| 词条 | 表面粗糙度 |
| 释义 | § 概述 表面粗糙度，是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响， 加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。它是互换性研究的问题之一。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，例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。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。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。 § 理论与标准发展 为研究表面粗糙度对零件性能的影响和度量表面微观不平度的需要，从20年代末到30年代，德国、美国和英国等国的一些专家设计制作了轮廓记录仪、轮廓仪，同时也产生出了光切式显微镜和干涉显微镜等用光学方法来测量表面微观不平度的仪器，给从数值上定量评定表面粗糙度创造了条件。 表面粗糙度仪 从30年代起，已对表面粗糙度定量评定参数进行了研究，如美国的Abbott就提出了用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz论述表面粗糙度的专著，对表面粗糙度的评定参数和数值的标准化提出了建议。但粗糙度评定参数及其数值的使用，真正成为一个被广泛接受的标准还是从40年代各国相应的国家标准发布以后开始的。 首先是美国在1940年发布了ASA B46.1国家标准，之后又经过几次修订，成为现行标准ANSI/ASME B46.1-1988《表面结构表面粗糙度、表面波纹度和加工纹理》，该标准采用中线制，并将Ra作为主参数；接着前苏联在1945年发布了GOCT2789-1945《表面光洁度、表面微观几何形状、分级和表示法》国家标准，而后经过了3次修订成为GOCT2789-1973《表面粗糙度参数和特征》，该标准也采用中线制，并规定了包括轮廓均方根偏差即现在的Rq在内的6个评定参数及其相应的参数值。另外，其它工业发达国家的标准大多是在50年代制定的，如联邦德国在1952年2月发布了DIN4760和DIN4762有关表面粗糙度的评定参数和术语等方面的标准等。 以上各国的国家标准中都采用了中线制作为表面粗糙度参数的计算制，具体参数千差万别，但其定义的主要参数依然是Ra或Rq，这也是国际间交流使用最广泛的一个参数。 § 主要影响 表面粗糙度对零件的使用性能的影响主要表现在以下几个方面： 1、表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。 2、 表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。 3、表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。 4、表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。 5、表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。 6、表面粗糙度影响零件的接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。 7、影响零件的测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。 § 评定参数 通常采用下列参数之一来定量评定表面粗糙度。 1、轮廓算术平均偏差Rα:在取样长度l内轮廓偏距绝对值的算术平均值（图1a）。 或近似为 式中轮廓偏距y 指在测量方向上轮廓点与基准线之间的距离。基准线为轮廓的最小二乘中线O。这条线划分轮廓并使其在取样长度内轮廓偏离该线的平方和为最小。 2、微观不平度十点高度RZ：在取样长度l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（图1b）。 式中ypi是第i个最大的轮廓峰高,yvi是第i个最大的轮廓谷深。 3、轮廓最大高度Ry:在取样长度l内轮廓峰顶线与轮廓谷底线之间的距离(图1c)。 中国国家标准GB1031-83对表面粗糙度参数Rα、RZ和Ry分别规定了数值,分为两个系列，一般应优先选用第1系列。表中为轮廓算术平均偏差Rα的数值。 用电子仪器或光学仪器测量出Rα、RZ和Ry的数值即可定量评定表面粗糙度。在实际生产中，经常凭人的视觉和触感并用样块与被加工表面相比较来鉴定其粗糙度。 § 评定基准 1、取样长度 用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度 。取样长度应根据零件实际表面的形成情况及纹理特征，选取能反映表面粗糙度特征的那一段长度，量取取样长度时应根据实际表面轮廓的总的走向进行。轮廓线存在表面波纹度和形状误差，当选取的取样长度不同时得到的高度值是不同的。规定和选择取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度的测量结果的影响。 