一文全懂——表面粗糙度全方位講解

張麻子

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＜1mm 為表面粗糙度,；1≤S≤10mm為波紋度；S＞10mm為 f 形狀,。

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VDI3400,、Ra、Rmax對(duì)照表

國(guó)家標(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最大高度Ry在實(shí)際生產(chǎn)中多用Ra指標(biāo)。輪廓的最大微觀高度偏差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

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。

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表面粗糙度對(duì)零件的主要影響

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,。
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表面粗糙度評(píng)定依據(jù)

1. 取樣長(zhǎng)度取樣長(zhǎng)度是評(píng)定表面粗糙度規(guī)定一段基準(zhǔn)線(xiàn)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。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5個(gè)取樣長(zhǎng)度。3. 基準(zhǔn)線(xiàn)基準(zhǔn)線(xiàn)是用以評(píng)定表面粗糙度參數(shù)的輪廓中線(xiàn) ,�,；鶞�(zhǔn)線(xiàn)有兩種：輪廓的最小二乘中線(xiàn)：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓線(xiàn)上各點(diǎn)的輪廓偏距的平方和為最小,，具有幾何輪廓形狀,。輪廓的算術(shù)平均中線(xiàn)：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，中線(xiàn)上下兩邊輪廓的面積相等,。理論上最小二乘中線(xiàn)是理想的基準(zhǔn)線(xiàn),，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(xiàn)代替,，且測(cè)量時(shí)可用一根位置近似的直線(xiàn)代替,。
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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)輪廓偏距絕對(duì)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 輪廓最大高度：輪廓峰頂線(xiàn)和谷底線(xiàn)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年以前國(guó)家標(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,，輪廓最大高度用Ry表示，在2006年以后國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中取消了微觀不平度十點(diǎn)高度,，采用Rz表示輪廓最大高度,。

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(xiàn)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(xiàn)且與輪廓峰頂線(xiàn)相距為c的直線(xiàn)與輪廓相截所得到的各段截線(xiàn)長(zhǎng)度之和,。

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表面粗糙度測(cè)量方法

1. 比較法使用于車(chē)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)ū砻娲植诙壤�用針尖曲率半徑�?μm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(xiàn),。一般將僅能顯示表面粗糙度數(shù)值的測(cè)量工具稱(chēng)為表面粗糙度測(cè)量?jī)x，同時(shí)能記錄表面輪廓曲線(xiàn)的稱(chēng)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,，輪廓最大高度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0.025～6.3μm的表面粗糙度,。

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