表面粗糙度原因

表面粗糙度原因（精选10篇）

表面粗糙度原因 第1篇

1 防护工程表面粗糙的原因分析

防护工程表面常常给人的印象是粗糙不美观。表现为墙面平整度差、不顺直、线形不顺适、曲线不圆滑、勾缝粗糙、起皮脱落等现象。造成这种问题有主观的原因, 也有客观的原因。现就这些原因分析如下:

1.1 对防护工程外观质量的重要性认识不足

防护工程是公路工程中的附属工程, 确实不同于路基、路面及桥涵隧道构造物, 往往不被重视。而且这些工程一般不直接受行车荷载的影响, 不影响道路的通行能力和行车舒适感。对它的工程质量特别是外现质量不严格把关, 认为反正出不了质量事故, 因此思想上不重视, 对存在的表面粗糙问题视而不见, 不努力去改正它。

1.2 选料的质量问题

这些防护工程一般都采用片石砌筑, 几乎连块石都不用, 而在实际施工中又常采用一些不合格的片石, 甚至用主体工程的剩余边角料, 因而一般达不到用料的规格。如设计要求片石最小厚度必须大于15cm, 宽度至少是厚度的1.2-1.5倍, 现在对于小于15cm厚的石料照用, 尤其是一些小构造物, 如边沟、护坡等工程, 故很难保证镶面石料的大面平整。

1.3 施工工艺不规范

施工工艺不规范也是造成防护工程粗糙的一个重要原因。如用做镶面的片石要求有一个较平整的面, 但施工中不注意, 按一般要求去选料, 对不太平整的镶面石料不修整, 砌筑不按要求大致分层错位。施工中放线不准确、挂线不牢固, 从而引起墙面不平直, 线形不顺适, 曲折起伏。另外, 由于是附属工程, 在选用技术工人时标准降低, 匠人本身的技术水平达不到要求的水平。

1.4 勾缝粗糙

砌筑的防护工程外露面要进行勾缝, 勾缝的目的除了保证砌体坚固耐用的内在质量外 (防止流水冲刷、渗水) , 还在于它可以起到修饰墙面达到美观舒适的视觉效果。但有些施工人员对勾缝的作用没有正确的认识, 不按规范要求操作, 因而出现勾缝凹凸不平, 新砂浆与旧砂浆和石料之间结合不好, 出现勾缝脱落现象, 显得粗糙不堪, 影响了美观, 也影响了墙体的使用寿命。

1.5 防护工程的设计和施工质量也影响外观

如挡墙、护面墙等两端渐变设计和地貌匹配不尽合理, 护坡、锥坡施工中因填心轻微变形发生勾缝脱落和裂缝等, 都会影响外观的效果。

2 防护工程表面粗糙的解决措施

2.1 提高认识, 加强责任心

工程技术人员和操作工人都要提高认识, 抛弃防护工程是“附属工程”、“从属工程”的旧观念, 提高对质量概念的全面认识。质量的指标不仅仅是“强度”、耐用、安全的概念, 也不仅仅是保证外观尺寸准确的概念, 它还包括外观的印象、视觉感观的效果等。只有这样认识才是正确的、全面的, 人们在评价工程时才不会说“质量是不错的, 只是外观美中不足”。而且有些外观粗糙的问题, 也直接影响到它的内在质量, 如勾缝对护岸、丁坝、护坡的坚固耐用有影响。砌体线形顺直与否, 曲线、曲面的圆滑程度也影响排水的流畅和对构造物的冲刷。

2.2 石料的选择

砌筑用片石要求石质坚硬 (不得使用卵形和薄片石料) , 规定厚度必须大于15cm。片石用作镶面时应选择表面较平整, 尺寸较大者, 并要加以修整。风化石料严禁用做镶面石。砌筑用块石的规定形状是大致方正、上下面平整, 厚度在20-30cm之间, 宽度约为厚度的1.0-1.5倍, 长度为厚度的1.5-3.0倍。用做镶面时要加以修整, 使外露面平整, 敲除锋棱锐角。

2.3 勾缝及工艺要求

勾缝本来是一项很重要的工序, 其工艺要求在规范中也是很明确的, 但是在防护工程中往往勾缝很不规范, 常常出现勾缝脱落掉皮、假缝等现象。为了使勾缝起到保护构造物使其坚固耐用、保证内在质量外, 还应使其起到美观的视觉效果, 因而勾缝特别要注意几点:

1) 勾缝用的砂浆标号至小要10号以上, 并不得低于浆砌用的砂浆设计标号;

2) 勾缝用的砂子一般用中细砂, 要过筛, 含泥量小于规定, 一般木直超过0.5%-1.0%, 水泥除安定性等指标要符合其本身规定外, 标号不宜大于425号;

3) 先将浆砌时的缝间砂浆凿除至Zcm的深度, 用水冲洗, 并湿润旧砂浆和石料, 使砌筑砂浆与勾缝砂浆结合良好, 缝面要平整光滑、密实, 砂浆凝固到一定时候再开始修整缝面;

4) 勾缝一般分凸缝和平缝, 无特殊要求一般采用平缝。片石构造物一般采用自由缝, 要注意缝条的宽度一致, 线条要顺适、圆滑。块石构造物如层层见平时可采用工字缝, 缝条横平竖直宽度一致。另要严格控制勾缝时间, 不得在低温下进行。勾缝后要加强养护, 以防局部脱落。

3 提高施工工艺

施工工艺除选料、勾缝符合要求外, 在砌筑时, 施工放线要准确, 挂线要牢固可靠, 曲线段放线桩要加密, 曲面砌筑时, 要注意曲线圆滑, 墙面顺直, 不能砌成折线面相连。砌筑要分层砌筑, 砂浆饱满, 且注意丁顺结合, 不支垫石等。

4 提高设计和施工质量

防护工程的设计, 除了满足有关设计规范和其他有关规定外, 要特别注意构造物的外观造型与环境 (地貌地物) 的协调一致, 与道路桥梁主体的平面及线形相适应, 不能因设计问题造成防护工程外形的缺陷。

5 结束语

以上通过对防护工程施工工艺的详细分析论证, 由内因到外因, 由客观到主观, 由设计到施工, 对工程防护施工有一定的指导意义, 欢迎广大同行批评指正。S

摘要：多数工程项目主体工程质量很好, 但防护工程质量外观粗糙, 影响着工程整体的质量, 是质量鉴定中扣分较多的部分。本文针对防护工程表面粗糙的原因进行了分析并提出了防治措施。

关键词：防护工程,粗糙,原因,防治措施

参考文献

[1]公路工程标准施工招标文件[M].人民交通出版社, 2009.

[2]公路工程施工工艺标准[S].人民交通出版社.

[3]JTG/T F81-01-2004公路桥涵施工技术规范[S].

[4]公路桥涵施工技术规范实施手册[K].人民交通出版社.

表面粗糙度及其标注方法 第2篇

一、 表面粗糙度的概念

无论采用哪种加工方法所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的，放在显微镜(或放大镜)下观察，都不得可以看到微观的峰谷不平痕迹，如图1所示。表面上这种微观不平滑 情况， 一般是受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的振动及零件的塑性变形等各种因素的影响而形成的。表面上所具有的这种较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，称为表 面粗糙度。

图1 表面粗糙度概念

表面粗糙度是评定零件表面质量的一项技术指标，它对零件的配合性质、耐磨性、抗腐象征性、接触刚度、抗疲劳强度、密封性质和外观等都不得有影响。因此，图样上要根据零 件的功能要求，对零件的表面粗糙度做出相应的规定。评定表面粗糙度的主要参数是轮廓算术平均偏差Ra，它是指在取样长度L范围内，补测轮廓线上各点至基准线的距离yi(如图2)的算术平均值，它是指在取样长度L范围内，被测轮 廓线上各点至基准线的距离yi(如图12)的算术平均值，可用下表示：-----------或近似表示为：----------- 轮廓算术平均偏差可用电动轮廓仪测量，运算过程由仪器自动完成。根据GB/T10311995F规定(另外还有GB/T3525以可同时查阅),Ra数值愈小，零件表面愈趋平整光滑 ;Ra的数值，零件表面愈粗糙。

图2 轮廓算术平均编差

图3 轮廓算术平均编差值

二、 表面粗糙度的选用

表面粗糙度参数值的选用，应该既要满足零件表面的功能要求，又要考虑经济合理性。具体选用时，可参照已有的类似零件图，用类比法确定。在满足零件功能要求前提下，应尽量选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。一般地说，零件的工作表面、配合表面、密封表面、运动速度高和单位压力大的摩擦表面等 ，对表面平整光滑程度要求高，参数值应取小些。非工作表面、非配合表面、尺寸精度低的表面，参数值应参数Ra值与加工方法的关系及其应用实例，可供选用时参考。

图4 表面粗糙度获得方法

三、 表面粗糙度的注法(GBT1311993)

(一) 表面粗糙度代(符)号

表面粗糙度代号由表面粗糙度符号和在其周围标注的表面粗糙度数值及有关规定符号所组成。

(1)表面粗糙度符号及其画法，如图5所示。表面粗糙度符号的尺寸大小，按图6规定对应选取。

图5 表面粗糙度符号

图6 表面粗糙度符号画法

(2) 糙度数值及其有关规定在符号中的注写位置，如图5所示，标注方法如下： 1)采用表面粗糙度参数值Ra时，省略符号Ra，只将其数值注写在表面粗糙度符号上方，单位为微米(FM)，如图7。

