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表面粗糙度的基本知識(shí)
日期：2024-08-20 23:40
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摘要：一、表面粗糙度的概念
表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很小(在1mm以下)，它屬于微觀幾何形狀誤差。
具體指微小峰谷Z高低程度和間距S狀況。一般按S分：
S
1≤S≤10mm為波紋度;
S>10mm為 f 形狀。
二、 VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表
*標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定常用三個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)定表面粗糙度(單位為μm)：輪廓的平均算術(shù)偏差Ra、不平度平均高度Rz和*高度Ry。在實(shí)際生產(chǎn)中多用Ra指標(biāo)。輪廓的*微觀高度偏差Ry在日本等國(guó)常用Rmax符號(hào)來(lái)表示，歐美常用VDI指標(biāo)。下面為VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照...
一、表面粗糙度的概念
表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很小(在1mm以下)，它屬于微觀幾何形狀誤差。
具體指微小峰谷Z高低程度和間距S狀況。一般按S分：
S
1≤S≤10mm為波紋度;
S>10mm為 f 形狀。
二、 VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表
*標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定常用三個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)定表面粗糙度(單位為μm)：輪廓的平均算術(shù)偏差Ra、不平度平均高度Rz和*高度Ry。在實(shí)際生產(chǎn)中多用Ra指標(biāo)。輪廓的*微觀高度偏差Ry在日本等國(guó)常用Rmax符號(hào)來(lái)表示，歐美常用VDI指標(biāo)。下面為VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表。
VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表
三、表面粗糙度形成因素
表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工過(guò)程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時(shí)表面層金屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動(dòng)、電加工的放電凹坑等。由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕跡的深淺、疏密、形狀和紋理都有差別。
四、表面粗糙度對(duì)零件的影響主要表現(xiàn)
影響耐磨性。表面越粗糙，配合表面間的有效接觸面積越小，壓強(qiáng)越大，摩擦阻力越大，磨損就越快。
影響配合的穩(wěn)定性。對(duì)間隙配合來(lái)說(shuō)，表面越粗糙，就越易磨損，使工作過(guò)程中間隙逐漸增大;對(duì)過(guò)盈配合來(lái)說(shuō)，由于裝配時(shí)將微觀凸峰擠平，減小了實(shí)際有效過(guò)盈，降低了連接強(qiáng)度。
影響疲勞強(qiáng)度。粗糙零件的表面存在較大的波谷，它們像尖角缺口和裂紋一樣，對(duì)應(yīng)力集中很敏感，從而影響零件的疲勞強(qiáng)度。
影響耐腐蝕性。粗糙的零件表面，易使腐蝕性氣體或液體通過(guò)表面的微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層，造成表面腐蝕。
影響密封性。粗糙的表面之間無(wú)法嚴(yán)密地貼合，氣體或液體通過(guò)接觸面間的縫隙滲漏。
影響接觸剛度。接觸剛度是零件結(jié)合面在外力作用下，抵抗接觸變形的能力。機(jī)器的剛度在很大程度上取決于各零件之間的接觸剛度。
影響測(cè)量精度。零件被測(cè)表面和測(cè)量工具測(cè)量面的表面粗糙度都會(huì)直接影響測(cè)量的精度，尤其是在精密測(cè)量時(shí)。
此外，表面粗糙度對(duì)零件的鍍涂層、導(dǎo)熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動(dòng)的阻力、導(dǎo)體表面電流的流通等都會(huì)有不同程度的影響。
