淺議零件表面結構的表示法及國家標準系列值

徐健 賀婷婷 徐慧 楊林 姜杉

摘 要：零件的表面結構是零件表面的微觀幾何特性，它是由獲得表面的工藝方法形成的，對零件的表面功能特性、使用壽命以及外觀質量都有直接影響。因此，對零件表面結構的要求必須在圖樣或其他技術產品文件中標注清楚有重要的意義。本文對在工程圖學教學中貫徹“零件表面結構的表示法”最新國家標準，了解優先數系與標準值的設置關系，以及零件表面粗糙度參數值的選擇進行了探討。

關鍵詞：零件表面結構 國家標準 優先數系 標準值

中圖分類號：TH126 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0252-02

零件的表面結構，主要指零件表面的微觀幾何特性，對零件工作性能中零件的耐磨性、配合性質的穩定性、疲勞強度、抗腐蝕性及接觸剛度、密封性等有直接影響，關系到產品的外觀質量、可靠性和使用壽命。有關“表面結構的表示法” 的國家標準在工程圖學課程中的教學有重要的意義。

1 零件表面結構的表示法

1.1 “表面結構的表示法”國家標準

2006年7月中國國家標準化管理委員會發布了“產品幾何級數規范（GPS）技術產品文件中表面結構的表示法 （GB/T 131—2006）[1]”，該標準代替GB/T 131—1993《機械制圖表面粗糙度符號、代號及其注法》，與舊的國家標準相比，技術內容上有很大變化，如，標準中的某些標注示例已全部重新解釋，因而在教學中需執行最新國家標準。

1.2 零件表面結構的詮釋

零件的表面結構是由獲得零件表面加工工藝及其他因素形成的，如，加工時刀具與零件表面間會產生摩擦，金屬切屑分離時表面層金屬有塑性變形，加工系統中所產生的高頻振動等。被加工表面留下痕跡的深淺、疏密、形狀和紋理與其加工方法和工件材料有密不可分的關聯。零件的表面在微觀上都是凹凸不平的，當用平面與零件的實際表面相交時，便得到微觀起伏不平的峰谷，這便是零件的表面輪廓[2]。用零件的表面輪廓參數可評定零件的表面質量。國家標準規定了3種類型的表面輪廓，即R輪廓（粗糙度輪廓）、W輪廓（波紋度輪廓）及P輪廓（原始輪廓）。常用的是R輪廓，其主要幅度參數有兩個：一是輪廓最大高度Rz ；另一是評定輪廓的算術平均偏差Ra。

2 國家標準系列值的設置與選擇

2.1 標準化系列值設置

標準化系列值設置來源于強大的優先數系！由此可推理國家標準粗糙度數值設置為0.8、1.6、3.2、6.3、12.5等，機械設計手冊上諸多產品樣本上的參數表均由此而來。究其原因，優先數系是公比為10的5、10、20、40、80次方根，且項值中含有10的整數冪的幾何級數的常用圓整值[3]，是國際上統一的數值分級制度，工程技術上種類繁多的參數指標，尤其是需要分檔分級的參數，利用優先數系設置參數可以防止數值紊亂。因而優先數系不僅適用于標準的參數制訂，而且標準制訂之前的規劃、設計階段同樣也適用，從一開始就被合理地引導到標準化上。

優先數系由來于法國工程師雷諾見熱氣球上的鋼絲繩規格繁多，于是他將10開5次方，得到一個數1.6，然后輾轉相乘，得出5個優先數：1.0、1.6、2.5、4.0、6.3，這是一個等比數列，公比為1.6。那么10以下的鋼絲繩有5種，10～100的鋼絲繩也只有10、16、 25、40、63這5種，但這分法較稀疏，于是，將10開10次方，得出公比為1.25的R10優先數系：1.0、1.25、1.6、2.0、2.5、3.15、4.0、5.0、6.3、8.0，于是10以內的鋼絲繩比較合理被劃分為10種，而10～100的也被劃分為10種。這就是把產品的所有參數按優先數系形成序列化的標準化，再把所有的零部件的功能參數及尺寸，用優先數系來序列化。

雖然自然數是無窮的，但設計師認為世界上只有10個 R10優先數，而且這10個數乘方、開方、相乘、相除，其結果仍然在這10個數里，當你確定參數序列，不知道如何確定尺寸時，在這10個數里選則其一即可。

1.0 N0、1.12 N2、1.25 N4、1.4 N6、1.6 N8、1.8 N10、2.0 N12、2.24 N14、2.5 N16、2.8 N18、3.15 N20、3.55 N22、4.0 N24、4.5 N26、5.0 N28、5.6 N30、6.3 N32、7.1 N34、8.0 N36、9.0 N38。

比如：4和2兩個優先數，其序號分別為N24和N12，二者相乘，其序號相加，結果為N36，即8；二者相除，序號相減，結果為N12，即2；2的立方，將其序號N12乘以3得到N36，即8；4的開方，將其序號N24除以2得到N12，即2；如果求2的四次方，N12×4得到N48，此處沒有。究其緣由，上面的列表沒有寫10這個數，它的序號為N40，凡是序號大于40的，只看大于40的部分，比如：N48只看N8，即1.6，然后乘以10得到16。如果序號為N88，看N8得到1.6，然后乘以100得到160，因為100的序號是N80，1000的序號是N120，依此類推。在機械設計領域，一般常用這20個數即能滿足要求。但有時需用到R40和R80系等。通過上述剖析，標準件和工業品樣本上的功能參數、尺寸參數、標準公差表等的由來，在我們的頭腦中漸漸清晰明了。

2.2 表面粗糙度參數值的選擇

零件表面結構要求一般多用類比法來確定粗糙度的參數值，一般先依據資料手冊初步選定表面的參數值，然后再參考工作條件進行適度調整。調整時主要注意以下幾點。

（1）對于同一個零件，非工作表面粗糙度值高于工作表面的粗糙度值。

（2）非摩擦表面的粗糙度值則要高于摩擦表面。有進行相對運動的工件表面，運動速度與粗糙度值成反比，即運動速度越低，其粗糙度值則越高。

（3）單位面積壓力大或受交變應力作用的重要零件的圓角、溝槽表面粗糙度值應選比較小的值。

（4）配合性質要求越穩定，則對應的表面粗糙度值應越小。配合性質相同時尺寸愈小的結合面，表面粗糙度值也應越小。同一精度等級，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙度值都要小。

（5）有防腐蝕、密封性要求和外表美觀的表面，其表面粗糙度參數值一般較小。

（6）表面粗糙度參數值應與尺寸公差、形位公差相匹配，即零件的尺寸公差、形位公差要求較高時，表面粗糙度值應較小。

（7）遇到諸如齒輪齒面等有專門標準對其表面粗糙度做出要求的，應按特定標準來確定其表面的表面粗糙度參數值。

3 后記

如上所述，“零件表面結構的表示法”教學，需注重最新國家標準的貫徹與理解，零件表面結構要求一般多用類比法來確定粗糙度的參數值。在產品設計階段，通過了解標準化系列值設置與優先數系的關系，就可以同時設計出一系列產品，而不需在設計之后再進行所謂的“標準化”，無盡的應用等著去開發。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家標準《機械制圖》[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2] 徐健，齊玉來，韓群生.機械制圖[M].天津：天津大學出版社，2007：144-145.

[3] http：//wenku.baidu.com/view/d2242d36ee06eff9aef

807e6.html，2015.12.