图7 表面粗糙度值注法

2)彩表面粗糙度的其他参数，如轮廓最大高度Rz时，需在其参数值前注出相应的符号，单位为微米(FM)，见图8。

图8 其它表面粗糙度值注法

3)若需要表示取样长度、指定的加工方法，镀覆其他表面处理的要求，或控制加工纹理方向时，其注法如图9。

零件图除了图形、尺寸这外，还必须有制造零件应达到的一些质量要求，一般称为技术要求，

技术要求的内容通常有：表面粗糙度、尺寸公差、形状和位置公差、材料及其热处理 、表面处理等。下面先介绍表面粗糙度及其注法。

一、 表面粗糙度的概念

无论采用哪种加工方法所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的，放在显微镜(或放大镜)下观察，都不得可以看到微观的峰谷不平痕迹，如图1所示。表面上这种微观不平滑 情况， 一般是受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的振动及零件的塑性变形等各种因素的影响而形成的。表面上所具有的这种较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，称为表 面粗糙度。

图1 表面粗糙度概念

表面粗糙度是评定零件表面质量的一项技术指标，它对零件的配合性质、耐磨性、抗腐象征性、接触刚度、抗疲劳强度、密封性质和外观等都不得有影响。因此，图样上要根据零 件的功能要求，对零件的表面粗糙度做出相应的规定。评定表面粗糙度的主要参数是轮廓算术平均偏差Ra，它是指在取样长度L范围内，补测轮廓线上各点至基准线的距离yi(如图2)的算术平均值，它是指在取样长度L范围内，被测轮 廓线上各点至基准线的距离yi(如图12)的算术平均值，可用下表示：-----------或近似表示为：----------- 轮廓算术平均偏差可用电动轮廓仪测量，运算过程由仪器自动完成。根据GB/T10311995F规定(另外还有GB/T35252000以可同时查阅),Ra数值愈小，零件表面愈趋平整光滑 ;Ra的数值，零件表面愈粗糙。

图2 轮廓算术平均编差

图3 轮廓算术平均编差值

二、 表面粗糙度的选用

表面粗糙度参数值的选用，应该既要满足零件表面的功能要求，又要考虑经济合理性。具体选用时，可参照已有的类似零件图，用类比法确定。在满足零件功能要求前提下，应尽量选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。一般地说，零件的工作表面、配合表面、密封表面、运动速度高和单位压力大的摩擦表面等 ，对表面平整光滑程度要求高，参数值应取小些。非工作表面、非配合表面、尺寸精度低的表面，参数值应参数Ra值与加工方法的关系及其应用实例，可供选用时参考。

图4 表面粗糙度获得方法

三、 表面粗糙度的注法(GBT1311993)

(一) 表面粗糙度代(符)号

表面粗糙度代号由表面粗糙度符号和在其周围标注的表面粗糙度数值及有关规定符号所组成。

(1)表面粗糙度符号及其画法，如图5所示。表面粗糙度符号的尺寸大小，按图6规定对应选取。

图5 表面粗糙度符号

图6 表面粗糙度符号画法

(2) 糙度数值及其有关规定在符号中的注写位置，如图5所示，标注方法如下： 1)采用表面粗糙度参数值Ra时，省略符号Ra，只将其数值注写在表面粗糙度符号上方，单位为微米(FM)，如图7。

图7 表面粗糙度值注法

2)彩表面粗糙度的其他参数，如轮廓最大高度Rz时，需在其参数值前注出相应的符号，单位为微米(FM)，见图8。

图8 其它表面粗糙度值注法

3)若需要表示取样长度、指定的加工方法，镀覆其他表面处理的要求，或控制加工纹理方向时，其注法如图9。

图9 取样长度、指定的加工方法、镀覆或其他表面处理的要求和控制表面加工纹理方向的注法

(二) 表面粗糙度代号在图样上的注法，见图10。

表面粗糙度原因 第3篇

关键词：表面粗糙度；普通铣床；影响因素；正交试验法

中图分类号：TG580.6 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）06-0031-03

普通铣床因其加工成本低廉，对单件、小批量零件加工速度较快的特点，在国内外机械加工行业占有主导地位。但随之科技的发展，数控铣床、加工中心的兴起终结了普通铣床、车床对零件加工的垄断。普通铣床只有不断提高机械加工产品质量，才能抢占市场地位，创造更大的产品价值。表面粗糙度是衡量零件表面质量的一项重要指标，是决定零件后期功用的标尺，也是反映铣削加工性能的指标。在普通铣床的加工中，影响表面粗糙度的因素有刀具方面、切削条件、被加工材料、工艺系统的精度和刚度等。要想达到较高的表面粗糙度，需要综合多方面因素进行考虑。现重点研究切削条件下进给速度v、主轴转速n、切削深度ap对表面粗糙度的影响。

1 材料与方法

1.1 试验方法

表面粗糙度主要是由于加工过程中刀具和零件表面之间的摩擦、切屑分离时的塑性变形，以及工艺系统中存在的高频振动等原因所形成的。根据表面粗糙度的产生原因和生产实际，铣削加工中影响表面粗糙度的可控制因素主要有进给速度v、主轴转速n和切削深度ap。将这3个因素作为铣削试验的对象，采用正交试验法进行试验与分析，并将试验件和表面粗糙度比较样块进行对比，得出表面粗糙度的参数，作为试验结果。

各因素水平结合生产实际选取，主轴转速300～900 r/min，进给速度30～150 mm/min，切削深度0.5～2.5 mm。每个因素选取5个不同的因素水平，用

L25（56）设计表头，一共进行25组试验，详见表1。

1.2 材料与设备

试件所用材料为45号钢。X6132卧式万能卧式铣床：北京第一机床厂；Φ50硬质合金铣刀，镶嵌刀片为3片，采用逆铣干铣法；GB 6060.2—85，Ra 0.1～6.3表面粗糙度比较样块：衡阳量具刀具总厂；放大镜。

2 结果与分析

根据试验安排，取样长度为30 mm，最终得到25组表面粗糙度的试验结果，见表2。

在以上分析基础上，采用极差分析法分析表2中的25个数据，分别计算进给速度v、主轴转速n，切削深度ap对表面粗糙度的平均影响效果，结果见表3。

表3中k1，k2，k3，k4，k5分别代表3个试验因素在1，2，3，4，5水平下通过表面粗糙度比较样块对比出来的表面粗糙度的平均值；R代表3个因素在5个水平下的最大方差，通过计算方差可以反映出3个因素对表面粗糙度的影响效果。由表 3可知：切削深度ap对表面粗糙度的影响效果最大，其次是主轴转速n，再次是进给速度v。

根据表2的数据绘制表面粗糙度分别在切削深度ap、主轴转速n和进给速度v作用下的影响曲线，如图1、图2、图3所示。

由图1可以看出：随着切削深度的增加，表面粗糙度值越来越大，近似成正比例增大。其原因是随着切削深度的增加，刀所受的切削力增大，刀在加工表面产生的径向跳动也就越厉害，导致零件加工表面粗糙度值变大。

由图2可以看出：随着主轴转速的增加，表面粗糙度值先减小后增大。在转速300～750 r/min范围内表面粗糙度值减小；在转速750～900 r/min范围内表面粗糙度值减大；在转速为750 r/min时，表面粗糙度值达到最小值，为4.9，此时主轴转速在切削深度和进给速度共同作用下表面质量最好。其原因是随着主轴转速的增加，Φ50硬质合金铣刀属于间歇性切削，零件加工表面在同一时间刀片切削次数增加，使得零件加工表面粗糙度值变小。当转速达到一定数值再增加时，刀片与加工表面摩擦加剧产生大量的切削热，形成积削瘤，破坏了刀具表面质量，从而使表面粗糙度值变大。

由图3可以看出：随着进给速度的增大，表面粗糙度值先减小后增大，减小幅度没有主轴变化减小幅度那样明显。其原因是随着进给速度的增大，刀在加工表面产生的径向跳动较小，所以表面粗糙度值减小。

3 结论

1） 随着切削深度的增加，表面粗糙度值越来越大；随着主轴转速和进给速度的增加，表面粗糙度值先减小后变大，总体呈增大趋势。

2） 通过分析方差可以反映出切削深度ap对表面粗糙度的影响效果最大，其次是主轴转速n，再次是进给速度v。

3） 在主轴转速n为750 r/min、切削深度ap为0.5 mm、进给速度v为118 mm/min时，普通铣床在实际加工中可以达到的表面粗糙度最小，为3.2。

4） 随着主轴转速的提高，表面粗糙度值先减小。当主轴转速达到一定值时，刀具磨损加剧影响表面加工质量，从而使表面粗糙度值变大。

参考文献

[1] 韩秋实，王红军.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 徐海华，徐放，赵逸群，等.正交试验法研究影响铣磨球面表面粗糙度的因素[J].新技术新工艺，2013（1）：61-64.

[3] 胡知音，孟广耀，夏海涛.基于正交试验法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究[J].制造技术与机床，2011（1）：44-46.

[4] 王素玉，赵军，艾兴，等.高速切削表面粗糙度理论研究综述[J].机械工程师，2004（10）：3-6.

[5] 王伯平.互换性与测量技术基础[M].北京：机械工业出版社，2009.

Research on the Influence Factors of Roughness of Ordinary

Milling Parts Processed Surface

WANG Chao， SUN Changqing， WEI Yongtao， MA Guoqiang

（School of Mechanical Engineering Shenyang Institute of Engineering， Shenyang 110136， China）

Abstract： In this paper， conventional miller cutting condition of the feed speed， the spindle speed and the depth of cut were studied by using orthogonal test method， which had effect on surface roughness. The result showed that the deeper the cutting depth， the more roughness the surface； with the increase of spindle speed and feed speed， the surface roughness changed from decreasing to increasing， overall had increasing trend. The cutting depth had the biggest effect on surface roughness， secondly was spindle speed， then feed speed.

