表面粗糙度理論與標準的發展之二
一、表面粗糙度理論與標準的發展
表(biao)面(mian)粗(cu)(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)標準的(de)(de)提出和發展與(yu)工業生產技術(shu)的(de)(de)發展密切相(xiang)關，它經(jing)歷了由定(ding)(ding)性評(ping)(ping)定(ding)(ding)到(dao)(dao)定(ding)(ding)量評(ping)(ping)定(ding)(ding)兩(liang)個階段。表(biao)面(mian)粗(cu)(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)對(dui)機器(qi)零件(jian)表(biao)面(mian)性能的(de)(de)影響從1918年開始首先(xian)受(shou)到(dao)(dao)注意，在飛(fei)機和飛(fei)機發動機設計中，由于要(yao)求(qiu)用*少(shao)材料達(da)到(dao)(dao)*大(da)的(de)(de)強度(du)(du)(du)，人們(men)開始對(dui)加(jia)工表(biao)面(mian)的(de)(de)刀痕和刮痕對(dui)疲勞(lao)強度(du)(du)(du)的(de)(de)影響加(jia)以研究。但由于測(ce)量困(kun)難(nan)，當時沒有(you)定(ding)(ding)量數值(zhi)上的(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)要(yao)求(qiu)，只是(shi)根據目測(ce)感覺來確定(ding)(ding)。在20世(shi)紀20～30年代，世(shi)界(jie)上很多工業國家廣泛采(cai)用三角符號(▽)的(de)(de)組(zu)合來表(biao)示不同精(jing)度(du)(du)(du)的(de)(de)加(jia)工表(biao)面(mian)。
為研究表面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)對(dui)零件性(xing)能的影(ying)響和度(du)(du)(du)(du)(du)量(liang)(liang)表面微(wei)觀不平度(du)(du)(du)(du)(du)的需要，從20年代(dai)末到30年代(dai)，德國(guo)、美(mei)國(guo)和英(ying)國(guo)等國(guo)的一(yi)些專(zhuan)家設計制作了(le)(le)(le)輪廓(kuo)記錄(lu)儀、輪廓(kuo)儀，同(tong)時也產生出了(le)(le)(le)光切(qie)式(shi)顯微(wei)鏡和干涉(she)顯微(wei)鏡等用(yong)光學(xue)方(fang)法來(lai)測量(liang)(liang)表面微(wei)觀不平度(du)(du)(du)(du)(du)的儀器，給從數(shu)(shu)值(zhi)上定量(liang)(liang)評定表面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)創造了(le)(le)(le)條件。從30年代(dai)起，已對(dui)表面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)定量(liang)(liang)評定參(can)數(shu)(shu)進行了(le)(le)(le)研究，如美(mei)國(guo)的Abbott就提出了(le)(le)(le)用(yong)距表面輪廓(kuo)峰(feng)頂的深度(du)(du)(du)(du)(du)和支承長度(du)(du)(du)(du)(du)率曲線來(lai)表征(zheng)表面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)。1936年出版(ban)了(le)(le)(le)Schmaltz論述表面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)的專(zhuan)著，對(dui)表面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)的評定參(can)數(shu)(shu)和數(shu)(shu)值(zhi)的標(biao)準(zhun)化提出了(le)(le)(le)建(jian)議。但粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)評定參(can)數(shu)(shu)及其(qi)數(shu)(shu)值(zhi)的使(shi)用(yong)，真(zhen)正成為一(yi)個被廣泛接受的標(biao)準(zhun)還是從40年代(dai)各國(guo)相應(ying)的國(guo)家標(biao)準(zhun)發布以后(hou)開始的。
首先是(shi)美國在(zai) 1940 年(nian)(nian)發(fa)(fa)布(bu)了 ASAB46.1國家(jia)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)，之后(hou)又經(jing)過幾(ji)次修訂，成(cheng)為(wei)現行(xing)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)ANSI/ASMEB46.1-1988《表(biao)面(mian)(mian)(mian)結構表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)度(du)、表(biao)面(mian)(mian)(mian)波(bo)紋(wen)度(du)和(he)加工紋(wen)理》，該(gai)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)采用中(zhong)線制(zhi)，并將Ra作為(wei)主(zhu)參數；接著前蘇(su)聯(lian)在(zai)1945年(nian)(nian)發(fa)(fa)布(bu)了 