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表面粗糙度的选择
所属分类：显微镜百科 点击次数：2357 发布日期：2022-06-06
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选择原则是在满足零件表面使用功能要求的前提下，尽可能考虑加工工艺的可能性、经济性、检测的方便性及仪器设备条件等因素。选择的方法有计算法、试验法和类比法，常用的方法是类比法。
一、评定参数的选择
在标准《GB/T1031-2009表面粗糙度参数及其数值》中规定了评定表面粗糙度的参数及其数值和规定表面粗糙度时的一般规定。标准中给出了、、RSm、Rmr（c）等参数。在表面粗糙度的评定参数中，、两个高度幅度特征参数为基本参数，RSm、Rmr（c）为附加参数。这些参数分别从不同角度反映了零件的表面形貌特征，但都存在着不同程度的不完整性。因此，在具体选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结构特点以及测量的条件等情况，适当选用一个或几个作为评定参数。
（一）基本参数（、）的选择
幅度参数是标准规定的基本参数，可以独立选用，如零件无特殊要求，一般仅选用幅度参数。幅度参数的选用原则如下：
1.在常用的幅度参数值范围内（＝0.025～6.3 μm，＝0.1～25 μm）范围内，标准推荐优先选用。
在评定参数中，最常用的是。参数概念直观，其值反映表面粗糙度轮廓特性的信息量大，能够最完整、最全面地表征零件表面轮廓的微小峰谷特征，通常采用电动轮廓仪测量，电动轮廓仪的测量范围为0.02～8 μm。在该范围内用触针式轮廓仪测量值比较容易，便于进行数值处理。因此，对于光滑表面和半光滑表面，表面有耐磨性要求时，普遍采用作为评定参数。但因受触针式轮廓仪功能的限制，不宜作过于粗糙或过于光滑表面的评定参数。当表面粗糙度要求特别高或特别低时不宜采用。
2.对于＞6.3 μm和Ra＜0.025 μm范围内的零件表面，多采用。
在此参数范围内，零件表面过于粗糙度或过于光滑，不便采用触针式轮廓仪测量， 此时选用，便于用测量的仪器进行测量。通常用光学仪器（光切显微镜和干涉显微镜）测量，测量范围为0.1～60 μm，但由于测量点有限，反映出的表面轮廓信息不如全面，有一定局限性。
3.当零件表面不允许有较深加工痕迹，防止应力集中，要求保证零件的抗疲劳强度和密封性时，需选或同时选用和。
4.当被测表面面积太小，难以取得一个规定的取样长度，不适宜采用评定时，也常选用作为评定参数。
5.零件材料较软时，不能选用，因为值常采用针描法进行测量，针描法用于测量软材料，可能会划伤被测表面，而且也会影响测量结果的准确性。
（二）附加参数（、）的选择
标准规定，幅度参数是参数，是必须标注的参数，只有对于少数零件的重要表面有特殊使用要求时才选用附加参数。幅度参数的附加参数包括轮廓单元的平均宽度RSm、（间距参数）和轮廓支承长度率Rmr（c）（混合参数），其中，前者是反映间距特性的参数，主要用于密封性、外观质量要求较高的表面；后者是反映形状特性的参数，主要用于接触刚度或耐磨性要求较高的表面。以下情况可以考虑选择附加参数：
1．对于密封性要求高的表面，可以规定RSm。
2.当表面要求承受交变应力时，可以选用和RSm。
3.当表面着重要求外观质量和可漆性（如喷涂均匀，涂层有极好的附着性和光洁性等）时，可选用和RSm。例如，汽车外形钢板除要控制幅度参数外，还需进一步控制RSm，以提高钢板的可漆性。
4.要求冲压成形后抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等情况下也可选用RSm。
5.当要求轮廓实际接触面积大、接触刚度较高或耐磨性好时可以选用、和Rmr（c）。
二、表面粗糙度参数值的选择
（一）表面粗糙度参数值
表面粗糙度参数允许值应按标准GB/T1031-2009《表面粗糙度参数及其数值》规定的参数值系列选取。轮廓算术平均偏差Ra、轮廓更大高度Rz、轮廓单元平均宽度RSm、轮廓支承长度率Rmr（c）的参数值系列分别见表6.2~表6.5。