Key words： surface roughness； conventional miller； influence factors； orthogonal test method

减小表面粗糙度的方法 第4篇

1 切削加工中影响表面粗糙度的因素

1.1 刀刃在工件表面留下的残留面积

工件的已加工表面是由刀具的主副切削刃切削后形成的。两条切削刃在已加工表面上留下的痕迹如图1所示。在已加工表面上残留的面积越大, 获得的表面将越粗糙。由图1可知, 当rε=0时, 残留面积高。当刀尖的圆角半径rε≠0, 在实际的切削过程中, 切削刃的表面粗糙度也会反映在工件已加工表面上, 此外, 切削刃还会将残留面积挤歪, 实际表面粗糙度的最大值大于残留面积高度。

1.2 工件材料的性质

塑性材料与脆性材料对表面粗糙度都有较大的影响。

1.2.1 性材料 (积屑瘤的影响)

在一定的切削速度范围内加工塑性材料时, 由于前刀面的挤压和摩擦作用, 使切屑的底层金属流动缓慢而形成滞流层, 此时切屑上的一些小颗粒就会粘附在前刀面上的刀尖处, 形成硬件度很高的楔状物, 称为积屑瘤, 如图2所示:

积屑瘤的硬度可达工件硬度的2~3.5倍, 它可代替切削刃进行切削。由于积屑瘤的存在, 使刀具上的几何角度发生了变化, 切削厚度也随之增大, 因此, 将会在已加工表面上切出沟槽。积屑瘤生成以后, 当切屑与积屑瘤的摩擦大于积屑瘤与刀面的冷焊强度或受到振动、冲击时, 积屑瘤会脱落, 又会逐渐形成新的积屑瘤。由此可见, 积屑瘤的生成、长大和脱落, 使切削发生波动, 并严重影响工件的表面质量。脱落的积屑瘤碎片, 还会在工件的已加工表面上形成硬点。因此, 积屑瘤是增大表面粗糙度的不可忽视的因素。

1) 鳞刺的影响。鳞刺是由于切屑在前刀面上的磨擦和冷焊作用造成周期性的停留, 代替刀具推挤切削层, 造成切削层金属的积聚, 切削层和工件之间出现撕裂现象 (如图3所示) , 如此连续发生, 就在工件表面上形成一系列的鳞刺, 构成已加工表面的纵向粗糙度。

形成鳞刺的原因有:a.由于机械加工系统的振动所引起的。b.由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用, 使切屑在前刀面上产生周期性停留, 从而挤拉已加工表面。这种挤拉作用严重时会使表面出现撕裂现象。2) 脆性材料。在加工脆性时, 切屑呈不规则的碎粒状, 加工表面往往出现微粒崩碎痕迹, 留下许多麻点, 增大了表面粗糙度。

1.2.2 切削用量

选择不同的切削参数对表面粗糙度影响较大。在一定的速度范围内, 如用中、低速 (一般1<υc<80m/m in) 加工塑性材料容易形成积屑瘤或鳞刺。此外, 当背吃刀量或进给量很小且刀刃不够锋利时, 刀刃易在工件表面打滑, 增大表面粗糙度。

1.2.3 工艺系统的高频振动

工艺系统的高频振动, 使工件和刀尖的相对位置发生微幅振动, 使表面粗糙度加大。

1.2.4 切削液

切削液在加工过程中具有冷却、润滑和清洗作用, 能降低切削温度和减轻前、后刀面与工件的摩擦, 从而减少切削过程中的塑性变形并抑制积屑瘤和鳞刺的生长, 对降低表面粗糙度有很大作用。

2减小表面粗糙度的方法

2.1 切削用量方面

1) 切削速度vc切削速度对表面粗糙度的影响较复杂, 一般在低速度或在高速度切削时, 不会产生积屑瘤, 因此加工后表面粗糙度值小。用较高的切削速度, 还可大大提高生产率。比如:用YT15切削35钢, 临界切削速度v>100m/min。2) 进给量f适当减少进给量f将使表面粗糙度值减小。3) 切削深度ap一般说, 切削深度ap对加工表面粗糙度影响不明显。但当ap<0.02~0.03mm时, 由于加工半径的影响, 常出现挤压、打滑和周期性的切入加工表面, 从而使表面粗糙度值增大。为降低加工表面粗糙度值, 应根据刀具刃口刃磨的锋利程度选择相应的切削深度。

2.2 刀具方面

1) 刃倾角λs增大刃倾角对降低表面粗糙度有利。因为λs增大, 实际工作前角随之增大, 切削力F明显下降, 从而可减轻工艺系统的振动, 减小加工表面的粗糙度数值。2) 主偏角kγ、副主偏角k’γ、刀尖圆弧半径rε减小刀具的主偏角kγ和副主偏角k’γ以及增大刀尖圆弧半径rε, 可减小切削残留面积, 使其表面粗糙度降低。3) 前角γo增大前角γo, 有利于减小表面粗糙度值。前角大刃口锋利, 切削层的塑性变形和磨擦阻力小, 切削力和切削热降低。但γo不能太大, 否则会嵌入工件或崩刀, 反而增大表面粗糙度值。4) 提高刀具刃磨质量, 减小刀具前、后刀面的粗糙度数值, 使其不大于Ra1.25μm。5) 选用与工件亲合力小的刀具材料, 如用陶瓷或碳化钛基硬质合金切削碳素工具钢, 用金刚或矿物陶瓷刀加工有色金属等。

2.3 其它方面

表面粗糙度测量仪的工作原理 第5篇

分析及其改进方案

阳旭东

(贵州工业大学机械系，贵州 贵阳550003)摘 要：分析了传统表面粗糙度测量仪的基本原理，对采用计算机系统的改进方案进行了讨论，并指出其发展方向。

关键词：表面粗糙度；表面粗糙度测量仪；计算机 中图分类号：TH71 文献标识码：A

0 引 言

表面质量的特性是零件最重要的特性之一，在计量科学中表面质量的检测具有重要的地位。最早人们是用标准样件或样块，通过肉眼观察或用手触摸，对表面粗糙度做出定性的综合评定。1929年德国的施马尔茨(G.Schmalz)首先对表面微观不平度的深度进行了定量测量。1936年美国的艾卜特(E.J.Abbott)研制成功第一台车间用的测量表面粗糙度的轮廓仪。1940年英国Taylor-Hobson公司研制成功表面粗糙度测量仪“泰吕塞夫(TALYSURF)”。以后，各国又相继研制出多种测量表面粗糙度的仪器。目前，测量表面粗糙度常用的方法有：比较法、光切法、干涉法、针描法和印模法等，而测量迅速方便、测值精度较高、应用最为广泛的就是采用针描法原理的表面粗糙度测量仪。本文将详细讨论表面粗糙度测量仪的原理及其改进方案。传统表面粗糙度测量仪的工作原理

1.1 针描法

针描法又称触针法。当触针直接在工件被测表面上轻轻划过时，由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动，把这种移通过电子装置把信号加以放大，然后通过指零表或其它输出装置将有关粗糙度的数据或图形输出来。1.2 仪器的工作原理

采用针描法原理的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成，见图1。

图1 测量系统图 图2 电感传感器工作原理图

电感传感器是轮廓仪的主要部件之一，其工作原理见图2，在传感器测杆的一端装有金刚石触针，触针尖端曲率半径r很小，测量时将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，利用驱动器以一定的速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触状在被测表面滑行时，将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运动，从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电感量发生变化。

图3为仪器的工作原理主框图。传感器的线圈与测量线路是直接接入平衡电桥的，线圈电感量的变化使电桥失去平衡，于是就输出一个和触针上下的位移量成正比的信号，经电子装置将这一微弱电量的变化放大、相敏检波后，获得能表示触针位移量大小和方向的信号。此后，将信号分成三路：一路加到指零表上，以表示触针的位置，一路输至直流功率放大器，放大后推动记录器进行记录；另一路经滤波和平均表放大器放大之后，进入积分计算器，进行积分计算，即可由指示表直接读出表面粗糙度Ra值。

图3 传统表面粗糙度测量仪工作原理框图

指零表的作用反映铁芯在差动电感线圈中所处的位置。当铁芯处于差动电感线圈的中间位置时，指零表指针指示出零位，即保证处于电感变化的线性范围之内。所以，在测量之前，必须调整指零表，使其处于零位。噪声滤波的目的在于剔除一些干扰信号，如电气元件的噪声所引起的虚假信号。大量的测试表明，高于400Hz的信号即不是被测表面粗糙度所引的信号，必须从总信号中加以剔除。所以噪声滤波器是一种低通(低频能通过)滤波器，它使400Hz以下的低频信号顺利通过，而将400Hz以上的高频信号迅速衰减，从而达到滤波的目的。波度滤波的目的则是用以滤掉距大于取样长度的波度，因此它是一个高通(高频能通过)滤波器，使表面粗糙度所引起的高频(相对于波度引起的低频而言)信号能自由通过。

经过噪声滤波和波度滤波以后，剩下来的就是与被测表面粗糙度成比例的信号，再经平均表放大器后，所输出的电流I与被测表面轮廓各点偏离中线的高度y的绝对值成正比，然后经积分器完成0ydx的积计算，得出Ra值，由指零表显示出来。

这种仪器适用于测定0.02-10μm的Ra值，其中有少数型号的仪器还可测定更小的参数值，仪器配有各种附件，以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便，测值精度高。

传统表面粗糙度测量仪的不足

传统表面粗糙度测量仪存在以下几个方面的不足：

(1)测量参数较少，一般仅能测出Ra、Rz、Ry等少量参数；

(2)测量精度较低，测量范围较小，Ra值的范围一般为0.02-10μm左右；(3)测量方式不灵活，例如：评定长度的选取，滤波器的选择等；(4)测量结果的输出不直观。

