表面粗糙度幅度参数的选用

卢尔宇

【摘 要】表面粗糙度对零件的使用性能有很多影响，在选取表面粗糙度的评定参数时，应在满足零件功能要求的前提下，充分考虑加工工艺的可行性和经济性。用机械加工或其他方法得到的零件表面，总会存在着由微小的间距和峰谷组成的高低不平的痕迹。它属于微观几何形状误差，对于波距小于1mm的表面不平现象，我们称它为表面粗糙度。

【关键词】表面粗糙度幅度；参数的选用

一、表面粗糙度对零件使用性能方面的影响

表面粗糙度数值的大小对零件的使用性能和寿命有很大影响。（1）影响零件的耐磨性能。表面越粗糙，零件的摩擦系数就越大，摩擦阻力也越大，两个相对运动的表面磨损越快。相反，如果要求表面粗糙度过小，则一方面将增加制造成本，另一方面加大了金属分之间的吸附力，加速金属表面之间的磨损。（2）降低零件的疲劳强度。表面越粗糙，微观不平的凹痕就越深，在交变应力影响下，应力集中更加严重，造成疲劳强度降低导致材料损坏。（3）影响零件配合的稳定性能。对于过盈配合，由于装配表面的微观凸峰被挤平，使孔轴之间实际有效过盈减少，降低了连接强度。对于间隙配合，零件的表面因粗糙不平，被迅速磨损使间隙加大。（4）影响接触刚度。表面越粗糙，表面间接触面积越就小，相对来说单位面积受力就增大，造成峰顶的局部塑性变形加大，刚度下降，影响零件的配合精度。（5）影响零件的抗腐蚀性能。表面越粗糙，越易使腐蚀性物质附着于表面的微观凹谷，并渗入到金属内层，造成表面锈蚀。另外，表面粗糙度对零件的密封性和外观性都有影响。所以，在进行产品设计时，必须对零件的表面粗糙度提出合理的要求。

二、与高度有关的参数（幅度参数）

（1）轮廓的算术平均偏差Ra。在一个取样长度ln范围内，轮廓上各点到基准线的绝对值的算术平均值，我们称它为算术平均偏差Ra。近似表达式为Ra=■y■ln。式中：y（x）为轮廓偏离中线m的距离；yi为第i点的距离。（2）轮廓的最大高度Rz。在一个取样长度ln范围内，最大轮廓峰的高度zp和最大轮廓谷的深度zv之和，我们称它为轮廓的最大高度Rz。（注：在GB/T3505—1983中，Rz符号曾用于指示不平度的十点高度）。用公式表示为Rz=zp+zv。式中：zp为轮廓最大峰高；zv为轮廓最大谷深。

三、表面粗糙度的选择

由于表面粗糙度对零件的使用性能有很多影响，所以在选取表面粗糙度的评定参数时，应在满足零件功能要求的前提下，充分考虑加工工艺的可行性和经济性。（1）表面粗糙度评定参数的选择（幅度参数）。在常用的高度参数中，Ra对表面微观几何形状高度方面的特性反映的最充分，用触针式电动轮廓仪检测Ra也较方便，所以普遍采用Ra作为光滑表面和半光滑表面的评定参数。但对于极光滑和极粗糙的表面，（Ra>6.3μm或Ra<0.02μm）由于受电动轮廓仪功能的影响，不宜选用Ra作为评定参数，而应选用Rz作为评定参数。因为在这个范围内检测Rz的仪器使用起来比较方便。（2）评定参数值的选择（幅度参数）。表面粗糙度参数值选用的是否合理，一是关系到零件的使用性能，二是关系到零件的生产成本。所以在零件设计时，应在满足零件功能的前提下，考虑生产工艺的可行性和经济性。一般说来，选用的表面粗糙度参数值越小，零件的使用性能越好，工作寿命也越长。但为了得到粗糙度小的表面，零件可能要经过复杂的工艺过程，加工成本会急剧增高。所以在满足使用功能的前提下，尽可能选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。在使用过程中，因零件的功能和粗糙度之间关系比较复杂，很难按零件表面功能要求确定表面粗糙度的参数值，所以，除了特殊要求的表面外，常用类比法来确定零件的表面粗糙度参数值。表面粗糙度参数值具体选定方法如下：先根据现有统计资料初定一个表面粗糙度参数值，然后再对照现有工作条件适当做些调整，调整时应注意以下几点：一是对同一个零件，工作表面的粗糙度参数值应比非工作表面小。二是摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值小；滚动摩擦表面比滑动表面的粗糙度参数值小；运动速度高。单位压力大的摩擦表面应比运动速度低，单位压力小的摩擦表面的表面粗糙度要小。三是受交变应力作用的表面及应力易集中的表面和速度高、所受压强大的表面粗糙度参数值要小；四是对配合性质要求稳定的配合表面，粗糙度参数值要小；对配合性质相同的表面，小尺寸结合面比大尺寸结合面粗糙度参数值要小；公差等级相同时，轴比孔的粗糙度参数值要小。五是表面粗糙度参数值与尺寸公差及形状公差要协调。一般来说，尺寸公差及形状公差参数值小，表面粗糙度参数值也小。但是，表面粗糙度参数值和尺寸、形状公差之间不存在任何函数关系。流失对于密封性、防腐性要求高的表面或要求美观的外表面，表面粗糙度参数值应小些。七是凡有关标准对表面粗糙度参数值已有要求（如量规、键槽、轴承），则设计中应按标准要求的表面粗糙度参数值选用。

总之，在选择表面粗糙度幅度参数时，要综合考虑各方面的因素，既要满足使用功能，又要尽量降低加工成本，使之达到最大的技术经济效益。