一文解析表面粗糙度

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。

 VDI3400、Ra、Rmax對照表

 國家標準規定常用三個指標來評定表面粗糙度（單位為μm）：輪廓的平均算術偏差Ra、不平度平均高度Rz和大高度Ry。在實際生產中多用Ra指標。輪廓的大微觀高度偏差Ry在日本等國常用Rmax符號來表示，歐美常用VDI指標。下面為VDI3400、Ra、Rmax對照表。

 VDI3400、Ra、Rmax對照表

 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，例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統中的高頻振動、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。

 表面粗糙度對零件的影響主要表現

●●●影響耐磨性。表面越粗糙，配合表面間的有效接觸面積越小，壓強越大，摩擦阻力越大，磨損就越快。

●●●影響配合的穩定性。對間隙配合來說，表面越粗糙，就越易磨損，使工作過程中間隙逐漸增大；對過盈配合來說，由于裝配時將微觀凸峰擠平，減小了實際有效過盈，降低了連接強度。

●●●影響疲勞強度。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，對應力集中很敏感，從而影響零件的疲勞強度。

●●●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表面的微觀凹谷滲入到金屬內層，造成表面腐蝕。

●●●影響密封性。粗糙的表面之間無法嚴密地貼合，氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。

●●●影響接觸剛度。接觸剛度是零件結合面在外力作用下，抵抗接觸變形的能力。機器的剛度在很大程度上取決于各零件之間的接觸剛度。

●●●影響測量精度。零件被測表面和測量工具測量面的表面粗糙度都會直接影響測量的精度，尤其是在精密測量時。

此外，表面粗糙度對零件的鍍涂層、導熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動的阻力、導體表面電流的流通等都會有不同程度的影響。

表面粗糙度評定依據

1. 取樣長度

取樣長度是評定表面粗糙度歲規定一段基準線長度。應根據零件實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度，量取取樣長度時應根據實際表面輪廓的總的走向進行。規定和選擇取樣長度是為了限制和減弱表面波紋度和形狀誤差對表面粗糙度的測量結果的影響。

2. 評定長度

評定長度是評定輪廓所必須的一段長度，它可包括一個或幾個取樣長度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均勻，在一個取樣長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取樣長度來評定表面粗糙度。評定長度一般包含5個取樣長度。

3. 基準線

基準線是用以評定表面粗糙度參數的輪廓中線 。基準線有兩種：輪廓的小二乘中線：在取樣長度內，輪廓線上各點的輪廓偏距的平方和為小，具有幾何輪廓形狀。輪廓的算術平均中線：在取樣長度內，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線，但在實際應用中很難獲得，因此一般用輪廓的算術平均中線代替，且測量時可用一根位置近似的直線代替。

表面粗糙度評定參數

1. 高度特征參數

Ra 輪廓算術平均偏差：在取樣長度（lr）內輪廓偏距值的算術平均值。在實際測量中，測量點的數目越多，Ra越準確。

Rz 輪廓大高度：輪廓峰頂線和谷底線之間的距離。

在幅度參數常用范圍內優先選用Ra 。在2006年以前國家標準中還有一個評定參數為“微觀不平度十點高度”用Rz表示，輪廓大高度用Ry表示，在2006年以后國家標準中取消了微觀不平度十點高度，采用Rz表示輪廓大高度。

2. 間距特征參數

Rsm 輪廓單元的平均寬度。在取樣長度內，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度。相同的Ra值的情況下，其Rsm值不一定相同，因此反映出來的紋理也會不相同，重視紋理的表面通常會關注Ra與Rsm這兩個指標。

 表面粗糙度測量方法

1. 比較法

使用于車間現場測量，常用于中等或較粗糙表面的測量。方法是將被測量表面與標有一定數值的粗糙度樣板比較來確定被測表面粗糙度數值的方法。

2. 觸針法

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表面緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由電學式長度傳感器轉換為電信號，經放大、濾波、計算后由顯示儀表指示出表面粗糙度數值，也可用記錄器記錄被測截面輪廓曲線。一般將僅能顯示表面粗糙度數值的測量工具稱為表面粗糙度測量儀，同時能記錄表面輪廓曲線的稱為表面粗糙度輪廓儀。這兩種測量工具都有電子計算電路或電子計算機，它能自動計算出輪廓算術平均偏差Ra，微觀不平度十點高度Rz，輪廓大高度Ry和其他多種評定參數，測量效率高，適用于測量Ra為0.025～6.3微米的表面粗糙度。