造成上述几个方面不足的主要原因是：系统的可靠性不高，模拟信号的误差较大且不便于处理等。对传统表面粗糙度测量仪的改进

3.1 传统表面粗糙度测量仪的改进方案

为了克服传统表面粗糙度测量仪的不足，应该采用计算机系统对其进行改进。例如，英国兰克精密机械有限公司制造的“泰吕塞夫(TALYSURF)”10型和我国哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪就采用了计算机系统，使其性能较之传统表面粗糙度测量仪有极大的提高。其基本原理如图4所示，从相敏整流输出的模拟信号，经过放大及电平转换之后进入数据采集系统，计算机自动地将其采集的数据进行数字滤波和计算，得到测量结果，测量结果及轮廓图形在显示器显示或打印输出。

图4 改进后的表面粗糙度测量仪工作原理框图

要采用计算机系统对传统的表面粗糙度测量仪进行改进，就要编制相应的计算机软件，最好采用比较直观的菜单形式。可以按如图5所示的菜单使用流程图编制软件：

图5 菜单使用流程框图

3.2 改进后的表面粗糙度测量仪的功能及使用效果

由于采用计算机系统，将模拟信号转换为数字信号进行灵活的处理，显著地提高了系统的可靠性，所以既大大增加了测量参数的数量，又提高了测量精度。例如：哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪的测量参数多达二十六个，测量范围为0.001～50μm，可任选1～5倍的取样长度作为评定长度，测量结果及图形在显示器、打印机或绘图仪上非常直观地输出来。它还采用了较为先选的可选择的数字滤波器，它与模拟滤波器相比其特性更为准确，且不会有元器件参数误差带来的影响。

另一方面，若在表面粗糙度测量仪测量实验的教学过程中引入改进后的表面粗糙度测量仪，就实验的直观教学功能而言，也很有意义。改进后的电动输廓仪，通过计算机软件与硬件的结合(尤其是软件)大大加强了实验过程的直观性，这体现在以下几个方面：

(1)整个实验过程非常直观地通过软件的各级菜单进行控制。操作简单、一目了然。(2)输入与显示同步，即在测量进行过程的同时，触针在被测表面上滑行的轨迹动态地显示在计算机屏幕上。

(3)测量结果及相关图形能非常直观地、准确地输出在显示器、打印机或绘图仪上。很显然，以上这些直观的教学效果是其它传统的表面粗糙度测量实验方法所不具备的。它在得到正确的测量结果的同时，还充分运用了直观教学的原理，帮助学生加深对表面粗糙度的概念及其各种参数的直观理解。结 语

(1)传统的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成，从输入到输出全过程均为模拟信号。而在传统的表面粗糙度测量仪的基础上，采用计算机系统对其进行改进后，通过模-数转换将模拟量转换为数字量送入计算机进行处理，使得仪器在测量参数的数量、测量精度、测量方式的灵活性、测量结果输出的直观性等方面有了极大的提高。

(2)从前面的分析知，整个改进方案并不复杂，因此对于目前仍广泛使用的传统的表面粗糙度测量仪的改进具有一定的意义。

飞机机翼积冰表面粗糙度研究 第6篇

随着飞机的用途日益扩大,除最初的商用和军事用途外,目前已广泛应用于飞行表演、探险、救生、私人飞行等领域。这就要求飞机在各种气象条件下均能正常飞行,以完成预定飞行任务。飞机在积冰气象条件下飞行时,容易发生积冰的部位有:机翼、尾翼、螺旋桨叶、发动机进气道前缘、风挡、空速管、天线等。而机翼积冰主要改变了飞机的气动外形,从而影响飞机的空气动力性能,是严重威胁飞行安全最主要因素之一。

1 研究现状

飞机积冰现象进行研究主要有三类方法:试验研究、工程估算及数值模拟。

试验研究采用实际飞行或采用冰风洞模拟积冰的气象条件来对飞机积冰及其对飞机性能的影响进行研究;工程估算采用一些由试验得到的经验图表公式进行估算;数值模拟则是采用计算机对合理简化的数学模型进行求解,来分析积冰过程及积冰后对飞机性能的影响。

三种方法各有优缺点,在飞机积冰的研究中互相补充,其中试验研究可以直接观测到积冰的过程,并且可以直接测量积冰对性能的影响,但是相对来说投资大,周期长,并且试验对象也有一定的限制;工程估算图表的适用范围比较小,同时也无法模拟积冰过程,因此往往在飞机防/除冰系统设计的前期阶段进行设计估算;不具备冰风洞试验条件时,数值模拟是一种经济有效的替补手段,通过对实际问题进行合理简化后建立数学模型,采用数值计算方法进行各种气象条件下积冰过程的模拟,并可在计算得到冰形,对积冰后的飞机气动特性进行分析。随着计算机、计算流体力学及数值传热学的发展,数值模拟将在飞机积冰的研究中发挥越来越大的作用。

由于数值模拟具有经济有效、适用范围广的特点,国外从二十世纪五十年代起就开始将数值模拟应用到飞机积冰的研究中。国外采用数值模拟方法进行飞机积冰方面的主要研究内容有:求解Euler方程获得积冰表面外空气流场;过冷水滴的运动方程和数值模拟方法;建立冰型的生长模型,进行积冰过程数值模拟研究;根据积冰情况,用数值模拟的方法进行防冰系统的设计;积冰对机翼气动特性影响的数值模拟研究。

我国早期在飞机防/除冰系统的设计中主要依赖于经验图表,近几年才开始将数值模拟引入到飞机积冰及其对气动特性影响的研究中,取得了较大的进展,但是研究方法和内容与国外还有很大差距,目前主要集中在霜状冰模拟方面,大都采用拉格朗日方法。

2 数值模拟方法

飞机积冰过程是个复杂的传热传质过程,如图1为机翼积冰过程示意图,过冷水滴在气流的带动下撞击到积冰表面,撞击到表面的水与空气对流换热,表面存在着蒸发和升华,积冰过程中会放出潜热,同时未冻结的水还会在气流的驱动下沿表面流动(通常称之为回流),这便构成了一个复杂的传热传质问题。进行积冰计算,首先要进行空气流场的计算,在此基础上计算水滴的轨迹,从而可以确定表面收集的水量,然后对收集的水建立一定的数学模型进行计算确定积冰量,整个过程中表面的形状不断变化,是一种边界移动问题,这就需要在计算过程对移动的边界进行合理的处理以便于生成计算网格。积冰过程中表面往往会产生一定粗糙度,这对换热的影响很大,因此合理的考虑粗糙度对换热的影响也是进行积冰数值模拟中的一个重要问题。

目前主流积冰预测软件主要包括三个模块:流场计算、水滴撞击特性计算、冰形计算。积冰预测基本步骤一般分五部:计算网格生成,干净翼型空气流场计算,水滴流场计算,冰形计算,积冰翼型空气流场计算。一些扩展功能如计算积冰前后气动特性参数、飞机性能参数等。

3 积冰表面粗糙度

计算流体力学(CFD)建模已经成为预测积冰形状,模拟和优化防冰系统的一个有力工具。然而,飞行中的积冰模拟是一种非常复杂的多重物理量的问题,某些方面仍未很好的描述出。本文件借鉴了来自各个领域的多学科的方法思路,来阐述这些问题,即积冰引起的表面粗糙度的分析评价,对共轭热传递有重要影响而最终影响积冰形状。

实验表明,积冰表面并不光滑,而是由许多半径大约毫米的近似半球形颗粒覆盖的。此外,由于粗糙度是由积冰本身引起的,它在空间或时间都不是常量。粗糙度的形状和分布应该直观地涉及到由于撞击水滴形成的水珠和水流的大小和演化,以及与已经形成的积冰层的相互作用。表面粗糙度影响剪应力和热传导,从而反过来影响曾生积冰层的形状和大小。因此,粗糙度和积冰之间有一个随时间变化的双向耦合[1]。

积冰引起的粗糙度的理解和处理对获取准确、可靠的基于CFD的积冰形状至关重要。目前,大多数积冰模拟计算通过使用试验相关分析来提供简化的粗糙度建模。最广泛采用的相关性是Shin和Bond提出的关联式,根据云中液态水含量(LWC),液滴平均体积直径(MVD),温度和飞机速度,给出了一个单一的,平均的,具有典型值的粗糙度[2]。这个非常有用的关联式,由非常大量的试验冰形分析用经验公式推导出的。但由于其自身的性质,这些经验公式提供的是一个单一的常量,减少了物理现象的复杂度;它们是无法利用CFD计算提供的丰富的局部流场细节优势,并限制于试验中测量了的积冰增加特性的几何特征。

福尔廷等最近提出机翼表面的表面粗糙度,反馈和水脱落的计算分析模型[3]。他们的物理模型是建立在Hansman和Turnock的工作基础上[4],即定义了粗糙元素为水珠和冰上的水层有规则的接触角。而参考文献3提出的水珠模型随时间增大和演变,但水层的描述仍然在简化:在机翼撞击区水只能以于静止水珠或流动水膜的形式存在,而在撞击区外,水流或连续水膜是允许的,假设用最大液滴的高度作为阈值来区分两种状态。此外,这种粗糙度模型与试验数据并不抵触。

当过冷液滴在积冰的冰点以下温度撞击固体表面,只是它的一部分会冻结,即使这样,也不是瞬间:形成一个水珠,并通过与撞击液滴及其他邻近水珠聚结变大。液滴增大部分,也可能是部分冻结,当空气动力和引力压倒了水的表面张力时停止变大。这时,水珠变为流动的水珠或汇集成细流或连续水膜,如图2所示。所以要模仿水珠的增长和聚结过程,这决定了表面粗糙度随时间的演化过程。

本文更全面的描述了积冰表面粗糙度,把福尔廷珠等人的水珠模型[3]作为一个起点,改进点在于对水珠到水流到水膜的转变可能的方式有不同的描述,引入了作用力平衡新的标准。此外,对水珠大小的统计分布的分析第一次采用拉格朗日模型。计算结果提供了水珠的一般性质。本文利用新模型预测代替经验公式计算粗糙度高度,再结合S-A模型嵌入粗糙度的影响。计算结果与试验结果进行了对比并与目前积冰预测中广泛采用的经验公式法的计算结果进行了对比。结果表明改进的方法和文献中的试验数据吻合得更为良好。