注：选用轮廓支承长度率Rmr（c）时，应同时给出轮廓截面高度c值。c值可用微米或Rz的百分数表示，Rz的百分数系列如下：5％，10％，15％，20％，25％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％。
根据表面功能和生产的经济合理性，当选用表6.2～6.4系列值不能满足要求时，可选取补充系列值，补充系列值见GB/T1031-2009附录A。
（二）表面粗糙度参数值的选择
对于表面粗糙度轮廓的技术要求，通常只给出幅度参数 （Ra或Rz）及允许值，附加参数RSm、Rmr（c）仅用于少数零件的重要表面，而其他要求常采用默认的标准化值，所以这里只讨论表面粗糙度轮廓幅度参数Ra、Rz值的选用原则。
表面粗糙度参数值选择得合理与否，直接关系到机器的使用性能、使用寿命和制造成本。一般来说，表面粗糙度值越小，零件的工作性能越好，使用寿命也越长。但绝不能认为表面粗糙度值越小越好。因为表面粗糙度值越小，零件的加工越困难，加工成本也越高，而且对某些情况而言，表面粗糙度参数值过小，反而会影响使用性能。所以应综合考虑零件的功能要求和制造成本，合理选择表面粗糙度的参数值。总的选择原则是：在满足零件功能要求的前提下，尽量选用较大的参数允许值，以降低加工成本。在实际应用中，通常采用类比法初步确定表面粗糙度值，然后再对比工作条件做适当调整。调整时应考虑以下原则：
1.同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参数值。尺寸精度高的部位，其粗糙度参数值应比尺寸精度低的部位小。
2.摩擦表面的粗糙度参数值比非摩擦表面小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小。其相对速度愈高，单位面积压力愈大，粗糙度参数值值应愈小。
3. 受循环载荷作用的重要零件的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽、台肩等），其表面粗糙度参数值应较小。
4.要求配合性质稳定可靠时，其配合表面的糙度参数值应较小。特别是小间隙的间隙配合和承受重载荷、要求联接强度高的过盈配合，其配合表面的糙度参数值应小一些。一般情况下，间隙配合比过盈配合的糙度参数值要小。配合性质相同，零件尺寸越小，表面粗糙度参数值应越小；表面粗糙度与配合间隙或过盈的关系可参考表6.6。
表6.6表面粗糙度与配合间隙或过盈的关系
5.同一精度等级其他条件相同时，小尺寸表面比大尺寸表面的粗糙度参数值要小，轴表面比孔表面的粗糙度参数值要小。
6.要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面，其粗糙度参数值应较小。
7.凡有标准对零件的表面粗糙度参数值作出具体规定的，则应按标准的规定确定粗糙度参数值，如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度。
8.表面粗糙度参数值应与尺寸公差及几何公差相协调。通常情况下，尺寸公差和几何公差值越小，表面粗糙度的Ra或Rz值应越小。一般应符合：尺寸公差＞形位公差＞表面粗糙度。在正常工艺条件下，表面粗糙度Ra、Rz与尺寸公差T和形状公差t的对应关系参见表6.7。
但是尺寸公差、形状公差、表面粗糙度之间并不存在确定的函数关系。有些零件尺寸精度和几何精度要求不高，但表面粗糙度参数值却要求很小。例如，为了避免应力集中，提高抗疲劳强度，对某些非配合轴颈表面和转接圆处，应要求较小的表面粗糙度。又如，某些装饰表面和工作时与人们肉体相接触的表面（如仪表框、操作手轮或手柄、手术工具等），也应规定较小的粗糙度参数值。
表6.7 表面粗糙度与尺寸公差和形状公差的关系
表6.8列出了表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例，供类比法选择时参考。
表6.8 表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例
三、规定表面粗糙度要求的一般规则
1.为保证零件的表面质量，可按功能需要规定表面粗糙度参数值，否则，可不规定其参数值，也不需要检查。
2.在规定表面粗糙度要求时，应给出表面粗糙度参数值和测定时的取样长度值两项基本要求，必要时也可规定表面纹理、加工方法或加工顺序和不同区域的粗糙度等附加要求。
