表面粗糙度基础知识

表面粗糙度基础知识表面粗糙度是机械加工中评定零件表面质量的一个重要指标，它 在一定程度上反映了零件的加工质量。它对零件的配合性质、耐磨性、 抗腐蚀性、密封性、接触刚度与抗疲劳能力都有影响。Roughness, an important index of surface quality of component, reflects the machining quality of component and affects the fitting property, wearability, anti-corrosion, tightness, rigidity and anti-fatigue capability of component.零件的表面过于粗糙，会造成接触刚度降低、耐磨性差、疲劳强 度和耐蚀性下降，配合性质改变：相对运动件的表面粗糙度过细，不 易储存润滑油，加重磨损，同时过细的表面还将大大提髙制造成本。 为了反映零件使用性能要求，对零件表面可以采用一个或几个表面粗 糙度评定参数。如下图所示：图 1： 21-13 轴1表面粗糙度的定义和评定参数 Definition and parameter of roughness表面粗糙度是指加工表面上具有的较小的间距和峰谷所组成的微观几何特性。一般由所采用的加工方法和其他因素形成o Caused by machining and other factors.表面粗糙度的评定参数：轮廓算数平均偏差Ra,微观不平度十点 髙度Rz,轮廓最大髙度Ryo表1：术语与定义Table 1: terms and definitionTerm轮廓算数平均偏差Ra微观不平度十点咼度Rz轮廓最大高度RyDefinition在取样长度内轮廓绝对值的算术平均值在取样长度内5个最大的轮廓峰值与5个最小的轮廓谷深的平均值之和在取样长度轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离DiagramARz=+Remarksi / 1111 2表面粗糙度的基本符号与含义2.1 基本符号basic sign表示表面可用任何方法获得，当不加注粗糙度数值或有关说明 (如表面处理、局部热处理)时，仅适用简化代号标注。This sign means that the roughness can be finished by any manufacturing method, while without value or specification (eg. surface treatment, local heat treatment), only basic sign can be used.2.2 其他符号 other signs在基本符号的基础上添加线条可使表面粗糙度符号的表达含义更加完备，如下表所示：Basic signs with lines added means roughness with specification, asfollowing:表1：表面粗糙度符号与含义table 1: Signs and meaningsS/NSignMeaningRemarks1表示表面用去除材料的方法获 得，如车、铣、钻、剪切、抛光、 电火花、气割、腐蚀等。Remove the material on the surface of component by turning, milling, drilling, shearing, polishing, EDM, gas cutting, corrosion, etc.2表示表面用不去除材料的方法 获得，如铸造、锻造、冲压变形、 热轧、冷轧、粉末冶金等方法， 或表示保持原供应状态的表面Without material removal of component, such as castings, forging, punching, hot-rolling, cold-rolling, powder metallurgy, or the supplied condition to be maintained.3用于标注相关的参数和说明Mark relative parameters andspecifications4/ / /表示所有表面具有相同的表面 粗糙度要求All surfaces with same roughness requirements2.3 标注参数说明 specification of parameter表面粗糙度的参数标注如 marking parameter as following:n b其中：al,a2:表面粗糙度髙度参数代号与数值b:加工要求,如镀覆、涂覆、表面处理与其他说明c:取样长度或波纹度d:加工纹理方向e:加工余量f：粗糙度间距参数值或轮廓支承长度率Where: al, a2 representb represents machining requirements ,such as plating, coating,surface treatment and other specification.c represents sampling length and waviness d represents machining grain direction e represents machining allowance f3表面粗糙度与尺寸公差等级的关系 ROUGHNESS &TOLERANCE GRADE零件的表面粗糙度与尺寸公差等级随着尺寸的大小变化而相应变化，尺寸越大，零件的公差值越大，相应的表面粗糙度越低。如下 表所示：The roughness and tolerance grade of component change with itsdimension, the bigger the dimension, the bigger the tolerance, the poorer the roughness, as following:表 2 ：表面粗糙度与尺寸公差等级Table 2: roughness and tolerance grade尺寸公差等 级（IT）基本尺寸 basic dimension61010-1818303050508080120120 180180 250表面粗糙度数值Ra 不大于/um roughness not more than /om60.20.40.870.81.680.81.691.63.2101.63.26.3111.63.26.3123.26.34 表面粗糙度与加工方法的关系 ROUGHNESS &MACHINING在机械加工中，通过不同的加工方法可以达到不同的加工精度和表面粗糙度，现将常用的机械加工方法与所达到的表面粗糙度列表如 