4 本文数值计算方法和算例分析

本文采用N-S方程求解空气流场,利用空气-水滴两相流方程计算水滴轨迹,积冰模型中考虑了积冰表面水膜流动的微分方程,在S-A湍流模型中考虑了积冰表面粗糙度的影响。选定试验数据最为完备的NACA0012翼型作为计算对象,网格采用C型网格,由46,926个面元和94,800个网格点组成。计算改进的粗糙度计算方法对计算翼型气动特性变化量的影响。

模拟的飞行及气象条件为:机翼弦长c=0.5334m,自由来流速度V=95.22m/s,静压P=100k Pa,空气温度T=265.37K,攻角=4°,积冰时间t=300s,水滴的有效平均直径MVD=20μm,液态水含量LWC=2.1g/m3。为了验证本文所采用的数值模拟方法的可信性和有效性,需要与试验数据对比分析,此模拟条件根据试验条件[5]而定。

本文预测的积冰300s的冰形与参考文献44的试验测量结果对比如图3。从图中可以看出本文预测结果与试验结果吻合良好,积冰总体趋势比较一致。

积冰严重威胁飞行安全最主要原因是机翼积冰改变了飞机的气动外形,从而影响飞机的空气动力性能,所以本文对比了升阻力系数曲线图得变化。

图4为数值模拟的积冰前后的升阻力系数曲线对比,可见由于冰形破坏了机翼的气动外形,使飞机升力减小,阻力增大,飞行性能下降,与相关文献描述的试验结论一致。

图5为本文采用的粗糙度计算方法与经验公式法模拟计算积冰后的升阻力曲线对比,虽然两种方法都与试验数据的变化趋势基本一致,但是可以看

出本文计算结果与试验结果吻合更为良好。

5 结论

本文在前期研究的基础上,改进了一种飞机机翼积冰表面粗糙度水珠模型方法,完成了NACA0012机翼积冰过程的数值模拟,得到了机翼积冰混合冰冰形,为飞机积冰的数值模拟粗糙度的计算提供了一种新方法。通过对计算结果的分析及与试验结果和经验公式方法的对比,得到以下结论:

(1)本文考察了不同的积冰表面粗糙度计算方法对升阻力系数计算结果的影响,明显说明了粗糙度的计算方法的重要性。

(2)引入新模型预测的粗糙度高度方法计算出的升阻力系数变化与目前广泛采用的计算结果与试验结果吻合良好,表明本文采用的粗糙度预测模型更为有效。

摘要：本文对飞行过程中的飞机机翼积冰过程的数值模拟中的粗糙度计算提出了改进。此方法结合S-A湍流模型中改进的积冰表面粗糙度计算,对飞机机翼积冰过程进行了数值模拟。为验证方法的效果,本文计算了NACA0012翼型的积冰情况及对气动特性参数的影响,计算结果与试验数据结果进行了对比,并与目前国际上广泛采用的经验公式计算粗糙度的方法进行了对比讨论。结果表明改进的方法和文献中的试验数据吻合良好。

关键词：飞行安全,机翼积冰,数值模拟,表面粗糙度

参考文献

[1]Bragg,M.B.,Kerho,M.,and Winkler,J.Effects of Initial Ice Roughness on Airfoil Aerodynamics[M].AIAA1994:94-0800.

[2]Shin,J.,and Bond,T.Experimental and Computational Ice Shapes and Resulting Drag Increase for a NACA0012Airfoil[M].NASA Technical Manual105743,1992.

[3]Fortin,G.,Laforte,J.L.,and Illinca,A.Heat and Mass Transfer During Ice Accretion on Aircrafts Wing with an Improved Roughness Model[M].International Journal of Thermal Sciences,Vol.45,2006:595-606.doi:10.1016/j.ijthermalsci.2005.07.006.

[4]AGARD.Ice accretion simulation[R].Report of Fluid Dynamics Panel Working Group20.NATO report,AGARD-AR-344,1997.

表面粗糙度检测技术研究概况 第7篇

关键词：表面粗糙度,非接触,光学测量

0 引言

随着科学技术的进步和社会的发展,人们对于机械产品表面质量的要求越来越高。表面粗糙度是评价工件表面质量的一个重要指标,国内外很多学者在表面粗糙度检测方面做了大量研究工作。目前测量表面粗糙度的主要方法有:接触式测量和非接触式测量。

1 接触式测量

接触式测量就是测量装置的探测部分直接接触被测表面,能够直观地反映被测表面的信息,接触式测量方法主要是触针法,该方法经过几十年的充分发展,以其稳定、可靠的特点被广泛应用。但接触式测量存在很大的缺陷,具体表现在:(1)对高精度表面及软质金属表面有划伤破坏作用;(2)受触针尖端圆弧半径的限制,其测量精度有限;(3)因触针磨损及测量速度的限制,无法实现在线实时测量[1]。

2 非接触式测量

为了克服接触式测量方法的不足,人们对非接触式测量方法进行了广泛研究。研究表明,非接触式测量方法具有非接触、无损伤、快速、测量精度高、易于实现在线测量、响应速度快等优点。目前已有的非接触式测量方法包括各种光学测量方法、超声法、扫描隧道显微镜法、基于计算机视觉技术的表面粗糙度检测方法等。这里我们只对基于光学散射原理的测量方法、基于光学干涉原理的测量方法和基于计算机视觉技术的测量方法做简单介绍。

2.1 基于光学散射原理的测量方法

当一束光以一定的角度照射到物体表面后,加工表面的粗糙不平将引起发生散射现象。研究表明:表面粗糙度和散射光强度分布有一定的关系。对于表面粗糙度数值较小的表面,散射光能较弱,反射光能较强;反之,表面粗糙度数值较大的表面,散射光能较强,反射光能较弱。

基于光学散射原理测量表面粗糙度的研究方法和理论较多。四川联合大学和哈尔滨理工大学相继提出了一种称之为散射特征值的参数,表征被测物体表面上反射光和散射光的分散度,散射特征值与被测物体表面的粗糙度有很好的对应关系[2]。哈尔滨理工大学利用已知表面粗糙度参数值的标准样块测得其散射特征值,建立—关系曲线,从而实现利用散射特征值测量火炮内膛表面粗糙度[3]。

基于光学散射原理的表面粗糙度检测方法,具有结构简单、体积小、易于集成产品、动态响应好、适于在线测量等优点。该方法的缺点是测量精度不高,用于超光滑表面粗糙度的测量还有待进一步改进。

2.2 基于光学干涉原理的测量方法

当相干光照射到工件表面同一位置时,由于光波的相互位相关系,将产生光波干涉现象。一般的干涉法测量是利用被测面和标准参考面反射的光束进行比较,对干涉条纹做适当变换,通过测量干涉条纹的相对变形来定量检测表面粗糙度。该方法的测量精度取决于光的波长。但是由于干涉条纹的分辨率是以光波波长的一半为极限的,仅从条纹的状态无法判断表面是凸起还是凹陷,因此,作为一种具有较好分辨率、宽测量范围的表面粗糙度在线检测技术,这种干涉法测量技术还有待于进一步发展[4]。

基于光学干涉原理,1984年美国洛克西德导弹公司huang采用共模抑制技术研制成功了光学外差轮廓仪,光外差干涉检测技术是一种具有纳米级测量准确度的高精度光学测量方法,适用于精加工、超精加工表面的测量,而且可以进行动态时间的研究;华中理工大学采用光外差干涉方法研制出2D-SROP-1型表面粗糙度轮廓仪[5]。美国的维易科(VEECO)精密仪器有限公司,采用共光路干涉法研制了WYKO激光干涉仪和光学轮廓仪,可用来测量干涉条纹位相[6]。

基于光学干涉原理测量表面粗糙度分辨率高,适于测量超光滑表面粗糙度,但由于该方法的测量精度受光波波长的影响很大,所以其测量范围受到一定影响。

2.3 基于计算机视觉技术的测量方法

基于计算机视觉的粗糙度测量方法是指使用摄像机抓取图像,然后将该图像传送至处理单元,通过数字化处理,根据像素分布和灰度、纹理、形状、颜色等信息,选用合理的算法计算工件的粗糙度参数值。近年来,随着计算机技术和工业生产的不断发展,该方法受到越来越多的关注。

北京理工大学的王仲春等人采用显微镜对检测表面进行放大,并通过对CCD采集加工表面微观图像进行处理实现了表面粗糙度的检测[7]。哈尔滨理工大学吴春亚、刘献礼等为解决机械加工表面粗糙度的快速、在线检测,设计了一种表面粗糙度图像检测方法,建立了图像灰度变化信息与表面粗糙度之间的关系模型[8]。英国学者Hossein Ragheb和Edwin R.Hancock通过数码相机拍摄的表面反射图来估计表面粗糙度参数,运用Vernold Harvey修正的B K散射理论模型获得了比Oren Nayar模型更好的粗糙度估计结果[9]。澳大利亚学者Ghassan A.Al-Kindi和Bijan Shirinzadeh对基于显微视觉的不同机械加工表面粗糙度参数获取的可行性进行了评估,讨论了照射光源与表面辐照度模型对检测的影响,结果显示尽管从视觉数据和触针数据所获得的粗糙度参数存在一定差异,但是基于视觉的方法仍是一种可靠的粗糙度参数估计方法[10,11]。

可以看出,基于计算机视觉技术的测量方法主要有统计分析、特征映射和神经网络等黑箱估计法。通过这些方法获得的表面粗糙度参数的估计值受诸多因素的影响,难以给出其准确的物理解释。真正要定量地计算出粗糙度参数,需要科学的计算。

