一文全懂——表面粗糙度全方位讲解

张麻子

表面粗糙度的概念

表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），它属于微观几何形状误差。具体指微小峰谷Z高低程度和间距S状况。一般按S分：S＜1mm 为表面粗糙度；1≤S≤10mm为波纹度；S＞10mm为 f 形状。

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VDI3400、Ra、Rmax对照表

国家标准规定常用三个指标来评定表面粗糙度（单位为μm）：

轮廓的平均算术偏差Ra不平度平均高度Rz最大高度Ry在实际生产中多用Ra指标。轮廓的最大微观高度偏差Ry在日本等国常用Rmax符号来表示，欧美常用VDI指标。下面为VDI3400、Ra、Rmax对照表。

VDI3400、Ra、Rmax对照表

表面粗糙度形成因素

表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动、电加工的放电凹坑等。由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。

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表面粗糙度对零件的主要影响

影响耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，摩擦阻力越大，磨损就越快。影响配合的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了连接强度。影响疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。影响耐腐蚀性。粗糙的零件表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。影响密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。影响接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。影响测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。
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表面粗糙度评定依据

1. 取样长度取样长度是评定表面粗糙度规定一段基准线长度。应根据零件实际表面的形成情况及纹理特征，选取能反映表面粗糙度特征的那一段长度，量取取样长度时应根据实际表面轮廓的总的走向进行。规定和选择取样长度是为了限制和减弱表面波纹度和形状误差对表面粗糙度的测量结果的影响。2. 评定长度评定长度是评定轮廓所必须的一段长度，它可包括一个或几个取样长度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取几个取样长度来评定表面粗糙度。评定长度一般包含5个取样长度。3. 基准线基准线是用以评定表面粗糙度参数的轮廓中线 。基准线有两种：轮廓的最小二乘中线：在取样长度内，轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和为最小，具有几何轮廓形状。轮廓的算术平均中线：在取样长度内，中线上下两边轮廓的面积相等。理论上最小二乘中线是理想的基准线，但在实际应用中很难获得，因此一般用轮廓的算术平均中线代替，且测量时可用一根位置近似的直线代替。

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表面粗糙度评定参数

1. 高度特征参数

Ra 轮廓算术平均偏差：在取样长度（lr）内轮廓偏距绝对值的算术平均值。在实际测量中，测量点的数目越多，Ra越准确。

Rz 轮廓最大高度：轮廓峰顶线和谷底线之间的距离。

在幅度参数常用范围内优先选用Ra 。在2006年以前国家标准中还有一个评定参数为“微观不平度十点高度”用Rz表示，轮廓最大高度用Ry表示，在2006年以后国家标准中取消了微观不平度十点高度，采用Rz表示轮廓最大高度。

2. 间距特征参数

Rsm 轮廓单元的平均宽度。在取样长度内，轮廓微观不平度间距的平均值。微观不平度间距是指轮廓峰和相邻的轮廓谷在中线上的一段长度。相同的Ra值的情况下，其Rsm值不一定相同，因此反映出来的纹理也会不相同，重视纹理的表面通常会关注Ra与Rsm这两个指标。Rmr 形状特征参数用轮廓支承长度率表示，是轮廓支撑长度与取样长度的比值。轮廓支承长度是取样长度内，平行于中线且与轮廓峰顶线相距为c的直线与轮廓相截所得到的各段截线长度之和。

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表面粗糙度测量方法

1. 比较法使用于车间现场测量，常用于中等或较粗糙表面的测量。方法是将被测量表面与标有一定数值的粗糙度样板比较来确定被测表面粗糙度数值的方法。2. 触针法表面粗糙度利用针尖曲率半径为2μm左右的金刚石触针沿被测表面缓慢滑行，金刚石触针的上下位移量由电学式长度传感器转换为电信号，经放大、滤波、计算后由显示仪表指示出表面粗糙度数值，也可用记录器记录被测截面轮廓曲线。一般将仅能显示表面粗糙度数值的测量工具称为表面粗糙度测量仪，同时能记录表面轮廓曲线的称为表面粗糙度轮廓仪。这两种测量工具都有电子计算电路或电子计算机，它能自动计算出轮廓算术平均偏差Ra，微观不平度十点高度Rz，轮廓最大高度Ry和其他多种评定参数，测量效率高，适用于测量Ra为0.025～6.3μm的表面粗糙度。

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