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從30年代起,已對(duì)表面粗糙度定量評(píng)定參數(shù)進(jìn)行了研究,如美國的Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂?shù)纳疃群椭С虚L(zhǎng)度率曲線來表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz論述表面粗糙度的專著,對(duì)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)和數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化提出了建議。但粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值的使用,真正成為一個(gè)被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)還是從40年代各國相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后開始的。

1、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。
2、影響配合的穩(wěn)定性。對(duì)間隙配合來說,表面越粗糙,就越易磨損,使工作過程中間隙逐漸增大;對(duì)過盈配合來說,由于裝配時(shí)將微觀凸峰擠平,減小了實(shí)際有效過盈,降低了連接強(qiáng)度。
3、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。
4、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表面的微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層,造成表面腐蝕。
5、影響密封性。粗糙的表面之間無法嚴(yán)密地貼合,氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。
6、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。
7、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。

取樣長(zhǎng)度lr 是評(píng)定表面粗糙度所規(guī)定一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度 。

取樣長(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。

評(píng)定長(zhǎng)度

評(píng)定長(zhǎng)度 ln 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)度來評(píng)定表面粗糙度。評(píng)定長(zhǎng)度ln一般包含5個(gè)取樣長(zhǎng)度lr。

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 。基準(zhǔn)線有下列兩種:

輪廓的最小二乘中線: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最小,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。
理論上最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。

輪廓算術(shù)平均偏差 Ra: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。
輪廓最大高度 Rz: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年以前國家標(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。

間距特征參數(shù)

用輪廓單元的平均寬度 Rsm 表示。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。

形狀特征參數(shù)

用輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(c) 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。

國標(biāo)規(guī)定表面粗糙度代號(hào)是由規(guī)定的符號(hào)和有關(guān)參數(shù)組成 。

1、表面粗糙度符號(hào)

按國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)在圖樣上表示表面粗糙度的符號(hào)有五種,見右圖。

2、表面粗糙度代號(hào)

表面粗糙度代號(hào)要求標(biāo)注如:粗糙度參數(shù)值、測(cè)量時(shí)的取樣長(zhǎng)度值、加工紋理、加工方法等 。

表面粗糙度在圖樣上的標(biāo)注

代號(hào)和參數(shù)的注寫方向如圖所示。當(dāng)零件大部分表面具有相同的表面粗糙度時(shí),對(duì)其中使用最多的一種符號(hào)、代號(hào)可統(tǒng)一標(biāo)注在圖樣的右上角,并加注"其余"兩字,統(tǒng)一標(biāo)注的代號(hào)及文字高度,應(yīng)是圖形上其它表面所注代號(hào)和文字的1.4倍。

不同位置表面代號(hào)的注法,符號(hào)的尖端必須從材料外指向表面,代號(hào)中數(shù)字的方向與尺寸數(shù)字方向一致,如圖所示。

總的原則是在保證滿足技術(shù)要求的前提下,選用較大的表面粗糙度數(shù)值。具體選擇時(shí),可以參考下述原則:

1、工作表面比非工作表面的粗糙度數(shù)值小。

2、摩擦表面比不摩擦表面的粗糙度數(shù)值小。摩擦表面的摩擦速度越高,所受的單位壓力越大,則應(yīng)越高;滾動(dòng)磨擦表面比滑動(dòng)磨擦表面要求粗糙度數(shù)值小。

3、對(duì)間隙配合,配合間隙越小,粗糙度數(shù)值應(yīng)越小;對(duì)過盈配合,為保證連接強(qiáng)度的牢固可靠,載荷越大,要求粗糙度數(shù)值越小。一般情況間隙配合比過盈配合粗糙度數(shù)值要小。

4、配合表面的粗糙度應(yīng)與其尺寸精度要求相當(dāng)。配合性質(zhì)相同時(shí),零件尺寸越小,則應(yīng)粗糙度數(shù)值越小;同一精度等級(jí),小尺寸比大尺寸要粗糙度數(shù)值小,軸比孔要粗糙度數(shù)值小(特別是IT8~IT5的精度)。

5、受周期性載荷的表面及可能會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中的內(nèi)圓角、凹稽處粗糙度數(shù)值應(yīng)較小。

不同加工方法所能達(dá)到的表面粗糙度

如何降低表面粗糙度

在機(jī)床上,用普通刀具將工件尺寸加工到基本到位后,再用超聲波金屬表面精整加工設(shè)備的刀具代替原普通刀具再加工一遍,即可使被加工工件表面粗糙度Ra值輕松達(dá)到0.2以下;且工件的表面顯微硬度提高20%以上;并大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蝕性。

比較法測(cè)量簡(jiǎn)便,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確定被測(cè)表面粗糙度數(shù)值的方法。 比較時(shí)可以采用的方法: Ra > 1.6μm 時(shí)用目測(cè),Ra1.6~Ra0.4μm 時(shí)用放大鏡,Ra < 0.4μm 時(shí)用比較顯微鏡。

比較時(shí)要求樣板的加工方法,加工紋理,加工方向,材料與被測(cè)零件表面相同。

觸針法

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)量儀,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0.025~6.3微米的表面粗糙度。

光切法

雙管顯微鏡測(cè)量表面粗糙度,可用作Ry與Rz參數(shù)評(píng)定,測(cè)量范圍0.5~50。

干涉法

利用光波干涉原理 (見平晶、激光測(cè)長(zhǎng)技術(shù))將被測(cè)表面的形狀誤差以干涉條紋圖形顯示出來,并利用放大倍數(shù)高 (可達(dá)500倍)的顯微鏡將這些干涉條紋的微觀部分放大后進(jìn)行測(cè)量,以得出被測(cè)表面粗糙度。應(yīng)用此法的表面粗糙度測(cè)量工具稱為干涉顯微鏡。這種方法適用于測(cè)量Rz和Ry為 0.025~0.8微米的表面粗糙度。

表面光潔度與表面粗糙度有相應(yīng)的對(duì)照表。粗糙度有測(cè)量的計(jì)算公式,而光潔度只能用樣板規(guī)對(duì)照。所以說粗糙度比光潔度更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。

表面光潔度與表面粗糙度對(duì)照表