GOCT2789-1945《表(biao)面(mian)(mian)(mian)光潔度(du)、表(biao)面(mian)(mian)(mian)微觀幾(ji)何形狀(zhuang)、分級和(he)表(biao)示法》國家(jia)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)，而(er)后(hou)經(jing)過了 3次修訂成(cheng)為(wei)GOCT2789-1973《表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)度(du)參數和(he)特征》，該(gai)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)也采用中(zhong)線制(zhi)，并規定(ding)了包括(kuo)輪(lun)廓均方(fang)根偏(pian)差(即現在(zai)的(de) Rq)在(zai)內的(de)6個評定(ding)參數及其(qi)(qi)相應的(de)參數值。另(ling)外，其(qi)(qi)它工業發(fa)(fa)達(da)國家(jia)的(de)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)大多(duo)是(shi)在(zai) 50 年(nian)(nian)代制(zhi)定(ding)的(de)，如聯(lian)邦德國在(zai) 1952 年(nian)(nian) 2月發(fa)(fa)布(bu)了DIN4760 和(he) DIN4762 有關(guan)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)(cao)(cao)度(du)的(de)評定(ding)參數和(he)術語(yu)等方(fang)面(mian)(mian)(mian)的(de)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)等。
以上各國的國家標準中都采用了中線制作為表面粗糙度參數的計算制，具體參數千差萬別，但其定義的主要參數依然是Ra(或Rq)，這也是國際間交流使用*廣泛的一平》個參數。
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*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(biao)面粗(cu)糙(cao)度參(can)數(shu)這一概(gai)念開(kai)始提出時就(jiu)是為了研(yan)究零(ling)件表(biao)面和其性能之(zhi)間的(de)關系，實(shi)現對表(biao)面形貌準(zhun)(zhun)確的(de)量化(hua)的(de)描述。隨著加工精(jing)度要求的(de)提高以及對具(ju)有特殊功(gong)能零(ling)件表(biao)面的(de)加工需求，提出了表(biao)面粗(cu)糙(cao)度評(ping)價(jia)參(can)數(shu)的(de)定(ding)(ding)量計算方法和數(shu)值規定(ding)(ding)，同時這也(ye)推(tui)動了國家標準(zhun)(zhun)及國際標準(zhun)(zhun)的(de)形成和發(fa)展。
在現代工業(ye)生產中，許多制(zhi)件(jian)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)被加工而(er)具有(you)特(te)(te)(te)(te)(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)技術性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)特(te)(te)(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)，諸如(ru)：制(zhi)件(jian)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)耐磨性(xing)(xing)(xing)、密封(feng)性(xing)(xing)(xing)、配合(he)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)、傳熱性(xing)(xing)(xing)、導電性(xing)(xing)(xing)以及對(dui)光(guang)線和(he)聲波的(de)(de)(de)反射性(xing)(xing)(xing)，液體和(he)氣體在壁面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)流動性(xing)(xing)(xing)、腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)，薄膜、集成電路元件(jian)以及人造器官的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，測(ce)(ce)量儀器和(he)機床的(de)(de)(de)精度(du)、可靠性(xing)(xing)(xing)、振動和(he)噪聲等等功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，而(er)這些技術性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)評價(jia)常常依(yi)賴于制(zhi)件(jian)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)特(te)(te)(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)狀況，也就是與表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)幾何(he)結構特(te)(te)(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)有(you)密切(qie)聯系(xi)。