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表面粗糙度概述和常用参数

关键词：表面粗糙度评定基准Ra Rz Ry tp

摘要：根据国家标准GB/T3505-2000、GB/T1031-1995、GB/T131-1993，从表面粗糙度的形成、与产品性能的关系和评定参数等方面介绍表面粗糙度

表面粗糙度的概述

无论是机械加工后的零件表面，还是用其他方法获得的零件表面，总会存在着由较小间距和峰谷组成的微量高低不平的痕迹，这种加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，就是零件的表面粗糙度。为了提高产品质量，促进互换性生产，必须对表面粗糙度的评定方法、测量手段等提出科学的规定和要求。

表面粗糙度国家标准由GB/T3505—2000《产品几何技术规范表面结构轮廓法表面结构的术语、定义及参数》、GB/T1031—1995《表面粗糙度参数及其数值》标准构成。

表面粗糙度的形成

表面粗糙度是一种微观几何形状误差,它不同于表面宏观形状(形状误差)和表面波度(中间形状误差).这三者常在一个表面轮廓叠加出现,如下图所示.

微观形状误差是在机械加工中因切削刀痕、表面撕裂挤压、振动和摩擦等因素，在被加工表面留下的间距很小的微观起伏，如图b所示。

中间形状误差具有较明显的周期性的间距λ和幅度h，如图c所示，只在高速切削条件下才时有出现，它是由机床—工件—刀具加工系统的振动、发热和运动不平衡造成的。

表面宏观形状误差产生的原因是机床几何精度方面的误差引起的。

对表面粗糙度、波度和形状误差通常按间距来划分：间距小于1mm的属于表面粗糙度；间距在1~10mm的属于表面波度；间距大于10mm的属于形状误差。

表面粗糙度对零件使用性能的影响

1，对摩擦和摩损的影响一般说，表面越粗糙，摩擦阻力越大，零件的磨损也越快。

2，对配合性质的影响对于有配合要求的零件表面，无论是哪一类配合，表面粗糙度都影响配合性质的稳定性。

3，对抗腐蚀的影响表面越粗糙，积聚在零件表面上的腐蚀性气体或液体也越多，且通过表面的微观凹谷向零件表层渗透，使腐蚀加剧。

4，对抗疲劳强度的影响表面越粗糙，对应力集中越敏感，零件疲劳损坏的可能性越大，疲劳强度就越低。

5，对接触刚度的影响零件表面越粗糙，表面间的接触面积就越小，单位面积受力就越大，峰顶处的局部塑性变形就越大，接触刚度降低，进而影响零件的工作精度和抗振性。

6，对结合密封性的影响降低零件表面粗糙度数值，可提高其密封性。

此外，表面粗糙度还影响检验零件时的测量不确定性、零件外观的美观等。

表面粗糙度的评定

评定基准

为了客观地评定表面粗糙度，首先要确定测量的长度范围和方向，即评定基准。它包括取样长度、评定长度和基准线。评定基准是在实际轮廓线上量取得一段长度。

实际轮廓是平面与实际表面相交所得的轮廓线。按照相截方向的不同，可分为横向实际轮廓和纵向实际轮廓两种。在评定或测量表面粗糙度时，除非特别指明，通常均指横向实际轮廓，即加工纹理方向垂直的截面上的轮廓。

1，取样长度l 用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。规定和选择这段长度是为了限制和减弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响。如果l过长，则有可能将表面波度的成分引入到表面粗糙度的结果中；若l过短，则将不能反映待测表面粗糙度的实际情况。在取样长度范围内，一般应包含5个以上的轮廓峰和轮廓谷。

标准规定取样长度在轮廓总的走向上量取。

2，评定长度ｌn 评定轮廓所必需的一段长度，它可包括一个或几个取样长度。由于加工表面的粗糙度并不均匀，只取一个取样长度中的粗糙度值来评定该表面粗糙度的质量，还不够客观，所以要取几个连续的取样长度。至于取多少个与加工方法有关，即与加工所得到的表面粗糙度的均匀程度有关。越均匀，所取个数越少，一般情况下，ｌn=5ｌ。

3，基准线用以评定表面粗糙度参数给定的线。基准线有两种：

⑴轮廓的*小二乘中线（中线）具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，在取样长度内使轮廓线上各点的轮廓偏距（在测量方向上轮廓线上的点与基准线之间的距离）的平方和为*小。

⑵轮廓的算术平均中线具有几何轮廓形状，在取样长度内与轮廓走向一致，在取样长度内有该线划分，使上、下两边的面积相等的基准线。

*小二乘中线符合*小二乘原则，从理论上讲是理想的、**的基准线，但由于在轮廓图形上确定其位置比较困难，所以只适用于**测量。

评定参数

1，高度评定参数

⑴轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度ｌ内，轮廓偏距***的算术平均值。

⑵微观不平度十点高度Rz 在取样长度ｌ内，5个*大的轮廓峰高的平均值与5个*大的轮廓谷深的平均值之和.

⑶轮廓*大高度Ry 在取样长度ｌ内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离

Ry参数不如Ra，Rz值反映的几何特性准确，故其应用不多，一般与Ra和Rz合用。

2，形状参数——轮廓支承长度率tp 在取样长度ｌ内，一条平行于中线的线与轮廓相截所得各段截线长度bi之和与取样长度之比。

轮廓支承长度率是耐磨性的度量指标，当轮廓实际接触面积较大或对耐磨性有较高要求时，可用此参数控制。一般情况下，tp值越大，零件表面的耐磨性越好。
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