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) 國家標(biāo)準(zhǔn) 優(yōu)先數(shù)系 標(biāo)準(zhǔn)值
中圖分類號:TH126 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: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”國家標(biāo)準(zhǔn)
2006年7月中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布了“產(chǎn)品幾何級數(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《機械制圖表面粗糙度符號、代號及其注法》,與舊的國家標(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,加工時刀具與零件表面間會產(chǎn)生摩擦,金屬切屑分離時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)用平面與零件的實際表面相交時,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)可評定零件的表面質(zhì)量。國家標(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:一是輪廓最大高度Rz ;另一是評定輪廓的算術(shù)平均偏差Ra。
2 國家標(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)置來源于強大的優(yōu)先數(shù)系!由此可推理國家標(biāo)準(zhǔn)粗糙度數(shù)值設(shè)置為0.8、1.6、3.2、6.3、12.5等,機械設(shè)計手冊上諸多產(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,且項值中含有10的整數(shù)冪的幾何級數(shù)的常用圓整值[3],是國際上統(tǒng)一的數(shù)值分級制度,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,得到一個數(shù)1.6,然后輾轉(zhuǎn)相乘,得出5個優(yōu)先數(shù):1.0、1.6、2.5、4.0、6.3,這是一個等比數(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)計師認(rèn)為世界上只有10個 R10優(yōu)先數(shù),而且這10個數(shù)乘方、開方、相乘、相除,其結(jié)果仍然在這10個數(shù)里,當(dāng)你確定參數(shù)序列,不知道如何確定尺寸時,在這10個數(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2兩個優(yōu)先數(shù),其序號分別為N24和N12,二者相乘,其序號相加,結(jié)果為N36,即8;二者相除,序號相減,結(jié)果為N12,即2;2的立方,將其序號N12乘以3得到N36,即8;4的開方,將其序號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這個數(shù),它的序號為N40,凡是序號大于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。如果序號為N88,看N8得到1.6,然后乘以100得到160,因為100的序號是N80,1000的序號是N120,依此類推。在機械設(shè)計領(lǐng)域,一般常用這20個數(shù)即能滿足要求。但有時需用到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)整時主要注意以下幾點。
(1)對于同一個零件,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)行相對運動的工件表面,運動速度與粗糙度值成反比,即運動速度越低,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,則對應(yīng)的表面粗糙度值應(yīng)越小。配合性質(zhì)相同時尺寸愈小的結(jié)合面,表面粗糙度值也應(yīng)越小。同一精度等級,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,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,就可以同時設(shè)計出一系列產(chǎn)品,而不需在設(shè)計之后再進(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] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《機械制圖》[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[2] 徐健,齊玉來,韓群生.機械制圖[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.