因(yin)此(ci)，控制(zhi)加工表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)質(zhi)量的(de)(de)(de)核心(xin)問題(ti)在于它的(de)(de)(de)使(shi)用功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，應該(gai)根據各類制(zhi)件(jian)自身(shen)的(de)(de)(de)特(te)(te)(te)(te)(te)點(dian)規定(ding)(ding)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)滿足其使(shi)用要求的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)特(te)(te)(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)參量。不難(nan)看出，對(dui)特(te)(te)(te)(te)(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)加工表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)，我們(men)總(zong)希(xi)望(wang)用*(或(huo)比較)恰當的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)特(te)(te)(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)參數(shu)去評價(jia)它，以期達到(dao)預期的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)要求；同(tong)時(shi)我們(men)希(xi)望(wang)參數(shu)本身(shen)應該(gai)穩定(ding)(ding)，能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)夠反映表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)本質(zhi)的(de)(de)(de)特(te)(te)(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)，不受評定(ding)(ding)基準及儀器分(fen)辨率(lv)的(de)(de)(de)影響，減少因(yin)對(dui)隨機過程進行測(ce)(ce)量而(er)帶來參數(shu)示值誤差。
但是從標準制定的(de)(de)(de)特點和內容上我們容易(yi)發現，隨著(zhu)現代工(gong)業的(de)(de)(de)發展，特別是新型表(biao)(biao)面(mian)加(jia)工(gong)方法(fa)(fa)(fa)不(bu)斷出現和新的(de)(de)(de)測量(liang)器具及測量(liang)方法(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)應用(yong)，標準中的(de)(de)(de)許多參數已無法(fa)(fa)(fa)適應現代生產的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)，尤其是在一(yi)(yi)些特殊加(jia)工(gong)場(chang)合(he)，如精加(jia)工(gong)時(shi)，用(yong)不(bu)同(tong)方法(fa)(fa)(fa)加(jia)工(gong)得(de)到的(de)(de)(de)Ra值相同(tong)(或(huo)很(hen)相近(jin))的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)就不(bu)一(yi)(yi)定會具有(you)相同(tong)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)功(gong)能(neng)，可見，此時(shi)Ra值對(dui)這(zhe)類表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)評定顯得(de)無能(neng)為(wei)力了(le)，而且傳統(tong)評定方法(fa)(fa)(fa)過于注重對(dui)高度信(xin)息做平(ping)均化(hua)處理，而幾(ji)乎忽視水平(ping)方向(xiang)的(de)(de)(de)屬性，未能(neng)反映表(biao)(biao)面(mian)形(xing)貌的(de)(de)(de)**信(xin)息。近(jin)年來在表(biao)(biao)面(mian)特性研(yan)(yan)究的(de)(de)(de)領域內，相對(dui)地(di)說(shuo)，關(guan)(guan)于零(ling)(ling)件表(biao)(biao)面(mian)功(gong)能(neng)特性方面(mian)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究本身就較為(wei)薄(bo)弱，因為(wei)它牽涉到很(hen)多學科和技(ji)術領域。機器的(de)(de)(de)各(ge)類零(ling)(ling)件在使(shi)用(yong)中各(ge)有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)要求(qiu)，研(yan)(yan)究表(biao)(biao)面(mian)特征(zheng)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)適應性將十分復雜(za)，這(zhe)也(ye)限(xian)制了(le)對(dui)表(biao)(biao)面(mian)形(xing)貌與其功(gong)能(neng)特性關(guan)(guan)系(xi)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究。