但是随着机械加工自动化水平的提高,基于计算机视觉技术的检测方法处理内容丰富、处理精度高、处理速度快、易于集成等优点将受到越来越多的重视。

3 结束语

磨削加工凸轮表面粗糙度的数学模型 第8篇

近年来, 随着车辆、船舶、航天器等领域对机械零部件的加工要求的提高, 对凸轮类非圆轮廓零件的加工质量———表面粗糙度也提出了更高的要求。对于凸轮磨削, 目前广泛采用X-C两轴联动加工。X-C两轴联动加工是通过建立X-C联动位置与速度模型来加工凸轮, 机床结构相对简单, 因此X-C两轴联动具有效率高、精度高、成本低的特点。

表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度[1]。其两波峰或两波谷之间的距离很小, 它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小, 则表面越光滑。Badger和Torrance[2]对磨粒进行了四棱锥体的假设, Shaw和Lal[3]则认为, 认为磨粒形状为球体更为合理, Hecker等[4]人根据磨削过程的随机性质建立了数学模型, 该模型主要考虑了砂轮表面磨刃的随机几何形状和随机分布, Stepien[5]建立了一个磨削的概率模型, 该模型考虑了磨粒顶尖在砂轮表面的随机排列, 并对材料磨除过程进行了详尽的描述。Zhou等[6]根据磨粒突出高度建立了粗糙度数学模型, 该模型考虑了相邻磨粒交叉点的随机高度, 根据交叉点的随即高度推导出整个磨削面的平均磨粒高度分布。Piotr等[7]在考虑了磨粒与材料的接触概率和未变形切屑厚度的基础上推导出砂轮磨粒随机分布的数学模型, 实验结果表明磨削区域面积大于理论值。

上述粗糙度模型都是针对平面磨削或者外圆纵向磨削, 然而凸轮磨削不同于外圆磨削, 不沿法向持续进给, 而是分若干层往复多次磨削, 形成目标轮廓, 所以凸轮非圆磨削与外圆磨削差异很大。本文根据粗糙度定义、磨削沟槽深度的瑞利分布及磨除量守恒的原理, 推导出了凸轮非圆表面粗糙度的数学模型, 实验结果与该数学模型的计算结果一致。

1 粗糙度模型建立

磨削加工是非常复杂的加工方法, 凸轮磨削加工时, 磨削点的线速度不断变化, 磨削弧包角不断变化, 因此, 凸轮磨削加工比一般的磨削加工更加复杂, CBN磨粒在砂轮表面上随机分布, 磨粒形状, 大小各不不同, 为了便于研究凸轮磨削加工机理, 必须作如下假设[8]:1) 磨粒切削刃在砂轮上均匀分布, 且各磨粒凸起高度相同, 各磨粒均为圆锥形, 磨粒切面为三角形, 角度为2θ (如图1所示) 。2) 砂轮磨粒去除材料时没有耕犁现象, 即材料去除后磨粒留下的加工截面是三角形, 且角度为2θ, 假设各个截面形状相同, 面积的大小是由切屑厚度决定的。3) 磨削振动及砂轮磨损的影响忽略不计。

砂轮磨削工件时, 磨粒经过工件表面, 对工件产生切除或耕犁, 这两种划痕的深度都等于切屑厚度, Younis和Alawi都对切屑厚度的概率密度函数进行了描述, 该分布如下:

式中σ与工件性质、砂轮表面质量和磨削系统有关。

式 (1) 计算的期望值为

砂轮磨削区域在垂直于砂轮转动方向上的截面积即为切屑的截面积E (Atotal) :

式中:E (A) 为磨削时, 每个磨粒在工件内部截面的期望值;N为磨粒在有效接触区域内的总数。N的计算式为

式中:C为单位面积内砂轮的磨粒个数;lc为砂轮与工件的磨削动态接触弧长;L为工件宽度。

砂轮表面单位面积内磨粒的个数可简要计算如下:砂轮磨削厚度是磨粒的直径2r, 砂轮表面参与磨削的体积为V, 砂轮浓度为δ, 故磨粒体积为

由式 (5) 得砂轮最外层磨粒的个数为

由此可知砂轮表面单位面积内的磨粒个数为

凸轮轮廓在极坐标下曲率半径rρ计算公式:

式中:ρ为极径;ρ′为极径一阶导数;ρ″为极径二阶导数。

凸轮磨削接触弧包角θ计算公式如下:

凸轮磨削动态接触弧长lc计算公式为

表面粗糙度Ra为轮廓算数平均偏差。其可以表述为:

式中:yc1是中心线, 是轮廓截面的最小二乘中线, 如图2所示。yc1必须使最小二乘中线上下面积相等。加工痕迹在图中分为两类, 即深度大于yc1和深度小于yc1。

深度小于yc1的划痕所产生的面积是:

当划痕深度大于yc1时, 所产生的面积分为两部分A″top和A″bottom:

由中心线定义得, 中线上下面积相等:

p′和p″分别是划痕深度小于和大于yc1的概率, 其中:

磨削痕迹高于中心线和低于中心线的概率密度函数为:

联立式 (12) 、 (13) 、 (14) 、 (15) 得

由式 (2) 已知E (h) , 需求E (h2) :

联立式 (2) 、式 (20) 、式 (21) 得

Ra粗糙度期望为

式中E (Ra′) 和E (Ra″) 分别为yc1值上下的粗糙度期望值, 评定长度内磨削轮廓与中心线组成的各个三角形的面积之和除以评定长度即为粗糙度, 对于划痕深度小于yc1, E (Ra′) 可计算如下:

求E (h′) 得:

联立式 (22) 、式 (24) 、式 (25) 得:

对于划痕深度大于yc1, E (Ra″) 可计算如下

对于E (h″) 有

对于E (1/h″) , 有

联立式 (22) 、式 (27) 、式 (28) 、式 (29) 得

联立式 (16) 、式 (17) 、式 (23) 、式 (24) 、式 (30) 得

联立式 (3) ~式 (7) 求得砂轮磨削方向的垂直切面上, 磨削区域内所有有效磨粒的投影面积为

凸轮磨削的材料去除率为

其中:ad为法向磨除余量;Vt为磨削点速度。

因为磨除量是守恒的, 故砂轮线速度与磨削区域磨粒投影面积的乘积同磨削时材料去除率是相等的。因此由式 (33) 得

将公式 (32) 带入式 (34) 得

联立式 (21) 、式 (31) 、式 (35) 得

式中Ka=0.46。

式 (36) 是根据单颗磨粒作用推导的表面粗糙度模型, 然而实际值和计算值差别很大[10], 实际粗糙度值大是因为多磨粒共同作用的结果, 式 (36) 需要乘以一个多磨粒共同作用的系数ψ, 且ψ=0.4。

2凸轮磨削实验装置

使用自行研制的数控非圆磨床, 该设备是由M131型外圆磨床改造而成, 沿用了M131的基本结构, 对重要零部件进行了换代升级, 提高了磨床的加工质量和效率, 以满足该机床对实验的要求。采用直径370 mm的CBN砂轮, 砂轮粒度为240目, 浓度为200%。洛阳轴研科技生产的电主轴驱动CBN砂轮, 交流电机驱动砂轮架作X轴方向往复运动, 同步齿形带驱动工件转动, X、C轴分别用直线光栅和圆形光栅反馈位置信息, 使用乳化液作为切削液, 排屑器、过滤器和液压站, 加工件为某型号发动机凸轮轴, 该凸轮基圆半径17.5 mm, 一共磨削5根轴。凸轮局部如图3所示。

3 凸轮表面粗糙度检测系统

在凸轮磨削加工过程中, 由于磨削点线速度、动态磨削弧长、磨削力等不断变化, 导致凸轮表面粗糙度Ra不断变化, 为了研究凸轮表面粗糙度变化规律, 需要测量凸轮表面一圈的粗糙度, 粗糙度仪器选用时代公司的TR200, 配以TS100标准传感器, 由于粗糙度测量仪传感器探头上触针过小, 故采用X-C轴联动测量, 保证探头准确接触凸轮表面, X-C轴均由伺服电机驱动, 运动控制器采用IMAC400。测量系统如图4所示。

测量方法如下:

如图5所示, 在XY坐标系内, 砂轮顶点在X轴上, 链接原点O与砂轮上A点, 作砂轮上A点的切线, 与X轴相交与B点, ∠A0B为线OA与X轴夹角, ∠AB0为切线与X轴夹角, C轴转过∠ABO时, 此时A点切线平行于X轴, 此时X轴带动粗糙度测量仪移动的X轴位置如式 (38) 所示。此时即可准确测量砂轮上A点粗糙度值, 其中p为凸轮上A点极径。

其1#轴和2#轴的第四个凸轮实际表面粗糙度测量结果分别如图6和图8所示, 1#轴和2#轴预测表面粗糙度结果如图7和图9所示。

由图6和图8可知, 凸轮表面粗糙度值在凸轮升程处相对较小, 基圆表面粗糙度比升程处大, 而凸轮顶圆表面粗糙度值最大。由式 (37) 分析可知, 在凸轮升程处, 由升程表决定的动态磨削弧长先增大, 后减小, 造成该位置凸轮表面粗糙度值最小, 而在凸轮基圆处加工参数不变, 粗糙度值的微小波动主要是由机床振动、砂轮表面形貌等引起的, 在凸轮顶圆处, 由于磨削点移动速度最大, 动态磨削弧长最小, 造成该处粗糙度值最大。

4 结语

本文在未变形切屑厚度模型的基础上, 提出了一种凸轮磨削加工表面粗糙度的预测模型, 考虑了凸轮轮廓动态接触弧长, 磨削点移动速度的时变性, 通过对磨粒轨迹间距期望的计算以及磨粒轨迹深度的瑞利分布的假设, 得到了表面粗糙度与参数σ的关系式, 利用磨除量的守恒得到了凸轮表面粗糙度的预测模型, 并通过实验进行了验证。