五、表面粗糙度評(píng)定依據(jù)
1. 取樣長(zhǎng)度
取樣長(zhǎng)度L是評(píng)定表面粗糙度歲規(guī)定一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。應(yīng)根據(jù)零件實(shí)際表面的形成情況及紋理特征，選取能反映表面粗糙度特征的那一段長(zhǎng)度，量取取樣長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際表面輪廓的總的走向進(jìn)行。規(guī)定和選擇取樣長(zhǎng)度是為了限制和減弱表面波紋度和形狀誤差對(duì)表面粗糙度的測(cè)量結(jié)果的影響。粗糙度儀常用的可選項(xiàng)一般為：0.25mm，0.8mm，2.5mm
2. 評(píng)定長(zhǎng)度
評(píng)定長(zhǎng)度是評(píng)定輪廓所必須的一段長(zhǎng)度，它可包括一個(gè)或幾個(gè)取樣長(zhǎng)度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均勻，在一個(gè)取樣長(zhǎng)度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取幾個(gè)取樣長(zhǎng)度來(lái)評(píng)定表面粗糙度。評(píng)定長(zhǎng)度一般包含1--5個(gè)取樣長(zhǎng)度L。當(dāng)取樣長(zhǎng)度選0.8時(shí)，評(píng)定長(zhǎng)度選5L時(shí)，5X0.8=4mm
3. 基準(zhǔn)線
基準(zhǔn)線是用以評(píng)定表面粗糙度參數(shù)的輪廓中線 ?；鶞?zhǔn)線有兩種：輪廓的*小二乘中線：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓線上各點(diǎn)的輪廓偏距的平方和為*小，具有幾何輪廓形狀。輪廓的算術(shù)平均中線：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，中線上下兩邊輪廓的面積相等。理論上*小二乘中線是理想的基準(zhǔn)線，但在實(shí)際應(yīng)用中很難獲得，因此一般用輪廓的算術(shù)平均中線代替，且測(cè)量時(shí)可用一根位置近似的直線代替。
4. 測(cè)量行程
測(cè)量行程是指?jìng)鞲衅饔|針，在實(shí)際工件上的移動(dòng)距離。測(cè)量行程通常是評(píng)定長(zhǎng)度加2個(gè)取樣長(zhǎng)度的計(jì)算關(guān)系：例如評(píng)定長(zhǎng)度選為5L時(shí)，取樣長(zhǎng)度L為0.8mm，測(cè)量行程為5L+2L=7L 測(cè)量行程為 7X0.8=5.6mm 知道這一點(diǎn)非常重要，可以計(jì)算出工件上移動(dòng)的距離。從而判定用戶測(cè)量的*小工件的接觸面尺寸。
六、表面粗糙度評(píng)定參數(shù)
1. 高度特征參數(shù)
Ra 輪廓算術(shù)平均偏差：在取樣長(zhǎng)度(lr)內(nèi)輪廓偏距優(yōu)良值的算術(shù)平均值。在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目越多，Ra越準(zhǔn)確。
Rz 輪廓*高度：輪廓峰頂線和谷底線之間的距離。
在幅度參數(shù)常用范圍內(nèi)優(yōu)先選用Ra 。在2006年以前*標(biāo)準(zhǔn)中還有一個(gè)評(píng)定參數(shù)為“微觀不平度十點(diǎn)高度”用Rz表示，輪廓*高度用Ry表示，在2006年以后*標(biāo)準(zhǔn)中取消了微觀不平度十點(diǎn)高度，采用Rz表示輪廓*高度。
2. 間距特征參數(shù)
Rsm 輪廓單元的平均寬度。在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓微觀不平度間距的平均值。微觀不平度間距是指輪廓峰和相鄰的輪廓谷在中線上的一段長(zhǎng)度。相同的Ra值的情況下，其Rsm值不一定相同，因此反映出來(lái)的紋理也會(huì)不相同，重視紋理的表面通常會(huì)關(guān)注Ra與Rsm這兩個(gè)指標(biāo)。
Rmr 形狀特征參數(shù)用輪廓支承長(zhǎng)度率表示，是輪廓支撐長(zhǎng)度與取樣長(zhǎng)度的比值。輪廓支承長(zhǎng)度是取樣長(zhǎng)度內(nèi)，平行于中線且與輪廓峰頂線相距為c的直線與輪廓相截所得到的各段截線長(zhǎng)度之和。
七、表面粗糙度測(cè)量方法
1. 比較法
使用于車間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，常用于中等或較粗糙表面的測(cè)量。方法是將被測(cè)量表面與標(biāo)有一定數(shù)值的粗糙度樣板比較來(lái)確定被測(cè)表面粗糙度數(shù)值的方法。
2. 觸針?lè)?/span>