工業生產的飛速發展迫切需要更加行之有效且適應性更強的表面特征評價參數的出現，為解決這一矛盾，各國的許多學者都在這方面加大研究力度，以期在不遠的將來制訂出一套功能特性顯著的參數。另一方面，為了防止“參數爆炸”，同時也防止大量相關參數的出現，要做到用一個參數來評價多個性能特性，用數量很少的一組參數實現對表面的本質特征的準確描述。
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、*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。1. 分形幾何理論
*近(jin)，國(guo)內外(wai)在表征(zheng)和研究機加工表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)觀結構、接觸機理和表面(mian)(mian)(mian)粗糙度(du)等方面(mian)(mian)(mian)越來越多(duo)地使用分(fen)形(xing)幾何理論這(zhe)一有(you)力的(de)(de)(de)數(shu)學工具(ju)。研究表明，很多(duo)種(zhong)機加工表面(mian)(mian)(mian)呈現出隨機性(xing)、多(duo)尺度(du)性(xing)和自(zi)仿射(she)性(xing)，即具(ju)有(you)分(fen)形(xing)的(de)(de)(de)基本(ben)特征(zheng)，因而(er)使用分(fen)形(xing)幾何來研究表面(mian)(mian)(mian)形(xing)貌將是合理地、有(you)效地。確定分(fen)形(xing)的(de)(de)(de)重(zhong)要參數(shu)有(you)分(fen)形(xing)維數(shu)D和特征(zheng)長度(du)A，它們可以衡(heng)量機加工表面(mian)(mian)(mian)輪(lun)廓的(de)(de)(de)不(bu)規則(ze)性(xing)，理論上(shang)不(bu)隨取樣(yang)長度(du)變化和儀(yi)器(qi)分(fen)辨率變化，并能(neng)反映表面(mian)(mian)(mian)形(xing)貌本(ben)質(zhi)的(de)(de)(de)特征(zheng)，能(neng)夠提(ti)供傳統的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)(mian)粗糙度(du)評定參數(shu)(如Ra、Ry、Rz等)所不(bu)能(neng)提(ti)供的(de)(de)(de)信息。美(mei)國(guo)TopoMetrix公司生產的(de)(de)(de)掃描探針顯微(wei)(wei)(wei)鏡(SPM)軟件體系(xi)中，已將分(fen)形(xing)維數(shu)作為評價表面(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)(wei)觀形(xing)貌的(de)(de)(de)參數(shu)之一。
機械(xie)加工(gong)表面(mian)分形(xing)維數表達了表面(mian)所(suo)具有(you)(you)的(de)復雜(za)結構的(de)多少(shao)以及這些結構的(de)微細程度，微細結構在(zai)整個表面(mian)中所(suo)占(zhan)能量的(de)相對大小。分形(xing)維數越大，表面(mian)中非規則的(de)結構就越多，并且(qie)結構越精細，精細結構所(suo)具有(you)(you)的(de)能量相對越大，具有(you)(you)更強的(de)填(tian)充空(kong)間的(de)能力。
分形理論在實際應用中還有許多工作有待進一步研究。一是并非所有表面都具有分形特征，分形維數能否完全表征實際表面，還有待進一步研究；二是現有的分形數學模型并沒有考慮表面的功能特性，也沒有一種方法能**確定分形參數。2、motif 法
隨著制造(zao)技術的(de)(de)不斷進(jin)步，表(biao)(biao)面質(zhi)量不僅表(biao)(biao)現為表(biao)(biao)面的(de)(de)形狀誤(wu)差、波度(du)、表(biao)(biao)面粗(cu)糙度(du)等要(yao)(yao)求(qiu)，而(er)且對(dui)表(biao)(biao)面的(de)(de)峰、谷及其(qi)(qi)形成的(de)(de)溝、脈走(zou)向與分布(bu)等也有要(yao)(yao)求(qiu)，需要(yao)(yao)對(dui)與表(biao)(biao)面功能(neng)密切相關的(de)(de)表(biao)(biao)面紋理結構(gou)進(jin)行綜(zong)合評定。顯然(ran)，現在普遍(bian)采用的(de)(de)以2維參(can)數為基(ji)礎的(de)(de)表(biao)(biao)面形貌評定方法過于注重(zhong)高(gao)度(du)信息(xi)，對(dui)高(gao)度(du)信息(xi)做平均化處理，而(er)幾乎忽視水平方向的(de)(de)屬(shu)性，不能(neng)反映表(biao)(biao)面的(de)(de)其(qi)(qi)實形貌。
Motif法基(ji)于地(di)貌(mao)學理論從表面(mian)原始信息出發，不(bu)采(cai)用(yong)任何輪廓(kuo)濾波器，通過(guo)設定(ding)不(bu)同的(de)閾(yu)值將波度(du)和表面(mian)粗糙度(du)分離開(kai)來，強調大的(de)輪廓(kuo)峰和谷(gu)對功(gong)能的(de)影響，在評定(ding)中(zhong)選取了重要的(de)輪廓(kuo)特(te)征，而忽(hu)略了不(bu)重要的(de)特(te)征，該方(fang)法被引入法國(guo)汽車(che)工業(ye)表面(mian)粗糙度(du)和波度(du)標準，也已(yi)制(zhi)訂成國(guo)際標準ISO12085。