摘要：表面粗糙度是影响凸轮的耐磨性、配合的稳定性、疲劳强度的关键因素, 因此提高凸轮表面粗糙度至关重要。对切屑的厚度进行了假设, 考虑了特定磨粒形状对凸轮表面粗糙度的影响, 研究了凸轮粗糙度、砂轮转速、凸轮轮廓曲率、磨削点速度、磨削余量之间的关系, 推导出凸轮表面粗糙度的数学模型, 模型包括了砂轮线速度、曲率半径、磨削点线速度、磨削余量、砂轮相关系数、凸轮轮廓相关系数, 这使得粗糙度模型可应用于不同的磨削条件。在数控非圆磨床上, 根据X-C磨削凸轮模型加工某型号凸轮, 磨削结果证明所推导的凸轮粗糙度模型是正确的。

关键词：凸轮,磨削,粗糙度

参考文献

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高速铣削曲面工件表面粗糙度的仿真 第9篇

关键词：表面粗糙度,高速铣削,轨迹,仿真

1 引言

现代生产中零件的表面形状越来越复杂, 通过高速、符合实际的仿真软件来模仿实际的加工过程可以为生产厂家节约大量的人力物力。虽然这类仿真算法很多, 但大部分没有涉及复杂曲面类型的, 一般是平面、圆弧工件仿真。由于加工类型的限制, 推广到实际生产中具有一定的难度。本文通过对三次Bezier曲面的仿真可以实现对复杂曲面零件的表面粗糙度的分析和预测, 既是对前人研究成果的进一步扩展, 又为服务于生产打下更坚实的基础。

通常自由曲面和组合曲面的加工过程分为3个阶段:粗加工, 半精加工, 精加工三个阶段。精加工阶段是零件表面粗糙度形成的过程, 本文的仿真方法就针对此阶段提出。

2 刀具的数学模型

本文研究的是针对高速、低切削量的情况, 只有球头铣刀的球形刃部份参与切削。这里把球头铣刀的球形刃部分看作一条单独的曲线[1], 旋转时与工件相交, 曲线与工件表面相交的部份构成了加工后零件的表面形貌。然而实际加工时总有一些误差因素影响零件的表面粗糙度。本文在高速切削和切削量很小的情况下, 以主轴的轴向窜动和回转偏心为主要的误差因素构建表面粗糙度的仿真算法, 如图1所示。以刀具的球形刃的中心点为刀具坐标系的原点。设刀具的旋转的角速度为, 可以推测出任意时刻t时刀刃上各个点的旋转角度。则刀具绕Z轴旋转时各个点的坐标值为[2]:

R为刀具半径;ω为刀具旋转的角速度;t为旋转时间。其他刀刃因其与上式刀刃的旋转的初始角度不同, 旋转角度为ωt+α。因此各刀刃上的值可以根据 (1) 式导出, αi为刀刃之间的间隔角, 其初始值为0。

3 主轴的回转偏心和轴向窜动

在机床的制造中总是不可避免的存在制造误差, 因此在加工中也就不可避免的存在主轴误差。主轴误差一般可以分为两种, 主轴的回转偏心和轴向窜动。如果设主轴的回转偏心为△d1轴向窜动为振幅△d2的正弦运动。则刀具中心O在刀具坐标系下可用式 (2) 计算[1]

其中△α1, △α2分别为主轴回转偏心、轴向窜动的初始角, ωi为各刀刃之间的相位差, δ为回转角。

4 刀刃切削轨迹的建模

采用贝塞尔双三次曲面构建所要加工的鼠标上部曲面。利用测量的控制点 (十六个) 构建贝塞尔双三次曲面方程[3], 方程如下:

其中P是4*4阶矩阵, 为控制点坐标值, B为生成曲面点坐标矩阵, 由u, v的取值决定其阶数。通过以上公式, 可求得B系列坐标值。

铣削曲面的方式有很多, 为了方便起见选择单向铣削。铣削曲面时按切削的行间距p设置系列平行于X轴且垂直于Y轴的平面, 平面与曲面相交根据曲面方程确定刀具在X方向上的走刀路线。单向铣削时刀具的原点沿走刀路线做平移变换, 变换矩阵是:

其中:

L为相邻两次进给之间的行间距;n为切削曲面时的进给次数;考虑到以上因素的影响可以总结出本文要得出的刀刃上任一点P在工件加工条件下 (世界坐标系下) 的坐标值为:

5 表面粗糙度的仿真算法

在工件的x、y方向划分网格, 即在x轴的投影方向用dx和dy等距划分, 生成 (NX+1) × (MY+1) 个点, NX和MY为等分数, 每个等距点在z方向的高度储存在高度矩阵z=[zij]。矩阵z中的值为矩阵高度的初始值, 当刀具曲线和已经过半精加工毛坯件相交时, 毛坯上部分预留切削量, 比较刀具曲线和毛坯相交点的高度值即z值, 如果小于对应矩阵的初始值则用z值替换矩阵中的原值[2]。

仿真算法:根据表面粗糙度轮廓的平均算术偏差Ra的定义, 取仿真后工件x方向上的一段的z值将其上与矩阵z的初始值相比较, 并显示线段。按照轮廓算术平均偏差:

计算结果, 并衡量出表面粗糙度的等级。

具体实例:球头铣刀的齿数Z=2, 半径R=5mm转速n=2000r/min, 切削深度为0.3mm, 切削的行距L=1mm, 主轴的回转偏心△d1=0.01mm, 轴向窜动为振幅△d2=0.02mm。仿真结果见图3:

绿 (虚) 线为曲面零件理论高度值, 红 (实) 线为实际加工的高度值。

此时, 表面粗糙度Ra=3.6μm。

当其他参数不变时, 唯独增大切削行距L=2mm时仿真结果见图4:

此时, 表面粗糙度Ra=4.7μm。

比较两图的结果可以看出, 增大走刀行距可使工件的表面粗糙度增大。

由以上两图可以看出本文的加工程序符合客观实际, 并且对实际生产起到指导作用。

6 结束语

6.1在精加工曲面时主轴的上下窜动和偏心以及进给量的步长都需要严格控制, 它们是影响零件表面粗糙度的关键。

6.2 本文只涉及到表面粗糙度的几何部分, 影响表面粗糙度的因素很多, 需要进一步研究和探讨。

6.3 本文只涉及到了球头铣刀, 应进一步研究平端铣刀和环形铣刀等使得刀具的种类更丰富。

参考文献

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[3]数控加工技术/周济, 周艳红编著.-北京:国防工业出版社, 2001.1

表面粗糙度原因 第10篇

1 材料与方法

1.1 实验仪器和材料

烤瓷炉(Dentsply,美国);喷砂机、镍铬铸造合金(Bego,德国);瓷粉和釉液(VITA,95瑞士);二维粗糙度测试仪(Mitutoyo SJ-210,日本),E-1045表面离子溅射仪,S-4800扫描电镜(日本)。

1.2 试件制作

加工制造出直径10 mm、0.5 mm厚镍铬金属基底片70个,Al2O3喷砂处理。依照厂家提供的操作规程进行上瓷烧结,依次烧结遮色瓷、体瓷,瓷层总厚度为3 mm。

1.3 瓷片分组

瓷片分为7组,每组10片。第1组:上釉组,瓷片使用VITA釉瓷上釉;第2组至第7组均使用日本松风白砂石磨头均匀打磨20 s;第2组打磨后不做处理;第3组:打磨后使用松风Ceremiste烤瓷抛光套装抛光(无标、黄标、白标3支);第4组:在第3组的基础上加用松风Ceremaster瓷精细抛光磨头进行抛光;第5组:打磨后使用德国固美(Komer)烤瓷抛光套装磨头(蓝色、粉色、灰色3支)抛光。第6组:打磨后使用德国固美氧化锆抛光磨头(2支)抛光;第7组:打磨后使用德国EVE氧化锆抛光磨头(DIACERA型2支)抛光。抛光磨头除Ceremiste的3支为子弹状,其它均为轮状,每个抛光磨头均由同一术者按大约2 N的力度抛光瓷片20 s。

1.4 瓷片测量

所有样本进行表面粗糙度测量,用Mitutoyo电动触针式二维粗糙度测试仪,按照ISO 4287-1997标准对各组烤瓷试件的抛光面中心区域进行粗糙度测试,取样长度0.25 mm,记录轮廓算术平均偏差(Ra)、轮廓的微观不平度十点高度(Rz)、最大轮廓峰高(Rp)。

扫描电镜观察表面形貌。每组随机挑选试件1个,超声清洗3 min,干燥,表面离子溅射仪对样本表面喷金,SEM观察试件表面形貌,放大倍数为50倍和1 000倍。

2 结果

2.1 表面粗糙度测量结果

2.1.1 轮廓算术平均偏差

Ra是指在取样长度内,纵坐标值绝对值的算数平均值。Ra越大,表面越粗糙。

2.1.2 轮廓的微观不平度十点高度

Rz是在取样长度内5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和。Rz越大表面越粗糙,突起高、凹坑就深。

2.1.3 最大的峰值

Rp是指在取样长度内,在平均线以上的轮廓的最大高度,从侧面反映了被测表面的形貌。Rp越大表面棱脊越尖锐。3个指标的测量结果见表2。

使用SPSS 16.0统计软件对测量值进行单因素方差分析,结果是第2、3组的Ra、Rp值与第1组差异有显著性(P<0.05),第4、5、6、7组与第1组Ra、Rp值差异无显著性(P>0.05);第2、3、4、5组的Rz与第1组的差异有显著性(P<0.05),第6、7组的Rz与第1组差异无显著性(P>0.05)。