3.表面粗糙度各参数的数值应在垂直于基准面的各截面上获得。对给定的表面，如截面方向与高度参数（Ra、Rz）更大值的方向一致，则可不规定测量截面的方向，否则应在图样上标出。
4.表面粗糙度要求不适用于表面缺陷，在评定过程中，不应把表面缺陷（如沟槽、气孔、划痕等）包含进去。必要时，应单独规定表面缺陷的要求。
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一、评定参数的选择
在标准《GB/T1031-2009表面粗糙度参数及其数值》中规定了评定表面粗糙度的参数及其数值和规定表面粗糙度时的一般规定。标准中给出了、、RSm、Rmr（c）等参数。在表面粗糙度的评定参数中，、两个高度幅度特征参数为基本参数，RSm、Rmr（c）为附加参数。这些参数分别从不同角度反映了零件的表面形貌特征，但都存在着不同程度的不完整性。因此，在具体选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结构特点以及测量的条件等情况，适当选用一个或几个作为评定参数。
（一）基本参数（、）的选择
幅度参数是标准规定的基本参数，可以独立选用，如零件无特殊要求，一般仅选用幅度参数。幅度参数的选用原则如下：
1.在常用的幅度参数值范围内（＝0.025～6.3 μm，＝0.1～25 μm）范围内，标准推荐优先选用。
在评定参数中，最常用的是。参数概念直观，其值反映表面粗糙度轮廓特性的信息量大，能够最完整、最全面地表征零件表面轮廓的微小峰谷特征，通常采用电动轮廓仪测量，电动轮廓仪的测量范围为0.02～8 μm。在该范围内用触针式轮廓仪测量值比较容易，便于进行数值处理。因此，对于光滑表面和半光滑表面，表面有耐磨性要求时，普遍采用作为评定参数。但因受触针式轮廓仪功能的限制，不宜作过于粗糙或过于光滑表面的评定参数。当表面粗糙度要求特别高或特别低时不宜采用。
2.对于＞6.3 μm和Ra＜0.025 μm范围内的零件表面，多采用。
在此参数范围内，零件表面过于粗糙度或过于光滑，不便采用触针式轮廓仪测量， 此时选用，便于用测量的仪器进行测量。通常用光学仪器（光切显微镜和干涉显微镜）测量，测量范围为0.1～60 μm，但由于测量点有限，反映出的表面轮廓信息不如全面，有一定局限性。
3.当零件表面不允许有较深加工痕迹，防止应力集中，要求保证零件的抗疲劳强度和密封性时，需选或同时选用和。
4.当被测表面面积太小，难以取得一个规定的取样长度，不适宜采用评定时，也常选用作为评定参数。
5.零件材料较软时，不能选用，因为值常采用针描法进行测量，针描法用于测量软材料，可能会划伤被测表面，而且也会影响测量结果的准确性。
（二）附加参数（、）的选择
标准规定，幅度参数是参数，是必须标注的参数，只有对于少数零件的重要表面有特殊使用要求时才选用附加参数。幅度参数的附加参数包括轮廓单元的平均宽度RSm、（间距参数）和轮廓支承长度率Rmr（c）（混合参数），其中，前者是反映间距特性的参数，主要用于密封性、外观质量要求较高的表面；后者是反映形状特性的参数，主要用于接触刚度或耐磨性要求较高的表面。以下情况可以考虑选择附加参数：
1．对于密封性要求高的表面，可以规定RSm。
2.当表面要求承受交变应力时，可以选用和RSm。
3.当表面着重要求外观质量和可漆性（如喷涂均匀，涂层有极好的附着性和光洁性等）时，可选用和RSm。例如，汽车外形钢板除要控制幅度参数外，还需进一步控制RSm，以提高钢板的可漆性。
4.要求冲压成形后抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等情况下也可选用RSm。
5.当要求轮廓实际接触面积大、接触刚度较高或耐磨性好时可以选用、和Rmr（c）。
二、表面粗糙度参数值的选择
（一）表面粗糙度参数值
表面粗糙度参数允许值应按标准GB/T1031-2009《表面粗糙度参数及其数值》规定的参数值系列选取。轮廓算术平均偏差Ra、轮廓更大高度Rz、轮廓单元平均宽度RSm、轮廓支承长度率Rmr（c）的参数值系列分别见表6.2~表6.5。
表6.2轮廓算术平均偏差Ra的数值 摘自GB/T1031-2009
| 0.012 0.025 0.05 0.1 |
0.2 0.4 0.8 1.6 |