Motif 由兩個單個輪廓峰的(de)*高點之(zhi)(zhi)間的(de)基本輪廓部分組成，兩個峰之(zhi)(zhi)間的(de)谷為一個單個的(de) Motif，如圖 1 所示，
圖(tu).1Motif并(bing)用(yong)平行于輪(lun)廓的(de)(de)總(zong)走向的(de)(de)長度 AR，垂直于基本(ben)輪(lun)廓總(zong)走向的(de)(de)兩個深度 Hj和Hj+1，以及特(te)征量T(T=min[Hj，Hj+1])表(biao)征。在設定閾值(zhi)條件下(xia)，Motifs經過不斷的(de)(de)合并(bing)，得到評(ping)定表(biao)面(mian)功能的(de)(de)Motifs集合，ISO12085推薦的(de)(de)參數見表(biao) 1。
表.1 Motif法(fa)的(de)表征參(can)數Motif 的合并(bing)應遵循 4 個條件，否(fou)則(ze) 2個相鄰的峰不能被合并(bing)，只能作為單個的Motif 處(chu)理。
- 包絡條件如果兩個相鄰 Motif 的中間峰大于兩邊的峰，則 2 個 Motif不能合并。
- 寬度條件 2 個相鄰Motif合并后的長度不大于A(對表面粗糙度Motif)或B(對表面波度)，則可以合并。預先設定的Motif 寬度的*大值 A可以分離表面粗糙度和表面波度，實際上即為閾值。設定的 B 值則可以分離波度和殘留形狀。
- 擴大條件 2 個 Motif 合并后的高度必須大于或等于原來的 2 個 Motif
- 度條件單個 Motif 的高度必須小于合并后 Motif 高度的 60%。
Motif 法僅用7個參數就能對表面粗糙度和波紋度進行完整的描述，它尤其適合沒有預行程或延遲行程的輪廓；在未知表面和過程上進行技術分析；與表面的包絡面相關的性能研究；辯識粗糙度和波度具有相當接近波長的輪廓。Motif法以寬度閾值代替取樣長度，自動給定截止波長，真實匹配輪廓的局部特征，評定參數少。但是Motif法的四個合并條件是來自多年的實踐工作經驗，缺乏理論依據，并且三維 Motif仍沒有統一的定義和合并準則。3.特定功能參數集
在(zai)工程應(ying)用中(zhong)，機加工的(de)許多零(ling)件表(biao)(biao)(biao)面(mian)需(xu)要具有特(te)定(ding)的(de)功能(neng)(neng)特(te)性(xing)，如支(zhi)承性(xing)能(neng)(neng)、密封性(xing)和(he)潤滑(hua)油(you)滯留性(xing)能(neng)(neng)等。基(ji)于這些功能(neng)(neng)需(xu)求(qiu)(qiu)，零(ling)件表(biao)(biao)(biao)面(mian)就必須被(bei)設(she)計、加工成特(te)定(ding)的(de)形貌以滿足預(yu)期的(de)應(ying)用。所以我們有必要定(ding)義特(te)定(ding)的(de)功能(neng)(neng)參(can)數(shu)來有效(xiao)地(di)表(biao)(biao)(biao)征零(ling)件表(biao)(biao)(biao)面(mian)的(de)特(te)殊(shu)屬性(xing)，零(ling)件表(biao)(biao)(biao)面(mian)從接觸應(ying)用角度(du)(如摩擦磨損，潤滑(hua)，密封緊密性(xing)，接觸應(ying)力，接觸剛度(du)、承載面(mian)積和(he)熱導率等)和(he)非接觸應(ying)用角度(du)(如光學鏡頭，表(biao)(biao)(biao)面(mian)維(wei)護和(he)表(biao)(biao)(biao)面(mian)油(you)漆處(chu)理)來看，其在(zai)功能(neng)(neng)方面(mian)的(de)特(te)殊(shu)屬性(xing)要**極(ji)其廣泛的(de)。在(zai)實際工程應(ying)用中(zhong)應(ying)針對表(biao)(biao)(biao)面(mian)特(te)殊(shu)性(xing)能(neng)(neng)要求(qiu)(qiu)設(she)定(ding)功能(neng)(neng)參(can)數(shu)集。比較典型的(de)是表(biao)(biao)(biao)征具有高預(yu)應(ying)力表(biao)(biao)(biao)面(mian)的(de)基(ji)于輪(lun)廓(kuo)支(zhi)承度(du)率曲(qu)線的(de)Rk功能(neng)(neng)參(can)數(shu)集。
在 20 世(shi)紀 80 年代初，Trautwein提出了一個(ge)(ge)(ge)(ge)關(guan)于Abbott-Firestone曲(qu)(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩段線(xian)性(xing)模(mo)(mo)型，他用(yong)這(zhe)個(ge)(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)型去表(biao)(biao)示缸(gang)(gang)(gang)膛(tang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)征。從(cong)(cong)這(zhe)個(ge)(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)型中(zhong)還引(yin)伸出一個(ge)(ge)(ge)(ge)被稱(cheng)為液體滯留容積的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數(shu)(shu)(shu)。*近，又有(you)(you)學者(zhe)把Abbott-Firestone曲(qu)(qu)(qu)線(xian)分成三個(ge)(ge)(ge)(ge)區域，并在此基礎上提出了Rk參(can)數(shu)(shu)(shu)集(ji)(ji)，該參(can)數(shu)(shu)(shu)集(ji)(ji)也正式地(di)被寫進德國(guo)DIN4776標(biao)準。