下：For machining, different machining methods get different machining accuracy and roughness; following is a table of machining method and reached roughness:表 3 ：各种加工方法所能达到的表面粗糙度Table 3: machining method and the roughness加 工方法 machining methodroughnessRa/gm备注 remarks自动气割、带锯、圆盘锯隔断50 12.5切断车 turning50 12.5铣 milling25 12.5砂轮 abrasive disc3.2 1.6车削外圆OD t .turning粗车 rough turning12.5 3.2半精车semi-finish turning金属metal6.3 3.2非金属 nonmetal3.2 1.6精车 finish turning金属metal3.2 10.8非金属 nonmetal1.6 0.4精密车或金刚石车金属metal0.8 0.2非金属 nonmetal0.4 0.1车削端面End turning粗车 rough turning12.5 6.3半精车semi-finish turning金属metal6.3 3.2非金属 nonmetal6.3 1.6精车 finish turning金属metal6.3 1.6非金属 nonmetal6.3 1.6切槽Grooving一次行程12.5二次行程6.3 3.2高速车削 High-speed turning0.8 0.2钻 Drilling网15mm6.3 3.2申15mm25 6.3扩孔Counter bore粗 finish12.5 6.3精 finish6.3 1.6锪倒角（孔）3.2 1.6锪平面6.3 3.2镗孔Hole boring粗镗 rough boring12.5 6.3半精镗semi-finish boring金属metal6.3 3.2非金属 nonmetal6.3 1.6精镗 finish boring金属metal3.2 0.8非金属 nonmetal1.6 0.4精密镗或金刚石镗金属metal0.8 0.2高速镗 High-speed boring0.5 0.2铰孔Reaming半精铰（一次铰）Semi-finish reaming钢 steel6.3 3.2黄铜brass6.3 1.6精铰Finish reaming铸铁 cast iron3.2 0.8钢、轻合金steel,1.6 0.8黄铜、青铜brass, bronze0.8 0.4圆柱铣刀铣削Cylinder millingcutter粗 rough12.5 3.2精 finish3.2 0.8端面铣刀铣削End milling cutter粗 rough12.5 3.2精 finish3.2 0.4高速铣削High-speed milling粗 rough1.6 0.8精 finish0.4 0.2刨削shaping粗 rough12.5 6.3精 finish3.2 1.6槽 的表面 groove surface6.3 3.2插 slotting粗 rough25 12.5精 finish6.3 1.6拉削H broaching精 finish1.6 0.4外圆磨半精 semi-finish6.3 0.8External grinding精 finish0.8 0.2精密 precision0.2 0.1精密、超精密 precision,super-precision0.05 0.025镜面磨削0.050平面磨Surface grinding精 finish0.8 0.4精密 precision0.2 0.05珩磨honing粗（一次加工）rough0.8 0.2精、精密 finish, precision0.2 0.025抛光 polishing精 finish0.8 0.1精密 precision0.1 0.025砂带抛光 abrasive band polishing0.2 0.1砂布抛光 abrasive cloth polishing1.6 0.1电抛光 electric polishing1.6 0.012New螺纹加工Thread machining板牙、丝锥die, tap3.2 0.8车刀或梳齿刀、铣 turning tool or broach, milling6.3 0.8磨 grinding0.8 0.2滚轧搓丝 thread rolling1.6 0.8滚丝1.6 0.2齿轮加工Gear machining切削cutting粗滚3.2 1.6精滚1.6 0.8精插 finish slotting1.6 0.8精刨 finish shaping3.2 0.8拉 broaching3.2 1.6剃0.8 0.2磨 grinding0.8 0.1研磨 lapping0.4 0.2滚轧热轧 hot rolling0.8 0.4冷轧 cold rolling0.2 0.1刮 scraping粗 rough3.2 0.8精 finish0.4 0.05滚压加工rolling0.4 0.05锉刀修锉file12.5 0.8砂轮清理abrasive disc50 6.35 影响表面粗糙度的因素与纠正措施5.1 影响表面粗糙度的因素 factors that affect the surface roughness 影响表面粗糙度的因素主要有以下几个方面：5.1.1 残留面积 residual area理论残留面积高度是由刀具相对于工件表面的运动轨迹所形成 它是影响表面粗糙度的主要因素。其髙度可以根据刀具的主偏角（kr） 副偏角（k）、刀尖圆弧半径（re）和进给量（f）计算。实际的表面 re粗糙度最大值往往髙于理论残留面积髙度。5.1.2 鳞刺 scaly burr在低速与中等速度下，用髙速钢、硬质合金与陶瓷刀片切削塑性 材料（低中碳钢、铬钢不锈钢、铝合金与纯铜）时，在已加工表面会 出现鳞片状毛刺，使表面粗糙度数值增大。鳞刺的形成与切削速度等 因素有关，也与被加工材料的性能与金相组织有。