3.2 6.3 12.5 25 |
50 100 |
表6.3轮廓更大高度Rz的数值 摘自GB/T1031-2009
| 0.025 0.05 0.1 0.2 |
0.4 0.8 1.6 3.2 |
6.3 12.5 25 50 |
100 200 400 800 |
1600 |
表6.4轮廓单元平均宽度RSm的数值 摘自GB/T1031-2009
| 0.006 0.0125 0.025 0.05 |
0.1 0.2 0.4 0.8 |
1.6 3.2 6.3 12.5 |
表6.5轮廓支承长度率Rmr（c）的数值 摘自GB/T1031-2009
| /% | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
根据表面功能和生产的经济合理性，当选用表6.2～6.4系列值不能满足要求时，可选取补充系列值，补充系列值见GB/T1031-2009附录A。
（二）表面粗糙度参数值的选择
对于表面粗糙度轮廓的技术要求，通常只给出幅度参数 （Ra或Rz）及允许值，附加参数RSm、Rmr（c）仅用于少数零件的重要表面，而其他要求常采用默认的标准化值，所以这里只讨论表面粗糙度轮廓幅度参数Ra、Rz值的选用原则。
表面粗糙度参数值选择得合理与否，直接关系到机器的使用性能、使用寿命和制造成本。一般来说，表面粗糙度值越小，零件的工作性能越好，使用寿命也越长。但绝不能认为表面粗糙度值越小越好。因为表面粗糙度值越小，零件的加工越困难，加工成本也越高，而且对某些情况而言，表面粗糙度参数值过小，反而会影响使用性能。所以应综合考虑零件的功能要求和制造成本，合理选择表面粗糙度的参数值。总的选择原则是：在满足零件功能要求的前提下，尽量选用较大的参数允许值，以降低加工成本。在实际应用中，通常采用类比法初步确定表面粗糙度值，然后再对比工作条件做适当调整。调整时应考虑以下原则：
1.同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参数值。尺寸精度高的部位，其粗糙度参数值应比尺寸精度低的部位小。
2.摩擦表面的粗糙度参数值比非摩擦表面小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小。其相对速度愈高，单位面积压力愈大，粗糙度参数值值应愈小。
3. 受循环载荷作用的重要零件的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽、台肩等），其表面粗糙度参数值应较小。
4.要求配合性质稳定可靠时，其配合表面的糙度参数值应较小。特别是小间隙的间隙配合和承受重载荷、要求联接强度高的过盈配合，其配合表面的糙度参数值应小一些。一般情况下，间隙配合比过盈配合的糙度参数值要小。配合性质相同，零件尺寸越小，表面粗糙度参数值应越小；表面粗糙度与配合间隙或过盈的关系可参考表6.6。
表6.6表面粗糙度与配合间隙或过盈的关系
| 间隙或过盈量/μm | 表面粗糙度Ra/μm | |
| 轴 | 孔 | |
| ≤2.5 | 0.1~0.2 | 0.2~0.4 |
| ＞2.5~4 | 0.2~0.4 | 0.4~0.8 |
| ＞4~6.5 | 0.8~1.6 | |
| ＞6.5~10 | 0.4~0.8 | 1.6~3.2 |
| ＞10~16 | 0.8~1.6 | |
| ＞16~25 | ||
| ＞25~40 | 1.6~3.2 | 3.2~6.3 |
6.要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面，其粗糙度参数值应较小。
7.凡有标准对零件的表面粗糙度参数值作出具体规定的，则应按标准的规定确定粗糙度参数值，如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度。
8.表面粗糙度参数值应与尺寸公差及几何公差相协调。通常情况下，尺寸公差和几何公差值越小，表面粗糙度的Ra或Rz值应越小。一般应符合：尺寸公差＞形位公差＞表面粗糙度。在正常工艺条件下，表面粗糙度Ra、Rz与尺寸公差T和形状公差t的对应关系参见表6.7。