這(zhe)個(ge)(ge)(ge)(ge)參(can)數(shu)(shu)(shu)集(ji)(ji)主要(yao)是用(yong)于表(biao)(biao)征具有(you)(you)高預應(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)，如珩磨(mo)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)、拋光表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)、磨(mo)削表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)等(deng)(deng)，這(zhe)些相關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數(shu)(shu)(shu)將輪廓(kuo)支(zhi)(zhi)承度(du)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增長(chang)描述成粗(cu)(cu)糙度(du)輪廓(kuo)深度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)函數(shu)(shu)(shu)，結合(he)(he)(he)氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)(gang)套(tao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平臺網(wang)紋本(ben)身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點及(ji)(ji)氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)(gang)套(tao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作狀(zhuang)況，確(que)立(li)了基于輪廓(kuo)支(zhi)(zhi)承度(du)率曲(qu)(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數(shu)(shu)(shu)指標(biao)，這(zhe)套(tao)評(ping)定(ding)指標(biao)能(neng)夠對氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)(gang)套(tao)內(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)(cu)糙度(du)輪廓(kuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)合(he)(he)(he)特(te)性(xing)、潤(run)滑(hua)(hua)特(te)性(xing)、網(wang)紋分布等(deng)(deng)進行對應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)量(liang)分析，實現完整、準確(que)地(di)描述及(ji)(ji)評(ping)價氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)(gang)套(tao)平臺網(wang)紋。輪廓(kuo)支(zhi)(zhi)承長(chang)度(du)率曲(qu)(qu)(qu)線(xian)tp(c)，又稱(cheng)Abbott-Firestone曲(qu)(qu)(qu)線(xian)，是描述輪廓(kuo)形狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)指標(biao)。tp(c)能(neng)直(zhi)觀(guan)地(di)反映零(ling)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)磨(mo)性(xing)，對提高承載能(neng)力(li)也具有(you)(you)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)意(yi)義。在動配合(he)(he)(he)中(zhong)，值tp值大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)，使(shi)配合(he)(he)(he)面(mian)(mian)(mian)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)面(mian)(mian)(mian)積增大，減(jian)少(shao)了磨(mo)擦(ca)損耗，延長(chang)零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壽(shou)命(ming)。從(cong)(cong)tp(c)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)征可以看出，它對氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)(gang)套(tao)內(nei)孔(kong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)耐(nai)磨(mo)性(xing)能(neng)、潤(run)滑(hua)(hua)性(xing)能(neng)，使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)等(deng)(deng)都(dou)有(you)(you)非常重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)意(yi)義。