表面粗糙度發(fā)展

為研究表面粗糙度對零件性能的影響和度量表面微觀不平度的需要，從20年代末到30年代，德國、美國和英國等國的一些專家設(shè)計制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時也產(chǎn)生出了光切式顯微鏡和干涉顯微鏡等用 光學(xué)方法來測量表面微觀不平度的儀器，給從數(shù)值上定量評定表面粗糙度創(chuàng)造了條件。從30年代起，已對表面粗糙度定量評定參數(shù)進(jìn)行了研究，如美國Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂?shù)纳疃群椭С虚L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，對表面粗糙度的評定參數(shù)和數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化提出了建議。

但粗糙度評定參數(shù)及其數(shù)值的使用，真正成為一個被廣泛接受的標(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。首先是美國在1940年發(fā)布了ASA B46.1國家標(biāo)準(zhǔn)，之后又經(jīng)過幾次修訂，成為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASME B46. 1-1988《表面結(jié)構(gòu)表面粗糙度、表面波紋度和加工紋理》，該標(biāo)準(zhǔn)采用中線制，并將Ra作為主參數(shù)；接著前蘇聯(lián)在1945年發(fā)布了GOCT2789-1945《表面光潔度、表面微觀幾何形狀、分級和表示法》國家標(biāo)準(zhǔn)，而后經(jīng)過了3 次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數(shù)和特征》，該標(biāo)準(zhǔn)也采用中線制，并規(guī)定了包括輪廓均方根偏差 即現(xiàn)在的Rq)在內(nèi)的6個評定參數(shù)及其相應(yīng)的參數(shù)值。另外，其它工業(yè)發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)大多是在50年代制定的， 如聯(lián)邦德國在1952年2月發(fā)布了DIN4760和DIN4762有關(guān)表面粗糙度的評定參數(shù)和術(shù)語等方面的標(biāo)準(zhǔn)等。

表面粗糙度高度特征參數(shù)

• 輪廓算術(shù)平均偏差 Ra：在取樣長度（lr）內(nèi)輪廓偏距絕對值的算術(shù)平均值。在實際測量中，測量點的數(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)中還有一個評定參數(shù)為“微觀不平度十點高度”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高度，采用Rz表示輪廓最大高度。

表面粗糙度間距特征參數(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度。

表面粗糙度形狀特征參數(shù)

用輪廓支承長度率Rmr(c) 表示，是輪廓支撐長度與取樣長度的比值。輪廓支承長度是取樣長度內(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度之和。

表面粗糙度取樣長度

取樣長度lr是評定表面粗糙度所規(guī)定一段基準(zhǔn)線長度 。取樣長度應(yīng)根據(jù)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(yīng)根據(jù)實際表面輪廓的總的走向進(jìn)行。規(guī)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(jié)果的影響。

表面粗糙度評定長度

評定長度ln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ln一般包含5個取樣長度lr。

表面粗糙度基準(zhǔn)線

基準(zhǔn)線是用以評定表面粗糙度參數(shù)的輪廓中線 ?；鶞?zhǔn)線有下列兩種：

• 輪廓的最小二乘中線：在取樣長度內(nèi)，輪廓線上各點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，且測量時可用一根位置近似的直線代替。

表面粗糙度符號

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

1）表面粗糙度符號

按國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)在圖樣上表示表面粗糙度的符號有五種，見右圖1。

2）表面粗糙度代號

表面粗糙度代號要求標(biāo)注如：粗糙度參數(shù)值、測量時的取樣長度值、加工紋理、加工方法等 。

表面粗糙度在圖樣上的標(biāo)注

代號和參數(shù)的注寫方向如圖1所示。當(dāng)零件大部分表面具有相同的表面粗糙度時，對其中使用最多的一種符號、代號可統(tǒng)一標(biāo)注在圖樣的右上角，并加注“其余”兩字，統(tǒng)一標(biāo)注的代號及文字高度，應(yīng)是圖形上其它表面所注代號和文字的1.4倍。

