机加工表面粗糙度

基本概念

4.1.1 表面粗糙度的定义

表面粗糙度（Surface roughness）是指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性它是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。表面粗糙度应与形状误差（宏观几何形状误差）和表面波度区别开。通常，波距小于 1mm 的属于表面粗糙度，波距在 1~10mm 的属于表面波度，波距大于 10mm 的属于形状误差，如图 4-1 所示。

4.1.2 表面粗糙度对机械零件使用性能的影响

表面粗糙度的大小对零件的使用性能和使用寿命有很大影响。

1. 影响零件的耐磨性

表面越粗糙，摩擦系数就越大，相对运动的表面磨损得越快。然而，表面过于光滑，由于润滑油被挤出或分子间的吸附作用等原因，也会使摩擦阻力增大和加速磨损。

2. 影响配合性质的稳定性

零件表面的粗糙度对各类配合均有较大的影响。对于间隙配合，两个表面粗糙的零件在相对运动时会迅速磨损，造成间隙增大，影响配合性质；对于过盈配合，在装配时表面上微观凸峰极易被挤平，产生塑性变形，使装配后的实际有效过盈减小，降低联接强度；对于过渡配合，因多用压力及锤敲装配，表面粗糙度也会使配合变松。

3. 影响疲劳强度

承受交变载荷作用的零件的失效多数是由于表面产生疲劳裂纹造成的。疲劳裂纹主要是由于表面微观峰谷的波谷所造成的应力集中引起的。零件表面越粗糙，波谷越深，应力集中就越严重。因此，表面粗糙度影响零件的抗疲劳强度。

4. 影响抗腐蚀性

粗糙表面的微观凹谷处易存积腐蚀性物质，久而久之，这些腐蚀性物质就会渗入到金属内层，造成表面锈蚀。

此外，表面粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观、表面光学性能、导电导热性能以及表面结合的胶合强度等都有很大影响。所以，在设计零件的几何参数精度时，必须对其提出合理的表面粗糙度要求，以保证机械零件的使用性能。

表面粗糙度的选用

4.3.1 评定参数的选用

1. 幅度参数的选用

幅度参数是标准规定的基本参数，可以独立选用。对于有粗糙度要求的表面，必须选用一个幅度参数。

对于幅度方向的粗糙度参数值在~μm的零件表面，标

准推荐优先选用Ra。这是因为Ra能够比较全面地反

映被测表面的微小峰谷特征，同时，上述范围内用轮

廓仪能够很方便地测出被测表面Ra的实际值。

对于Ra在~100 和~ 的零件表面可以选用Rz。

图4-11中，五种表面的轮廓最大高度参数相同，但

使用质量显然不同。因此，对于有特殊要求的少数零

件的重要表面，需要加选附加参数RSm或Rmr(c)。

2. 附加参数的选用

参数RSm和Rmr(c)一般不能作为独立参数选用，只能作为幅度参数的附加参数选用。

对于有特殊要求的表面，如喷涂均匀、涂层有极好的附着性和光洁性等，RSm作为附加参数选用。

对于有较高支撑刚度和耐磨性的表面，Rmr(c) 作为附加参数选用。

4.3.2 参数值的选用

1. 表面粗糙度的参数值

在GB/T 1031—95中，已经将表面粗糙度的参数值标准化。表4-1?表4-4分别是参数Ra、Rz、RSm和Rmr(c)的参数值。

表4-1 Ra的参数值（摘自GB/T1031-95）μm

50

100

?

25 ?

表4-2 Rz的数值（摘自GB/T1031-95）μm

100 1600

200 ?

25 400 ?

50 800 ?

注：这里的Rz对应GB/T 3505-83的Ry

表4-3 RSm的数值（摘自GB/T1031-95）mm

注：这里的RSm对应GB/T 3505-83的Sm

表4-4 Rmr(c)（%）的数值（摘自GB/T 1031-95）

10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90

选用轮廓的支承长度率参数Rmr(c)时，必须同时给出轮廓水平位置c值。它可用微米或Rz的百分数表示，百分数系列如下：Rz的5，10，15，20，25，30，40，50，60，70，80，90%。

2. 表面粗糙度参数值的选用

设计时应按标准规定的参数值系列（表4-1?表4-4）选取各项参数的参数值。

选用原则是在满足功能要求的前提下，参数的允许值尽量大（Rmr(c)尽量小）。以便于加工，降低成本，获得较好的经济效益。

选用方法目前多采用类比法。根据类比法初步确定参数值，同时还要考虑下列情况：

同一个零件上，工作表面比非工作表面的Ra或Rz值小。

摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的Ra或Rz值小。

运动速度高、单位面积压力大、受交变载荷作用的零件表面、以及最易产生应力集中的沟槽、圆角部位应选用较小的粗糙度数值。

要求配合稳定、可靠时，粗糙度参数值应小些。如，小间隙配合表面、受重载作用的过盈配合表面，都应选用较小的粗糙度数值。

协调好表面粗糙度参数值与尺寸及形位公差的关系。通常，尺寸、形位公差值小，表面粗糙度Ra或Rz值也要小；尺寸公差等级相同时，轴比孔的粗糙度数值要小。

防腐蚀性、密封性要求高，或外形要求美观的表面应选用较小的粗糙度数值。

凡有关标准已对表面粗糙度作出规定的标准件或常用典型零件（例如，与滚动轴承配合的轴颈和基座孔、与键配合的轴槽、轮毂槽的工作面等），应按相应的标准确定其表面粗糙度参数值。

表4-5和表4-6分别列出了各类配合要求的孔、轴表面粗糙度参数的推荐值和各种加工方法可能达到的表面粗糙度数值，供参考。

表4-5 各类配合要求的孔、轴表面粗糙度参数的推荐值