為此設定(ding)了一組基于輪廓(kuo)支(zhi)(zhi)承長(chang)度(du)率曲(qu)(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數(shu)(shu)(shu)集(ji)(ji)，對應(ying)氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)(gang)套(tao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實際工(gong)作狀(zhuang)況，對tp(c)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)進行量(liang)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)描述，如圖2 所示，粗(cu)(cu)糙度(du)輪廓(kuo)及(ji)(ji)對應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)tp(c)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)被分為三個(ge)(ge)(ge)(ge)部分，分別(bie)為輪廓(kuo)峰、核心輪廓(kuo)和輪廓(kuo)谷。
圖.2 基于 Abbott 曲線的評定參數 - 簡約峰高RPK是指粗糙度核心輪廓上方的輪廓峰的平均高度。表面輪廓頂部的這一部分，當發動機開始運行時，將很快被磨損掉，其減低的高度將影響氣缸套進入正常工作狀態的磨合時間，及實際材料磨損量。
- 核心粗糙度深度 RK在分離出輪廓峰和輪廓谷之后剩余的核心輪廓的深度為RK。這一部分是氣缸套長期工作表面，它影響著氣缸套的運轉性能和使用壽命，是粗糙度輪廓的核心部分。
- 簡約谷深RVK是指從粗糙度核心輪廓延伸到材料內的輪廓谷的平均深度。這些深入表面的深溝槽在活塞相對缸套運動時，形成附著性能很好的油膜，在提高孔的耐磨性、縮短發動機磨合時間的同時，能大幅度降低油耗。
- 輪廓支承長度率 Mr1 以百分數表示的輪廓支承長度率Mr1是為一條將輪廓峰分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的。Mr1值是氣缸套進入長期工作表面的上限，其數值的大小直接反映了氣缸的加工水平和使用性能。
- 輪廓支承長度率Mr2以百分數表示的輪廓支承長度率Mr2是為一條將輪廓谷分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的。Mr2值是進入長期工作表面的下限，其數值的大小不但決定了磨損量，還決定了工作表面以下深溝槽的貯油、潤滑能力。
- 存油量 V0粗糙度核心輪廓向下延伸到材料內的輪廓谷的橫截面積實際上就是深溝網紋的存油量V0，它是tp(c)曲線與右邊縱軸及Mr2對應的截線構成的陰影部分面積，它對缸套的潤滑性能無疑有重要意義。它近似為三角形面積：V0≈(100-Mr2)×RVK/2。
圖中參數的(de)(de)(de)確定(ding)需要使用一條回歸線(xian)(xian)，回歸線(xian)(xian)的(de)(de)(de)40%以上(shang)的(de)(de)(de)部(bu)分(fen)是tp(c)曲線(xian)(xian)上(shang)的(de)(de)(de)點構成(cheng)，回歸線(xian)(xian)在縱坐標(biao)方(fang)向(xiang)上(shang)的(de)(de)(de)差值(zhi)平方(fang)*小(xiao)，回歸線(xian)(xian)與縱軸兩交(jiao)點之間的(de)(de)(de)垂(chui)直距離即為(wei)核心粗糙度深度RK，兩交(jiao)點對應的(de)(de)(de)截線(xian)(xian)位置(zhi)即為(wei)Mr1、Mr2 對應的(de)(de)(de)截線(xian)(xian)位置(zhi)。
對于Rk參數集的功能特征參數，其定義方法在于把Abbott-Firestone曲線分成不同的部分以對應不同的功能區域。雖然這些方法可以成功地用來表征特定的一些工程表面，但是由于它主要是基于制造工藝經驗，缺乏理論依據，這種方法在表征大多數其它的工程表面時會失去原有的意義。五、結語
表面(mian)形(xing)貌極大(da)地(di)影響著(zhu)零件的(de)使用性(xing)能，合(he)理地(di)表征和評(ping)定表面(mian)形(xing)貌是(shi)一(yi)項(xiang)(xiang)具有(you)重要意義的(de)課題，表面(mian)粗(cu)糙度(du)理論及(ji)標(biao)準在不足(zu)百年(nian)的(de)時間(jian)內得(de)到了(le)(le)巨大(da)的(de)發(fa)展，隨著(zhu)當今微機(ji)處理技術(shu)、集成電路技術(shu)等的(de)發(fa)展，出現了(le)(le)時序(xu)分(fen)析法(fa)、*小二乘(cheng)多(duo)(duo)項(xiang)(xiang)式擬(ni)合(he)法(fa)、濾波法(fa)、分(fen)形(xing)法(fa)、Motif法(fa)、功能參(can)數(shu)集法(fa)等各(ge)種(zhong)評(ping)定方法(fa)，取得(de)了(le)(le)諸多(duo)(duo)進展，但是(shi)它們只能得(de)到真實表面(mian)的(de)有(you)限信息，仍然存在一(yi)些問題有(you)待完善：
- 表面輪廓微觀統計特征的**準確描述問題；
- 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；
- 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；
- 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；
- 表面粗糙度參數與使用性能不能完全對應的問題。