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表面粗糙度及檢測(cè)
用任何方法獲得的零件表面，都不會(huì)的光滑平整，總會(huì)存在著由較小間距的峰和谷組成的微觀高低不平。這種加工表面上具有的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度。它主要是在加工過程中，由于刀具切削后留下的刀痕、切屑分離時(shí)的塑性變形、工藝系統(tǒng)中存在高頻振動(dòng)及刀具和零件表面之間的磨擦等原因所形成的。表面粗糙度對(duì)零件的功能要求、使用壽命、可靠性及美觀程度均有直接的影響。為了正確地測(cè)量和評(píng)定零件表面粗糙度，自從1956年頒布了1個(gè)表面光潔度標(biāo)準(zhǔn)JB 50-56以來，我國對(duì)表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)行了多次修訂，現(xiàn)在實(shí)施的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T3505-2000《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面結(jié)構(gòu) 輪廓法表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語、定義及參數(shù)》（代替GB/T3505-2000）、GB/T1031-2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》（代替GB/T 1031-1995）、GB/T 10610-2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 評(píng)定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》（代替GB/T 10610-1998）、GB/T131-2006《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法》（代替GB/T 131-1993《機(jī)械制圖 表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及其注法》）、GB/T 6062-2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 接觸（觸針）式儀器的標(biāo)稱特性》（代替GB/T 6062-2002）。本章將對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容進(jìn)行介紹。
一、表面粗糙度輪廓的界定
物體與周圍介質(zhì)分離的表面稱為實(shí)際表面。為了研究零件的表面結(jié)構(gòu)，通常用垂直于零件實(shí)際表面的平面與該零件實(shí)際表面相交所得到的輪廓作為評(píng)估對(duì)象。該輪廓稱為表面輪廓，它是一條輪廓曲線，如圖6.1所示。
圖6.1零件的實(shí)際表面與表面輪廓
加工以后形成的零件的實(shí)際表面一般處于非理想狀態(tài)，其截面輪廓形狀是復(fù)雜的，同時(shí)存在各種幾何形狀誤差。一般說來加工后零件的實(shí)際輪廓總是包含著表面粗糙度輪廓、波紋度輪廓和宏觀形狀輪廓等構(gòu)成的幾何誤差，它們疊加在同一表面上，如圖6.2所示。
表面形狀誤差、表面粗糙度、表面波紋度之間的界定，通常按表面輪廓上相鄰兩波峰或波谷之間的距離，即按波距的大小來劃分，或按波距與峰谷高度的比值來劃分。一般來說，波距小于1mm，大體呈周期性變化的屬于表面粗糙度范圍；波距在1～10 mm之間呈周期性變化的屬于表面波紋度范圍；波距大于10 mm的屬于表面宏觀形狀誤差范圍。
圖6.2 零件表面輪廓的組成（λ—波長）
二、 表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響
零件表面粗糙度越小，則表面越光滑。表面粗糙度的大小對(duì)零件的使用性能和使用壽命有很大影響，尤其對(duì)高溫、高速、高壓條件下工作的機(jī)械零件其影響更大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（一）對(duì)耐磨性的影響
具有微觀幾何形狀誤差的兩個(gè)表面只能在輪廓峰頂處接觸，一般來說，相互運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)零件表面越粗糙，兩配合表面之間的實(shí)際有效接觸面積就越小，導(dǎo)致單位面積上壓力增大，表面磨損加??；表面越粗糙，摩擦系數(shù)就越大，摩擦阻力越大，因摩擦而消耗的能量也越大，零件的磨損也越快。因此降低零件表面粗糙度，可以減少摩擦損失，提高傳動(dòng)效率，延長機(jī)器的使用壽命。但是，如果表面粗糙度值要求過小，零件的表面過于光滑，一方面會(huì)增加制造成本，另一方面由于配合表面過于光潔，加大了接觸表面金屬分子間的吸附力，且不利于潤滑油的儲(chǔ)存，容易使相互配合的工作面間形成半干摩擦甚至干摩擦，反而使摩擦系數(shù)增大，使金屬接觸面產(chǎn)生膠合磨損而損壞。
（二）對(duì)配合性質(zhì)穩(wěn)定性的影響
對(duì)于有配合要求的零件表面，表面上的微小波峰被去掉后，它們的配合性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于間隙配合，在零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中配合表面上的微小峰被磨去，使間隙增大，因而影響或改變?cè)O(shè)計(jì)的配合性質(zhì)。配合間隙的尺寸越小，這種影響就越嚴(yán)重。對(duì)于過盈配合，裝配時(shí)配合表面上的微小波峰將被擠平而使實(shí)際有效過盈量減小，從而降低了零件的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度；對(duì)于過渡配合，零件會(huì)在使用和拆裝過程中發(fā)生磨損，使配合變松，降低了定位和導(dǎo)向的精度。上述微觀凸峰被磨損或被擠平的現(xiàn)象，對(duì)那些配合穩(wěn)定性要求較高、配合間隙過盈量較小以及高速重載機(jī)械影響更顯著。
（三）對(duì)耐疲勞性的影響
零件表面越粗糙，表面微小不平度凹痕越深，其根部曲率半徑越小，對(duì)應(yīng)力集中越敏感，特別是在交變應(yīng)力的作用下，影響更大，往往在零件表面輪廓的微小谷底處產(chǎn)生疲勞裂紋而使零件失效，所以，對(duì)于承受交變載荷、重載荷及高速工作條件下的零件，提高其表面質(zhì)量，降低粗糙度值，可提高其疲勞強(qiáng)度。
（四）對(duì)抗腐蝕性的影響
由于腐蝕性氣體或液體容易積存在波谷底部，并通過表面的微觀凹谷向零件表層滲透。零件表面越粗糙，凹谷越深，則集聚在零件表面上的腐蝕性物質(zhì)也越多，腐蝕作用就越嚴(yán)重。因此，減小零件的表面粗糙度值可以增強(qiáng)其抗腐蝕的能力。
（五）對(duì)密封性的影響
靜力密封時(shí)，粗糙的零件表面之間無法嚴(yán)密地貼合，容易使氣體或液體通過接觸面間的微小縫隙發(fā)生滲漏；對(duì)于動(dòng)力密封，其配合面的表面粗糙度參數(shù)值也不能過低，否則受壓會(huì)破壞油膜，從而失去潤滑作用。
表面粗糙度對(duì)零件性能的影響遠(yuǎn)不止以上幾個(gè)方面，如對(duì)零件的表面鍍涂層、接觸剛度、沖擊強(qiáng)度、流體流動(dòng)阻力、導(dǎo)體表面電流的流通、產(chǎn)品的測(cè)量精度及外觀質(zhì)量等都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。
綜上所述，為了保證零件的使用性能和壽命，在進(jìn)行幾何精度設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)零件表面粗糙度輪廓提出合理的技術(shù)要求，這是零件精度設(shè)計(jì)中*的項(xiàng)目，也是評(píng)定零件表面質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。