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表面粗糙度及檢測
用任何方法獲得的零件表面，都不會的光滑平整，總會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、切屑分離時的塑性變形、工藝系統(tǒng)中存在高頻振動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。為了正確地測量和評定零件表面粗糙度，自從1956年頒布了1個表面光潔度標準JB 50-56以來，我國對表面粗糙度國家標準已進行了多次修訂，現(xiàn)在實施的相關(guān)標準主要有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《機械制圖 表面粗糙度符號、代號及其注法》）、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）式儀器的標稱特性》（代替GB/T 6062-2002）。本章將對上述標準的主要內(nèi)容進行介紹。
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際表面的平面與該零件實際表面相交所得到的輪廓作為評估對象。該輪廓稱為表面輪廓，它是一條輪廓曲線，如圖6.1所示。
圖6.1零件的實際表面與表面輪廓
加工以后形成的零件的實際表面一般處于非理想狀態(tài)，其截面輪廓形狀是復雜的，同時存在各種幾何形狀誤差。一般說來加工后零件的實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零件的使用性能和使用壽命有很大影響，尤其對高溫、高速、高壓條件下工作的機械零件其影響更大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（一）對耐磨性的影響
具有微觀幾何形狀誤差的兩個表面只能在輪廓峰頂處接觸，一般來說，相互運動的兩個零件表面越粗糙，兩配合表面之間的實際有效接觸面積就越小，導致單位面積上壓力增大，表面磨損加劇；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，提高傳動效率，延長機器的使用壽命。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）對配合性質(zhì)穩(wěn)定性的影響
對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)會發(fā)生變化。對于間隙配合，在零件相對運動的過程中配合表面上的微小峰被磨去，使間隙增大，因而影響或改變原設(shè)計的配合性質(zhì)。配合間隙的尺寸越小，這種影響就越嚴重。對于過盈配合，裝配時配合表面上的微小波峰將被擠平而使實際有效過盈量減小，從而降低了零件的聯(lián)結(jié)強度；對于過渡配合，零件會在使用和拆裝過程中發(fā)生磨損，使配合變松，降低了定位和導向的精度。上述微觀凸峰被磨損或被擠平的現(xiàn)象，對那些配合穩(wěn)定性要求較高、配合間隙過盈量較小以及高速重載機械影響更顯著。
（三）對耐疲勞性的影響
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，可提高其疲勞強度。
（四）對抗腐蝕性的影響
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，腐蝕作用就越嚴重。因此，減小零件的表面粗糙度值可以增強其抗腐蝕的能力。
（五）對密封性的影響
靜力密封時，粗糙的零件表面之間無法嚴密地貼合，容易使氣體或液體通過接觸面間的微小縫隙發(fā)生滲漏；對于動力密封，其配合面的表面粗糙度參數(shù)值也不能過低，否則受壓會破壞油膜，從而失去潤滑作用。
表面粗糙度對零件性能的影響遠不止以上幾個方面，如對零件的表面鍍涂層、接觸剛度、沖擊強度、流體流動阻力、導體表面電流的流通、產(chǎn)品的測量精度及外觀質(zhì)量等都會產(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，在進行幾何精度設(shè)計時必須對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)計中*的項目，也是評定零件表面質(zhì)量的一項重要指標。