但是尺寸公差、形状公差、表面粗糙度之间并不存在确定的函数关系。有些零件尺寸精度和几何精度要求不高，但表面粗糙度参数值却要求很小。例如，为了避免应力集中，提高抗疲劳强度，对某些非配合轴颈表面和转接圆处，应要求较小的表面粗糙度。又如，某些装饰表面和工作时与人们肉体相接触的表面（如仪表框、操作手轮或手柄、手术工具等），也应规定较小的粗糙度参数值。
表6.7 表面粗糙度与尺寸公差和形状公差的关系
| 形状公差与尺寸公差的关系 | Ra与T的关系 | Rz与T的关系 |
| t ≈0.6T | Ra≤0.05T | Rz≤0.2T |
| t ≈0.4T | Ra≤0.025T | Rz≤0.1T |
| t ≈0.25T | Ra≤0.012T | Rz≤0.05T |
| t＜0.25T | Ra≤0.15T | Rz≤0.6T |
表6.8 表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例
| Ra/µm | Rz/µm | 表面形状特征 | 加工方法 | 应用举例 | |
| ＞20～40 | ＞80～160 | 粗糙 | 可见刀痕 | 粗车、粗刨、粗铣、钻、毛锉、锯断 | 粗加工表面，非配合的加工表面，如轴端面、倒角、钻孔、齿轮和带轮侧面、键槽底面、垫圈接触面等 |
| ＞10～20 | ＞40～80 | 微见刀痕 | |||
| ＞5～10 | ＞20～40 | 半光 | 可见加工痕迹 | 车、刨、铣、钻、镗、粗铰 | 轴上不安装轴承、齿轮处的非配合表面，紧固件的自由装配表面，轴和孔的退刀槽等 |
| ＞2.5～5 | ＞10～20 | 微见加工痕迹 | 车、刨、铣、镗、磨、拉、粗刮、滚压 | 半精加工面，支架，箱体，盖面、套筒等和其他零件连接而无配合要求的表面，需要发蓝的表面等 | |
| ＞1.25～2.5 | ＞6.3～10 | 看不清加工痕迹 | 车、刨、铣、镗、磨、拉、刮、铣齿 | 接近于精加工表面，箱体上安装轴承的镗孔表面、齿轮齿工作面等 | |
| ＞0.63～1.25 | ＞3.2～6.3 | 光 | 可辨加工痕迹的方向 | 车、镗、磨、拉、刮、精铰、磨齿、滚压 | 圆柱销、圆锥销，与滚动轴承配合的表面，普通车床导轨表面，内、外花键定心表面、齿轮齿面等 |
| ＞0.32～0.63 | ＞1.6～3.2 | 微辨加工痕迹的方向 | 精镗、磨、刮、精铰、滚压 | 要求配合性质稳定的配合表面，工作时承受交变应力的重要表面，较高精度车床导轨表面、高精度齿轮齿面等 | |
| ＞0.16～0.32 | ＞0.8～1.6 | 不可辨加工痕迹的方向 | 精磨、珩磨、研磨、超精加工 | 精密机床主轴圆锥孔、圆锥面，发动机曲轴轴颈和凸轮轴的凸轮工作表面，高精度齿轮齿面等 | |
| ＞0.08～0.16 | ＞0.4～0.8 | 极光 | 暗光泽面 | 精磨、研磨、普通抛光 | 精密机床主轴轴颈表面，一般量规工作表面，气缸套内表面，活塞销表面等 |
| ＞0.04～0.08 | ＞0.2～0.4 | 亮光泽面 | 超精磨、精抛光、镜面磨削 | 精密机床主轴轴颈表面，滚动轴承滚珠表面，高压液压泵中柱塞和柱塞孔的配合表面等 | |
| ＞0.01～0.04 | ＞0.05～0.2 | 镜状光泽面 | 特别精密的滚动轴承套圈滚道、钢球及滚子表面，高压油泵中的柱塞和柱塞套的配合表面，保证高度气密的结合表面等 | ||
| ≤0.01 | ≤0.05 | 镜面 | 镜面磨削、超精研 | 高精度量仪、量块的测量面，光学仪器中的金属镜面等 | |
1.为保证零件的表面质量，可按功能需要规定表面粗糙度参数值，否则，可不规定其参数值，也不需要检查。
2.在规定表面粗糙度要求时，应给出表面粗糙度参数值和测定时的取样长度值两项基本要求，必要时也可规定表面纹理、加工方法或加工顺序和不同区域的粗糙度等附加要求。
3.表面粗糙度各参数的数值应在垂直于基准面的各截面上获得。对给定的表面，如截面方向与高度参数（Ra、Rz）更大值的方向一致，则可不规定测量截面的方向，否则应在图样上标出。
4.表面粗糙度要求不适用于表面缺陷，在评定过程中，不应把表面缺陷（如沟槽、气孔、划痕等）包含进去。必要时，应单独规定表面缺陷的要求。
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