在机械加工过程中,由于刀痕、切削过程中切屑分离时金属的塑性变形、工艺系统中的高频振动、刀具和被加工表面的摩擦等原因,致使被加工零件的表面产生微小的峰谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况就称为表面粗糙度(surface roughness),也称微观不平度。表面粗糙度越小,则表面越光滑。因此,表面粗糙度也可以从相反概念的角度称为表面光洁度(surface finish)。
表面粗糙度对零件的使用性能有着重要的影响。
按GB/T 15757—2002的术语与定义:表面结构(surface texture)是“出自几何表面的重复或偶然的偏差,这些偏差形成的三维形貌。(注:表面结构包括在有限区域上的粗糙度、波纹度、纹理方向、表面缺陷和形状误差。见图41)”按照教学大纲要求,本章只重点阐述表面粗糙度。
在机械加工过程中,由于刀痕、切削过程中切屑分离时金属的塑性变形、工艺系统中的高频振动、刀具和被加工表面的摩擦等原因,致使被加工零件的表面产生微小的峰谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况就称为表面粗糙度(surface roughness),也称微观不平度。表面粗糙度越小,则表面越光滑。因此,表面粗糙度也可以从相反概念的角度称为表面光洁度(surface finish)。
实际上,一个完工零件的实际表面状态是极其复杂的,一般包括表面粗糙度、表面波度和几何形状误差等。通常按波距大小(相邻两波峰或相邻两波谷之间的距离)来划分:波距小于1mm 的微观几何形状误差属于表面粗糙度;波距在1~10mm的并呈周期性变化的几何形状误差属于表面波度(中间几何形状误差);波距大于10mm的并无明显周期性变化的为表面几何形状误差(宏观几何形状误差)。表面粗糙度对零件的使用性能有着重要的影响,尤其对在高温、高速、高压条件下的机器(仪器)零件影响更大。它主要影响零件的摩擦磨损、配合性质、抗疲劳强度和密封性等。
(1)表面粗糙度对摩擦和磨损的影响表面越粗糙,配合表面间的有效接触面积减少,使单位面积承受的压力加大,零件相对运动时,就会加剧表面磨损,一般地说,表面越粗糙,则摩擦阻力越大,零件的磨损也越快。
(2)表面粗糙度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,表面粗糙度都会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合,配合表面经跑合被磨损后,扩大了实际间隙,改变了配合性质;对于过盈配合,由于在压入装配时,把微观凸峰挤平,减小了实际有效过盈,因此降低了零件间的连接强度。
(3)表面粗糙度对疲劳强度的影响零件表面粗糙度越大,表面微小不平度的凹痕就越深,其底部圆弧半径愈小,对应力集中的敏感性愈大。在谷底产生的应力,较之作用在光滑表面层的平均应力要大到05~15倍。在交变载荷作用下,零件的疲劳强度就会降低。因此,降低表面粗糙度的允许值,可提高零件的疲劳强度。
(4)表面粗糙度对抗腐蚀的影响金属腐蚀是由于化学过程或电化学过程所引起的,如钢、铁生锈,铜生铜绿,皆因腐蚀作用所致。零件表面越粗糙,则积累在零件表面上的腐蚀性气体和液体也越多,腐蚀作用就越厉害,因为这些腐蚀物质容易凝集在波谷底部,腐蚀作用将从凹谷底部深入到金属内部去,凹谷深度愈大,底部角度愈小,腐蚀就愈厉害。随着时间的推移,因腐蚀而产生的裂缝将使零件发生突然的破坏,产生严重的后果。在承受变动负荷的情况下,腐蚀作用对疲劳强度的影响更为明显。改善表面粗糙度,对于在腐蚀性大的环境中工作的零件有着重要的作用。
(5)表面粗糙度对结合密封性的影响当两个表面接触时,由于粗糙度的存在,只在局部点上接触,中间缝隙影响密封性。降低表面粗糙度的允许值,可提高零件的密封性。
此外,表面粗糙度对零件外形的美观、测量精度等都有显著的影响。
因此,表面粗糙度在零件几何精度设计中是必不可少的,作为零件质量评定指标是十分重要的。为了适应生产技术的发展,有利于国际间的技术交流及对外贸易,我国参照国际标准(ISO标准),对原表面粗糙度国家标准GB 1031—1983、GB 131—1983、GB/T 3505—1983等作了修订。
表面粗糙度国家标准由GB/T3505—2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数》、GB/T1031—2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》、GB/T 131—2006《产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中表面结构的表示法》构成。