表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很小(在1mm以下)，它屬于微觀幾何形狀誤差。
具體指微小峰谷Z高低程度和間距S狀況。一般按S分：
S
1≤S≤10mm為波紋度;
S>10mm為 f 形狀。
二、 VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表
*標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定常用三個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)定表面粗糙度(單位為μm)：輪廓的平均算術(shù)偏差Ra、不平度平均高度Rz和*高度Ry。在實(shí)際生產(chǎn)中多用Ra指標(biāo)。輪廓的*微觀高度偏差Ry在日本等國(guó)常用Rmax符號(hào)來(lái)表示，歐美常用VDI指標(biāo)。下面為VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表。
VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表
| VDI3400 | Ra（μm） | Rmax（μm） |
| 0 | 0.1 | 0.4 |
| 6 | 0.2 | 0.8 |
| 12 | 0.4 | 1.5 |
| 15 | 0.56 | 2.4 |
| 18 | 0.8 | 3.3 |
| 21 | 1.12 | 4.7 |
| 24 | 1.6 | 6.5 |
| 27 | 2.2 | 10.5 |
| 30 | 3.2 | 12.5 |
| 33 | 4.5 | 17.5 |
| 36 | 6.3 | 24 |
表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工過(guò)程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時(shí)表面層金屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動(dòng)、電加工的放電凹坑等。由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕跡的深淺、疏密、形狀和紋理都有差別。
四、表面粗糙度對(duì)零件的影響主要表現(xiàn)
影響耐磨性。表面越粗糙，配合表面間的有效接觸面積越小，壓強(qiáng)越大，摩擦阻力越大，磨損就越快。
影響配合的穩(wěn)定性。對(duì)間隙配合來(lái)說(shuō)，表面越粗糙，就越易磨損，使工作過(guò)程中間隙逐漸增大;對(duì)過(guò)盈配合來(lái)說(shuō)，由于裝配時(shí)將微觀凸峰擠平，減小了實(shí)際有效過(guò)盈，降低了連接強(qiáng)度。
影響疲勞強(qiáng)度。粗糙零件的表面存在較大的波谷，它們像尖角缺口和裂紋一樣，對(duì)應(yīng)力集中很敏感，從而影響零件的疲勞強(qiáng)度。
影響耐腐蝕性。粗糙的零件表面，易使腐蝕性氣體或液體通過(guò)表面的微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層，造成表面腐蝕。
影響密封性。粗糙的表面之間無(wú)法嚴(yán)密地貼合，氣體或液體通過(guò)接觸面間的縫隙滲漏。
影響接觸剛度。接觸剛度是零件結(jié)合面在外力作用下，抵抗接觸變形的能力。機(jī)器的剛度在很大程度上取決于各零件之間的接觸剛度。
影響測(cè)量精度。零件被測(cè)表面和測(cè)量工具測(cè)量面的表面粗糙度都會(huì)直接影響測(cè)量的精度，尤其是在精密測(cè)量時(shí)。
此外，表面粗糙度對(duì)零件的鍍涂層、導(dǎo)熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動(dòng)的阻力、導(dǎo)體表面電流的流通等都會(huì)有不同程度的影響。
五、表面粗糙度評(píng)定依據(jù)
1. 取樣長(zhǎng)度
取樣長(zhǎng)度L是評(píng)定表面粗糙度歲規(guī)定一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。應(yīng)根據(jù)零件實(shí)際表面的形成情況及紋理特征，選取能反映表面粗糙度特征的那一段長(zhǎng)度，量取取樣長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際表面輪廓的總的走向進(jìn)行。規(guī)定和選擇取樣長(zhǎng)度是為了限制和減弱表面波紋度和形狀誤差對(duì)表面粗糙度的測(cè)量結(jié)果的影響。粗糙度儀常用的可選項(xiàng)一般為：0.25mm，0.8mm，2.5mm
2. 評(píng)定長(zhǎng)度