2、评定长度 Gp 评定轮廓所必须的一段长度，它可包括一个或几个取样长度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取几个取样长度来评定表面粗糙度。 3、基准线 用以评定表面粗糙度参数给定的线，是表面粗糙度二维评定的基准。基准线有下列两种 : (1)轮廓的最小二乘中线:具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，在取样长度内使轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和为最小。 (2)轮廓的算术平均中线:具有几何轮廓形状在取样长度内与轮廓走向一致的基准线。 4、轮廓的单峰和轮廓的单谷 轮廓的单峰是指两相邻轮廓最低点之间的轮廓部分。轮廓的单谷是指两相邻轮廓最高点之间的轮廓部分。单峰与相邻的单谷组成了一个微观不平度，称单个微观不平度。 5、轮廓峰和轮廓谷 轮廓峰是指在取样长度内轮廓与中线相交，连接两相邻交点向外的轮廓部分 。轮廓峰就是轮廓在中线以上的部分。轮廓谷是指在取样长度内，轮廓与中线相交，连接两相邻交点向内的轮廓部分,轮廓谷就是轮廓在中线以下的部分，轮廓峰与轮廓谷就组成了在取样长度这一段内的轮廓微观不平度。 § 测量方法 一、比较法 将被测量表面与标有一定数值的粗糙度样板比较来确定被测表 面粗糙度数值的方法。 比较时可以采用的方法: Ra > 1.6µm 时 目测 Ra1.6~Ra0.4µm 时用 放大镜 Ra < 0.4µm 时用比较显微镜。 注：比较时要求样板的加工方法，加工纹理，加工方向，材料与被测零件表面相同。 特点：该方法测量简便，使用于车间现场测量，常用于中等或较粗糙表面的测量。 二、光切法 双管显微镜测量表面粗糙度，可用作Ry与Rz参数评定，测量范围0.5~50µm。 § 表示方法 一般表面粗糙度之表示法只有下列 三种:Ra(中心线平均粗糙度)、Rymax(最大高度粗糙度)、Rtm (十点平均粗 糙度),现分述如下: 1、Ra :中心线平均粗糙度 若从加工面之粗糙曲线上,截取一段测量长度L,并以该长度内 粗糙深之中心线为x轴,取中心线之垂直线为y轴,则粗糙曲线可用y = f(x)表之。以中心线为基准将下方曲线反折。然后计算中心线上方经反折后之全部曲 线所涵盖面积, 再以测量长度除之。所得数值以μm为单位, 即为该加工面 测量长度范围内之中心线平均粗糙度值, 中心线方向细分单位等间隔后取各分段点所对应之 hi 值,。 中心线在表面具有曲度或形状误差时,则成曲线,粗糙度沿此曲线量取。 测量长度限于量具大小而无法涵盖整个机件表面,因此,一次量取求得之Ra 只是表面某部分的中心线平均粗糙度,故应在被测物表面多选几个不同的位 置测量,将全部测得之Ra取其算术平均值则为表面的中心线平均粗糙度。 2、Rymax :最大高度粗糙度 由表面曲线上截取基准长度L做为测量长度,自该长度内曲线之 最高点与最低点,分别画出与曲线平均线平行之线时,该二线之间距即为最大 粗糙度,也就是测量长度内沿垂直方向量取最高点与最低点之距离。Rymax 值以μm 为单位,并在数值后加上小写字母s以区分 Rymax 值。若由粗糙曲 在线截取基准长度L做为测量长度,则量测之值亦称为最大高度粗糙度,但符 号改为 Rt , 使用时须注意。 3、Rtm :十点平均粗糙度 由表面曲线上截取基准长度L做为测量长度,求出第三高波峰与第三深波谷 ,分别画出二条并行线,两并行线间距即为十点平均粗糙度值Rz其值以μm为 单位,并在数值后加上小写字母z以区别另两种粗糙度。 三种粗糙度数值间之关系约为:4 Ra Rymax Rtm 。 § 应用原则 表面粗糙度对零件使用情况有很大影响。一般说来，表面粗糙度数值小，会提高配合质量，减少磨损，延长零件使用寿命，但零件的加工费用会增加。因此，要正确、合理地选用表面粗糙度数值。 在设计零件时，表面粗糙度数值的选择，是根据零件在机器中的作用决定的。总的原则是：在保证满足技术要求的前提下，选用较大的表面粗糙度数值。具体选择时，可以参考下述原则： 1、工作表面比非工作表面的粗糙度数值小。 2、摩擦表面比不摩擦表面的粗糙度数值小。摩擦表面的摩擦速度愈高，所受的单位压力愈大，则应愈高；滚动磨擦表面比滑动磨擦表面要求粗糙度数值小。 3、对间隙配合，配合间隙愈小，粗糙度数值应愈小；对过盈配合，为保证连接强度的牢固可靠， 载荷愈大，要求粗糙度数值愈小。一般情况间隙配合比过盈酝合粗糙度数值要小。 4、配合表面的粗糙度应与其尺寸精度要求相当。配合性质相同时，零件尺寸愈小，则应粗糙度数值愈小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸要粗糙度数值小，轴比孔要粗糙度数值小（特别是IT8～IT5的精度）。 5、受周期性载荷的表面及可能会发生应力集中的内圆角、凹稽处粗糙度数值应较小。 § 选用 一、评定参数的选用 1、 优先选用Ra；（不宜用于太粗或太光的表面） 2、 超精加工表面用Rz； 3、 微小面积用Ry； Ry也可与Ra 、Rz联用，控制表面微观裂纹。 二、评定参数值的选用原则：在满足功能要求的前提下，尽量选用大的参数值。方法：采用类比法选择类比法选择表面粗糙度参数值时,可先根据经验统计资料初步选定表 面粗糙度参数值,然后再对比工作条件作适当调整。 [1] |
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