表面粗糙度幅度參數的選用

盧爾宇

【摘 要】表面粗糙度對零件的使用性能有很多影響，在選取表面粗糙度的評定參數時，應在滿足零件功能要求的前提下，充分考慮加工工藝的可行性和經濟性。用機械加工或其他方法得到的零件表面，總會存在著由微小的間距和峰谷組成的高低不平的痕跡。它屬于微觀幾何形狀誤差，對于波距小于1mm的表面不平現象，我們稱它為表面粗糙度。

【關鍵詞】表面粗糙度幅度；參數的選用

一、表面粗糙度對零件使用性能方面的影響

表面粗糙度數值的大小對零件的使用性能和壽命有很大影響。（1）影響零件的耐磨性能。表面越粗糙，零件的摩擦系數就越大，摩擦阻力也越大，兩個相對運動的表面磨損越快。相反，如果要求表面粗糙度過小，則一方面將增加制造成本，另一方面加大了金屬分之間的吸附力，加速金屬表面之間的磨損。（2）降低零件的疲勞強度。表面越粗糙，微觀不平的凹痕就越深，在交變應力影響下，應力集中更加嚴重，造成疲勞強度降低導致材料損壞。（3）影響零件配合的穩定性能。對于過盈配合，由于裝配表面的微觀凸峰被擠平，使孔軸之間實際有效過盈減少，降低了連接強度。對于間隙配合，零件的表面因粗糙不平，被迅速磨損使間隙加大。（4）影響接觸剛度。表面越粗糙，表面間接觸面積越就小，相對來說單位面積受力就增大，造成峰頂的局部塑性變形加大，剛度下降，影響零件的配合精度。（5）影響零件的抗腐蝕性能。表面越粗糙，越易使腐蝕性物質附著于表面的微觀凹谷，并滲入到金屬內層，造成表面銹蝕。另外，表面粗糙度對零件的密封性和外觀性都有影響。所以，在進行產品設計時，必須對零件的表面粗糙度提出合理的要求。

二、與高度有關的參數（幅度參數）

（1）輪廓的算術平均偏差Ra。在一個取樣長度ln范圍內，輪廓上各點到基準線的絕對值的算術平均值，我們稱它為算術平均偏差Ra。近似表達式為Ra=■y■ln。式中：y（x）為輪廓偏離中線m的距離；yi為第i點的距離。（2）輪廓的最大高度Rz。在一個取樣長度ln范圍內，最大輪廓峰的高度zp和最大輪廓谷的深度zv之和，我們稱它為輪廓的最大高度Rz。（注：在GB/T3505—1983中，Rz符號曾用于指示不平度的十點高度）。用公式表示為Rz=zp+zv。式中：zp為輪廓最大峰高；zv為輪廓最大谷深。

三、表面粗糙度的選擇

由于表面粗糙度對零件的使用性能有很多影響，所以在選取表面粗糙度的評定參數時，應在滿足零件功能要求的前提下，充分考慮加工工藝的可行性和經濟性。（1）表面粗糙度評定參數的選擇（幅度參數）。在常用的高度參數中，Ra對表面微觀幾何形狀高度方面的特性反映的最充分，用觸針式電動輪廓儀檢測Ra也較方便，所以普遍采用Ra作為光滑表面和半光滑表面的評定參數。但對于極光滑和極粗糙的表面，（Ra>6.3μm或Ra<0.02μm）由于受電動輪廓儀功能的影響，不宜選用Ra作為評定參數，而應選用Rz作為評定參數。因為在這個范圍內檢測Rz的儀器使用起來比較方便。（2）評定參數值的選擇（幅度參數）。表面粗糙度參數值選用的是否合理，一是關系到零件的使用性能，二是關系到零件的生產成本。所以在零件設計時，應在滿足零件功能的前提下，考慮生產工藝的可行性和經濟性。一般說來，選用的表面粗糙度參數值越小，零件的使用性能越好，工作壽命也越長。但為了得到粗糙度小的表面，零件可能要經過復雜的工藝過程，加工成本會急劇增高。所以在滿足使用功能的前提下，盡可能選用較大的表面粗糙度參數值，以降低加工成本。在使用過程中，因零件的功能和粗糙度之間關系比較復雜，很難按零件表面功能要求確定表面粗糙度的參數值，所以，除了特殊要求的表面外，常用類比法來確定零件的表面粗糙度參數值。表面粗糙度參數值具體選定方法如下：先根據現有統計資料初定一個表面粗糙度參數值，然后再對照現有工作條件適當做些調整，調整時應注意以下幾點：一是對同一個零件，工作表面的粗糙度參數值應比非工作表面小。二是摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度參數值小；滾動摩擦表面比滑動表面的粗糙度參數值小；運動速度高。單位壓力大的摩擦表面應比運動速度低，單位壓力小的摩擦表面的表面粗糙度要小。三是受交變應力作用的表面及應力易集中的表面和速度高、所受壓強大的表面粗糙度參數值要小；四是對配合性質要求穩定的配合表面，粗糙度參數值要小；對配合性質相同的表面，小尺寸結合面比大尺寸結合面粗糙度參數值要小；公差等級相同時，軸比孔的粗糙度參數值要小。五是表面粗糙度參數值與尺寸公差及形狀公差要協調。一般來說，尺寸公差及形狀公差參數值小，表面粗糙度參數值也小。但是，表面粗糙度參數值和尺寸、形狀公差之間不存在任何函數關系。流失對于密封性、防腐性要求高的表面或要求美觀的外表面，表面粗糙度參數值應小些。七是凡有關標準對表面粗糙度參數值已有要求（如量規、鍵槽、軸承），則設計中應按標準要求的表面粗糙度參數值選用。

總之，在選擇表面粗糙度幅度參數時，要綜合考慮各方面的因素，既要滿足使用功能，又要盡量降低加工成本，使之達到最大的技術經濟效益。