的序號(hào)是N80，1000的序號(hào)是N120，依此類推。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一般常用這20個(gè)數(shù)即能滿足要求。但有時(shí)需用到R40和R80系等。通過上述剖析，標(biāo)準(zhǔn)件和工業(yè)品樣本上的功能參數(shù)、尺寸參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)公差表等的由來，在我們的頭腦中漸漸清晰明了。

2.2 表面粗糙度參數(shù)值的選擇

零件表面結(jié)構(gòu)要求一般多用類比法來確定粗糙度的參數(shù)值，一般先依據(jù)資料手冊(cè)初步選定表面的參數(shù)值，然后再參考工作條件進(jìn)行適度調(diào)整。調(diào)整時(shí)主要注意以下幾點(diǎn)。

（1）對(duì)于同一個(gè)零件，非工作表面粗糙度值高于工作表面的粗糙度值。

（2）非摩擦表面的粗糙度值則要高于摩擦表面。有進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件表面，運(yùn)動(dòng)速度與粗糙度值成反比，即運(yùn)動(dòng)速度越低，其粗糙度值則越高。

（3）單位面積壓力大或受交變應(yīng)力作用的重要零件的圓角、溝槽表面粗糙度值應(yīng)選比較小的值。

（4）配合性質(zhì)要求越穩(wěn)定，則對(duì)應(yīng)的表面粗糙度值應(yīng)越小。配合性質(zhì)相同時(shí)尺寸愈小的結(jié)合面，表面粗糙度值也應(yīng)越小。同一精度等級(jí)，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙度值都要小。

（5）有防腐蝕、密封性要求和外表美觀的表面，其表面粗糙度參數(shù)值一般較小。

（6）表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)與尺寸公差、形位公差相匹配，即零件的尺寸公差、形位公差要求較高時(shí)，表面粗糙度值應(yīng)較小。

（7）遇到諸如齒輪齒面等有專門標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其表面粗糙度做出要求的，應(yīng)按特定標(biāo)準(zhǔn)來確定其表面的表面粗糙度參數(shù)值。

3 后記

如上所述，“零件表面結(jié)構(gòu)的表示法”教學(xué)，需注重最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹與理解，零件表面結(jié)構(gòu)要求一般多用類比法來確定粗糙度的參數(shù)值。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，通過了解標(biāo)準(zhǔn)化系列值設(shè)置與優(yōu)先數(shù)系的關(guān)系，就可以同時(shí)設(shè)計(jì)出一系列產(chǎn)品，而不需在設(shè)計(jì)之后再進(jìn)行所謂的“標(biāo)準(zhǔn)化”，無盡的應(yīng)用等著去開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械制圖》[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 徐健，齊玉來，韓群生.機(jī)械制圖[M].天津：天津大學(xué)出版社，2007：144-145.

[3] http：//wenku.baidu.com/view/d2242d36ee06eff9aef

807e6.html，2015.12.