不同位置表面代號的注法，符號的尖端必須從材料外指向表面，代號中數(shù)字的方向與尺寸數(shù)字方向一致，如圖2所示。

不同的表面粗糙度

見下表所示

表面粗糙度比較法

比較法測量簡便，使用于車間現(xiàn)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(biāo)有一定數(shù)值的粗糙度樣板比較來確定被測表面粗糙度數(shù)值的方法。 比較時可以采用的方法: Ra > 1.6μm 時用目測，Ra1.6~Ra0.4μm 時用放大鏡，Ra < 0.4μm 時用比較顯微鏡。

比較時要求樣板的加工方法，加工紋理，加工方向，材料與被測零件表面相同。

表面粗糙度觸針法

利用針尖曲率半徑為2微米左右的金剛石觸針沿被測表面緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由電學(xué)式長度傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、濾波、計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截面輪廓曲線。一般將僅能顯示表面粗糙度數(shù)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(jī)，它能自動計算出輪廓算術(shù)平均偏差Ra，微觀不平度十點高度Rz，輪廓最大高度Ry和其他多種評定參數(shù)，測量效率高，適用于測量Ra為0.025～6.3微米的表面粗糙度。

表面粗糙度光切法

雙管顯微鏡測量表面粗糙度，可用作Ry與Rz參數(shù)評定，測量范圍0.5~50。

表面粗糙度干涉法

利用光波干涉原理 (見平晶、激光測長技術(shù))將被測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)行測量，以得出被測表面粗糙度。應(yīng)用此法的表面粗糙度測量工具稱為干涉顯微鏡。這種方法適用于測量Rz和Ry為 0.025～0.8微米的表面粗糙度。

表面粗糙度對零件使用情況有很大影響。一般說來，表面粗糙度數(shù)值小，會提高配合質(zhì)量，減少磨損，延長零件使用壽命，但零件的加工費用會增加。因此，要正確、合理地選用表面粗糙度數(shù)值。 在設(shè)計零件時，表面粗糙度數(shù)值的選擇，是根據(jù)零件在機(jī)器中的作用決定的。

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，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；滾動磨擦表面比滑動磨擦表面要求粗糙度數(shù)值小。

（3）對間隙配合，配合間隙越小，粗糙度數(shù)值應(yīng)越??；對過盈配合，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，零件尺寸越小，則應(yīng)粗糙度數(shù)值越??；同一精度等級，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?。ㄌ貏e是IT8～I(xiàn)T5的精度）。

（5）受周期性載荷的表面及可能會發(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。

表面粗糙度對零件的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

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(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(dǎo)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(dǎo)體表面電流的流通等都會有不同程度的影響。

RY，表面粗糙度，是表面粗糙度的一個表示方法

外文名

RY

含義

表面粗糙度

在舊的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，為Ry（y為下標(biāo)）。Ry表示 輪廓最大高度：在取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。同時舊的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，Rz（z為下標(biāo)）表示微觀不平度十點高度：在取樣長度內(nèi)五個最大的輪廓峰高的平均值與五個最大的輪廓谷深的平均值之和。

在新的標(biāo)準(zhǔn)GB/T131-2006中所涉及的表面結(jié)構(gòu)參數(shù)代號原來的符號“Ry”（y為下標(biāo)）不再使用。而“Rz”（z為小寫字母）其含義已不是以前的“微觀不平度十點高度”，而是表示“輪廓的最大高度”。即新標(biāo)準(zhǔn)中的“Rz”（z為小寫字母）為原來的“Ry”（y為下標(biāo)）。同時，以前的“微觀不平度十點高度”這一參數(shù)已被取消。因此，按GB/T131-2006標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)參數(shù)時，Rz（z為小寫字母）的含義應(yīng)理解為 “輪廓的最大高度”，而不能再理解為“微觀不平度十點高度”。2100433B

2020年4月28日，《帶輪的材質(zhì)、表面粗糙度及平衡》發(fā)布。

2021年3月1日，《帶輪的材質(zhì)、表面粗糙度及平衡》實施。