評(píng)定長(zhǎng)度是評(píng)定輪廓所必須的一段長(zhǎng)度，它可包括一個(gè)或幾個(gè)取樣長(zhǎng)度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均勻，在一個(gè)取樣長(zhǎng)度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取幾個(gè)取樣長(zhǎng)度來(lái)評(píng)定表面粗糙度。評(píng)定長(zhǎng)度一般包含1--5個(gè)取樣長(zhǎng)度L。當(dāng)取樣長(zhǎng)度選0.8時(shí)，評(píng)定長(zhǎng)度選5L時(shí)，5X0.8=4mm
3. 基準(zhǔn)線
基準(zhǔn)線是用以評(píng)定表面粗糙度參數(shù)的輪廓中線 ?；鶞?zhǔn)線有兩種：輪廓的*小二乘中線：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓線上各點(diǎn)的輪廓偏距的平方和為*小，具有幾何輪廓形狀。輪廓的算術(shù)平均中線：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，中線上下兩邊輪廓的面積相等。理論上*小二乘中線是理想的基準(zhǔn)線，但在實(shí)際應(yīng)用中很難獲得，因此一般用輪廓的算術(shù)平均中線代替，且測(cè)量時(shí)可用一根位置近似的直線代替。
4. 測(cè)量行程
測(cè)量行程是指?jìng)鞲衅饔|針，在實(shí)際工件上的移動(dòng)距離。測(cè)量行程通常是評(píng)定長(zhǎng)度加2個(gè)取樣長(zhǎng)度的計(jì)算關(guān)系：例如評(píng)定長(zhǎng)度選為5L時(shí)，取樣長(zhǎng)度L為0.8mm，測(cè)量行程為5L+2L=7L 測(cè)量行程為 7X0.8=5.6mm 知道這一點(diǎn)非常重要，可以計(jì)算出工件上移動(dòng)的距離。從而判定用戶測(cè)量的*小工件的接觸面尺寸。
六、表面粗糙度評(píng)定參數(shù)
1. 高度特征參數(shù)
Ra 輪廓算術(shù)平均偏差：在取樣長(zhǎng)度(lr)內(nèi)輪廓偏距優(yōu)良值的算術(shù)平均值。在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目越多，Ra越準(zhǔn)確。
Rz 輪廓*高度：輪廓峰頂線和谷底線之間的距離。
在幅度參數(shù)常用范圍內(nèi)優(yōu)先選用Ra 。在2006年以前*標(biāo)準(zhǔn)中還有一個(gè)評(píng)定參數(shù)為“微觀不平度十點(diǎn)高度”用Rz表示，輪廓*高度用Ry表示，在2006年以后*標(biāo)準(zhǔn)中取消了微觀不平度十點(diǎn)高度，采用Rz表示輪廓*高度。
2. 間距特征參數(shù)
Rsm 輪廓單元的平均寬度。在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓微觀不平度間距的平均值。微觀不平度間距是指輪廓峰和相鄰的輪廓谷在中線上的一段長(zhǎng)度。相同的Ra值的情況下，其Rsm值不一定相同，因此反映出來(lái)的紋理也會(huì)不相同，重視紋理的表面通常會(huì)關(guān)注Ra與Rsm這兩個(gè)指標(biāo)。
Rmr 形狀特征參數(shù)用輪廓支承長(zhǎng)度率表示，是輪廓支撐長(zhǎng)度與取樣長(zhǎng)度的比值。輪廓支承長(zhǎng)度是取樣長(zhǎng)度內(nèi)，平行于中線且與輪廓峰頂線相距為c的直線與輪廓相截所得到的各段截線長(zhǎng)度之和。
七、表面粗糙度測(cè)量方法
1. 比較法
使用于車間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，常用于中等或較粗糙表面的測(cè)量。方法是將被測(cè)量表面與標(biāo)有一定數(shù)值的粗糙度樣板比較來(lái)確定被測(cè)表面粗糙度數(shù)值的方法。
2. 觸針?lè)?/span>
??表面粗糙度利用針尖曲率半徑為2微米左右的金剛石觸針沿被測(cè)表面緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由電學(xué)式長(zhǎng)度傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波、計(jì)算后由顯示儀表指示出表面粗糙度數(shù)值，也可用記錄器記錄被測(cè)截面輪廓曲線。一般將僅能顯示表面粗糙度數(shù)值的測(cè)量工具稱為表面粗糙度測(cè)量?jī)x，同時(shí)能記錄表面輪廓曲線的稱為表面粗糙度輪廓儀。這兩種測(cè)量工具都有電子計(jì)算電路或電子計(jì)算機(jī)，它能自動(dòng)計(jì)算出輪廓算術(shù)平均偏差Ra，微觀不平度十點(diǎn)高度Rz，輪廓*高度Ry和其他多種評(píng)定參數(shù)，測(cè)量效率高，適用于測(cè)量Ra為0.025～6.3微米的表面粗糙度。