(n=10,±s,μm)

注:①与第1组比较,P<0.05

2.2 肉眼观察

第1组瓷片平滑有光泽;第2、3组粗糙无光泽;第4、5组较第2、3组光滑但光泽度不及第1组;第6、7组的光滑度及光泽度均类似第1组。

2.3 扫描电镜分析结果

SEM图像显示第1组瓷面平整,偶见微小峰状凸起及散在气孔存在;第2组表面有深且密集的棱脊和凹坑;第3组次之;第4、5组瓷片表面棱脊变低,凹坑数量减少;第6、7组瓷面平整似第1组,但有很少量的凹坑及絮状物存在(图1)。

3 讨论

3.1 表面粗糙度的测量结果

表面粗糙度(surface roughness)是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度,表面粗糙度越小,表面越光滑。由于加工方法和工件材料的不同,被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。表面粗糙度的参数很多,有高度、间距、形状参数等。有些实验以Ra比较烤瓷表面粗糙度,但多数学者认为仅Ra不能全面准确地反映待测表面的情况。本实验用Ra、Rz及Rp 3个参数,更全面地评价试件表面粗糙度情况。结果表明第2、3、4、5组的试件相对于上釉的第1组,瓷表面会有高的棱脊和深的凹坑;第2、3组相对其它组表面尖锐棱脊较多,凹坑较深;固美氧化锆抛光磨头抛光的第6组与EVE氧化锆抛光磨头处理的第7组3个参数均与上釉第1组差异无显著性,表面尖锐棱脊少,瓷面平整。这和SEM图像观察结果也一致。

3.2 抛光和上釉

以往上釉是处理瓷修复体粗糙表面的主要方法,上釉的方法有2种:①自身上釉,②釉瓷上釉,本实验第1组采用的釉瓷上釉。近年来随着抛光工具的发展,抛光越来越多的应用于临床,如计算机辅助设计与制作的全瓷嵌体、贴面和氧化锆全冠等都能用抛光的方法获得光滑的表面,也促进了一批高性能的抛光磨头在临床的使用,如本实验采用的德国固美氧化锆抛光磨头和EVE氧化锆抛光磨头。临床的调磨工具主要是松风绿色碳化硅砂石和白色氧化铝砂石,其中绿砂石的磨料颗粒粗大,在陶瓷表面产生较深较宽的划痕;白砂石的砂粒较细,留下的划痕较浅。本课题组前期实验证明松风白砂石打磨后再使用抛光磨头较绿砂石打磨后再使用抛光磨头能起到更好的效果,本实验设计用白色氧化铝砂石打磨瓷片。表面抛光是在去除打磨产生划痕的基础上形成平滑表面的过程。瓷修复体抛光要依次使用粗粒级至超细粒级的磨料,才能获得光滑且光亮的表面。高性能的抛光磨头通常用微米级的超细金刚砂附着在硅橡胶载体上,抛光烤瓷表面使其更加光滑[1]。根据厂家提供的数据,松风Ceramiste烤瓷抛光磨头的抛光颗粒均为碳化硅,无标、黄标、白标抛光磨头的抛光颗粒大小分别约为65、35、6μm,结合剂均为合成胶。松风Ceramaster磨头的抛光颗粒为金刚砂,颗粒大小约6μm,结合剂为合成胶。固美烤瓷抛光磨头的打磨颗粒为金刚砂,蓝色粗抛光、粉色中抛光及灰色细抛光磨头的颗粒大小分别为100、40、6μm,结合剂为聚氨酯基质。固美氧化锆抛光磨头的结合剂是聚氨酯基质,粗抛光和细抛光磨头的颗粒大小分别为100~120μm和60μm。德国EVE氧化锆抛光磨头的抛光颗粒也为金刚砂颗粒,但打磨颗粒大小的数据未获得。

3.3 国内外研究现状

多数研究认为抛光可以达到与上釉相同或接近的光滑程度。Bottino[2]认为硅橡胶磨头抛光后再用毡轮沾钻石抛光膏打磨后的长石烤瓷界面与上釉界面最为相似。Kontos[3]实验认为EVE氧化锆抛光磨头处理过的氧化锆界面对对颌牙磨耗最小,优于打磨、喷砂及上釉。Tholt[4]测试了3种瓷材料,用粗糙度测试仪和原子力显微镜测量Ra和Ry(轮廓最大高度,是取样长度内最大峰高和最深谷底高度之和),Ra的2种测量数据及Ry的粗糙度测试仪的测量数据证明使用EVE、Identoflex及松风抛光系统抛光瓷表面均能获得类似上釉的效果。但是原子力显微镜测量的Ry的数据表明抛光后的瓷表面与上釉仍有区别。Flury[5]也测量了VITA和IPS Empress 2种瓷片,分别上釉和用5种抛光系统抛光,测量Ra和Rz值,并用扫描电镜观察,认为虽然在临床上抛光多用于CAD/CAM修复体,实验结果提示抛光有很好的耐久性,可广泛用于临床。Haralur[6]测量了上釉、打磨及3种(松风、DFS、Eve)抛光磨头处理后瓷面的粗糙度,结果3种抛光磨头能降低大约77%的粗糙度,细菌黏附量也降低约一半,认为将调磨完的修复体上釉是最理想的,如没有条件,也可以选择抛光。张宁宁[7]实验认为抛光组的平滑度与自上釉组相似。赵鑫等[1]认为陶瓷使用由粗到细的抛光工具逐步抛光,可以使陶瓷表面粗糙度稳步下降,使用Ceramaster抛光后表面粗糙度值与其后使用抛光膏抛光后无差异,均与上釉组差异无显著性。虽然本实验选用的磨头与上述文献中的不尽相同,但是实验结果与Tholt[4]和Haralur[6]及赵鑫[1]的相同,认为使用为EVE及松风抛光系统抛光瓷表面均能获得类似上釉的效果。

也有研究者持相反态度,焦艳军等[8]用表面粗糙度检测仪观察用EVE抛光轮抛光与上釉的氧化锆陶瓷表面,发现两者的表面粗糙度差异无统计学意义。但在电镜下观察上釉组较抛光组的孔隙更少。Boaventura等[9]把IPS Empress2瓷片分为3组,1组上釉;2组使用KG Sorensen钻石磨头,硅橡胶磨头及钻石抛光膏抛光;3组使用松风钻石磨头,硅橡胶磨头及Porcelize抛光膏抛光,认为2个抛光组的粗糙度均大于上釉组,抛光膏处理后较使用抛光磨头处理后粗糙度值小。

3.4 实验结果的提示

临床上经常出现烤瓷牙修复多年后,邻牙出现龋损的情况。粗糙的修复体邻面可为细菌提供黏附场所,使细菌免受口腔清洁措施的影响。薛莉等[10]认为无论是表面粗糙度还是表面黏附的细菌数,橡皮轮组都大于抛光膏组和上釉组。粗糙的修复体咬合面也增大对颌牙的磨损,易出现牙本质过敏的症状。如何降低其发生率?临床调磨烤瓷修复体后,上釉是常规处理修复体表面的技术,但是上釉需要将修复体回炉,不适合于没有烤瓷炉的基层口腔门诊。近些年随着抛光工具的发展,及修复体制作的精细化,需要调改的量很少,如果抛光能够代替上釉,它们的应用将减少部分患者的复诊次数,也避免了由于釉粉、釉液配比不正确时重新上釉引起的修复体咬合和邻接的改变。本研究在有限实验条件下,认为使用打磨颗粒为天然微米级超细金刚砂的抛光磨头能达到类似上釉的效果,如果调磨面积较小,在临床可以采用松风Ceramaster精细烤瓷抛光磨头、固美烤瓷抛光磨头、固美氧化锆或EVE氧化锆抛光磨头代替上釉。这几种抛光磨头的产品说明中都标示打磨颗粒为天然金刚石而非人工金刚石,后2种氧化锆抛光磨头中金刚石含量更高,硅橡胶基质硬度更大,其打磨硬度更高的氧化锆修复体的效果将在后续实验中验证,在打磨长石质瓷修复体时较前2种烤瓷抛光磨头能获得更光滑、更光泽的抛光效果。

摘要：目的:比较釉瓷上釉和不同打磨抛光磨头处理后,烤瓷表面粗糙度的不同,为临床选择抛光方法提供实验依据。方法:制作圆盘状瓷片70片,随机分为7组(n=10)。以釉瓷上釉作对照为第1组,第2组至第7组均用松风氧化铝白砂石打磨,第2组打磨后不做处理;第3组打磨后使用松风Ceramiste烤瓷抛光套装磨头抛光;第4组在第3组的基础上加用松风Ceramaster精细烤瓷抛光磨头抛光;第5组打磨后使用德国固美(Komer)烤瓷抛光套装磨头抛光;第6组打磨后使用固美氧化锆抛光磨头抛光;第7组打磨后使用德国EVE氧化锆抛光磨头抛光。对瓷片进行轮廓算术平均偏差(Ra)、轮廓的微观不平度十点高度(Rz)、最大轮廓峰高(Rp)的测量,使用SPSS 16.0统计软件对测量值进行单因素方差分析,并采用扫描电镜对表面形态进行观察。结果:第2、3组的Ra、Rp值均大于第1组(P<0.05);第4、5、6、7组的Ra、Rp值与第1组差异无显著性(P>0.05);第2、3、4、5组的Rz值均大于第1组(P<0.05);第6、7组的Rz值与第1组无显著性差异(P>0.05)。电镜下观察第6、7组与第1组瓷面平整度相似;第4、5组瓷面较平整,凹坑较少;第2、3组瓷面棱脊、凹坑较多。结论:使用打磨颗粒为微米级超细天然金刚砂的抛光磨头能达到类似上釉的效果。

关键词：烤瓷,抛光,表面粗糙度,扫描电镜

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