In low and medium speed, cutting plastic material （low-medium carbon steel, chromium stainless steel, aluminum alloy and fine copper） with HSS, hard alloy and ceramic insert, there will be scaly burr on the machined surface; the roughness value will be larger. The scaly burr connects with the cutting speed and property and metallographic structure of the material.5.1.3 积屑瘤当切削钢、钢合金、铝合金等塑性材料时，常会在靠近刀刃与刀 尖的前刀面上产生积屑瘤。积屑瘤的硬度很髙，在相对稳定时会代替 刀刃进行切削，积屑瘤会伸出刀刃与刀尖之外，在加工表面造成一定 的过切量，积屑瘤的形状不规则，会在加工表面刻出一些深浅不一、 宽窄不一的纵向沟纹；积屑瘤的顶部常常反复生成与分裂，一部分则 留在已加工表面上形成鳞片状毛刺，同时还会引起振动，使加工表面 质量更加恶化。5.1.4 切削过程中的变形由于切削过程中的变形，在挤裂或单元切屑的过程中，在加工表 面留下波浪形的挤裂痕迹；蹦碎切屑的形成过程中，造成加工表面的 凸凹不平；在刀刃两端的已加工表面和带加工表面处，工件材料被挤 压而产生隆起，这些均会使加工表面粗糙度进一步增大。5.1.5 刀具主、副刀刃的磨损刀具在副、后刀面上因为磨损而产生的沟槽，会在已加工表面上 形成锯齿状德突起部分，使加工表面的粗糙度数值增大。5.1.6 刀刃与工件的位置变动机床主轴回转进度不高，铬导轨面的形状误差与润滑状况不好， 材料性能不均匀，切屑的不连续性，使刀具与工件间已调整好的相对 位置，发生附加的微量变化，引起切削厚度、切削宽度或切削力的变 化，甚至会诱发自激振动，从而使表面粗糙度数值增大。5.2 改善措施5.2.1 刀具当工艺系统刚度足够的情况下，采用较大的刀尖圆弧半径，较小 的副偏角，使用长度比进给量稍大一些的副偏角为0 的修光刃，采用 较大的前角加工塑性较大的材料；提高刀具的刃磨质量，较小刀具前后刀面的粗糙度值，使其不大于R=1.25,选用与工件亲和力喜爱的刀具材料，如陶瓷或碳化钛基硬质合金切削碳素工具钢，用金刚石或陶瓷刀加工有色金属等；对刀具进行氧氮化处理（如加工20CrMo与45钢齿轮的髙速插齿刀）；限制副刀刃上的磨损量；选用细颗粒的硬质合金刀具等；5.2.2 工件 work piece应有适宜的金相组织，如低碳钢、低碳合金钢应有铁素体假低碳 马氏体、索氏体或片状珠光体，高碳钢、高合金钢应有粒状珠光体； The work piece should be with matched metallographic structure, for example, low carbon steel, low carbon alloy steel should be with ferrite and martensite, sorbite or pearlite, high carbon steel and high alloy steel should be with pearlite.加工中碳钢或中碳合金钢时，若采用较高的切削速度，应有粒状 珠光体，若用较低的切削速度，应为片状珠光体；For machining of medium carbon steel or medium carbon alloy steel, there should be pearlite in high cutting speed, while in low cutting speed, pearlite.合金元素中碳化物的分布要细而均匀；易切钢中应含有硫、铅等 元素等；The distribution of carbide in alloy element should be fine and even; the free-cutting steel should contain sulfur, lead element.对工件进行调制处理，提高硬度，降低塑性，减少铸铁中的石墨 尺寸等；Thermal refining the work piece to improve the hardness and reduce the plasticity , and cut down the dimension of graphite in casting steel.5.2.3 切削条件 cutting condition 以较高的切削速度加工塑性材料，采用切削液，提高机床的运动 精度，增强工艺系统的刚性，采用新方法加工等；Machining the plastic material at high cutting speed, adopt the cutting oil, improve the accuracy of machine, strengthen the rigidity of technical system, adopt new machining methods, etc.6 表面粗糙度的检验 inspection of surface roughness 表面粗糙度的检验方法有 6 种，在生产中常用的为两种：比较法和 针 描 法 。 There are 6 inspection methods of surface roughness, generally, following methods are applied: comparison method and stylus method.比较法是使用标准的表面粗糙度样块与工件表面相比较，用肉眼 观察或用手摸，也可用放大镜观察的一种测量方法。比较样块按车削、 铣削、钻削等不同的加工方法、加工达到的标准表面粗糙度制造。比 较样块的测量X围为Ra:800.16； Rz： 3200.80。Comparison method means compare the component with STD surface roughness gauge, and view inspection, touch or with microscope. The gauge are machined according to machining process such as turning, milling and drilling etc. and the STD roughness required. Measuring range for the gauge is Ra:800.16； Rz： 3200.80.针描法是用各种电动轮廓仪来测量表面粗糙度的。主要评定参数为轮廓算数平均值Ra。如目前常用的表面粗糙度仪。Stylus method means taking use of various of electric contour graph.Main parameter of it is Ra, for example, talysurf.