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,animportantindexofsurfacequalityofcomponent,reflectsthemachiningqualityofcomponentandaffectsthefittingproperty,wearability,anti-corrosion,tightness,rigidityandanti-fatiguecapabilityofcomponent.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高制造成本。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Definitionandparameterofroughness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oCausedbymachiningandotherfactors.表面粗糙度的评定参数：轮廓算数平均偏差Ra,微观不平度十点高度Rz,轮廓最大高度Ry。表1：术语与定义Table1:termsanddefinition2表面粗糙度的基本符号与含义基本符号basicsign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。Thissignmeansthattheroughnesscanbefinishedbyanymanufacturingmethod,whilewithoutvalueorspecification(eg.surfacetreatment,localheattreatment),onlybasicsigncanbeused.其他符号othersigns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：Basicsignswithlinesaddedmeansroughnesswithspecification,asfollowing:表1：表面粗糙度符号与含义table1:SignsandmeaningsS/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。Removethematerialonthesurfaceofcomponentbyturning,milling,drilling,shearing,polishing,EDM,gascutting,corrosion,etc.2d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Withoutmaterialremovalofcomponent,suchascastings,forging,punching,hot-rolling,cold-rolling,powdermetallurgy,orthesuppliedconditiontobemaintained.3寸J~用于标注相关的参数和说明Markrelativeparametersandspecifications4\/\//表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求Allsurfaceswithsameroughnessrequirements标注参数说明specificationofparameter表面粗糙度的参数标注如markingparameterasfollowing:其中：a1,a2:表面粗糙度高度参数代号与数值b:加工要求,如镀覆、涂覆、表面处理与其他说明c:取样长度或波纹度出加工纹理方向。:加工余量f:粗糙度间距参数值或轮廓支承长度率Where:a1,a2representbrepresentsmachiningrequirements,suchasplating,coating,surfacetreatmentandotherspecification.crepresentssamplinglengthandwavinessdrepresentsmachininggraindirectionerepresentsmachiningallowancef3表面粗糙度与尺寸公差等级的关系ROUGHNESS&TOLERANCEGRADE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：Theroughnessandtolerancegradeofcomponentchangewithits

dimension,thebiggerthedimension,thebiggerthetolerance,thepoorertheroughness,asfollowing:表2：表面粗糙度与尺寸公差等级Table2:roughnessandtolerancegrade尺寸公差等级（IT）基本尺寸basicdimension>6-10>10〜18>18〜30>30〜50>50〜80>80〜120>120〜180>180〜250表面粗糙度数值］7a不大于/umroughnessnotmorethan/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：Formachining,differentmachiningmethodsgetdifferentmachiningaccuracyandroughness;followingisatableofmachiningmethodandreachedroughness:表3：各种加工方法所能达到的表面粗糙度

Table3:machiningmethodandtheroughness加工方法machiningmethodroughnessRa/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abrasivedisc3.2〜1.6车削外圆ODturning粗车roughturning12.5〜3.2半精车semi-finishturning金属metal6.3〜3.2非金属nonmetal3.2〜1.6精车finishturning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Endturning粗车roughturning12.5〜6.3半精车semi-finishturning金属metal6.3〜3.2非金属nonmetal6.3〜1.6精车finishturning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-speedturning0.8〜0.2钻Drilling珈15mm6.3〜3.2甲15mm25〜6.3扩孔Counterbore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Holeboring粗镗roughboring12.5〜6.3半精镗semi-finishboring金属metal6.3〜3.2非金属nonmetal6.3〜1.6精镗finishboring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-speedboring0.5〜0.2铰孔Reaming半精铰（一次铰）Semi-finishreaming钢steel6.3〜3.2黄铜brass6.3〜1.6精铰Finishreaming铸铁castiron3.2〜0.8钢、轻合金steel,1.6〜0.8黄铜、青铜brass,bronze0.8〜0.4圆柱铣刀铣削Cylindermillingcutter粗rough12.5〜3.2精finish3.2〜0.8端面铣刀铣削Endmillingcutter粗rough12.5〜3.2精finish3.2〜0.4高速铣削High-speedmilling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groovesurface6.3〜3.2插slotting粗rough25〜12.5精finish6.3〜1.6拉削broaching精finish1.6〜0.4外圆磨半精semi-finish6.3〜0.8

Externalgrinding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Surfacegrinding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abrasivebandpolishing0.2〜0.1砂布抛光abrasiveclothpolishing1.6〜0.1电抛光electricpolishing1.6〜0.012New螺纹加工Threadmachining板牙、丝锥die,tap3.2〜0.8车刀或梳齿刀、铣turningtoolorbroach,milling6.3〜0.8磨grinding0.8〜0.2滚轧搓丝threadrolling1.6〜0.8滚丝1.6〜0.2齿轮加工Gearmachining切削cutting粗滚3.2〜1.6精滚1.6〜0.8精插finishslotting1.6〜0.8精刨finishshaping3.2〜0.8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hotrolling0.8〜0.4冷轧coldrolling0.2〜0.1刮scraping粗rough3.2〜0.8精finish0.4〜0.05滚压加工rolling0.4〜0.05铿刀修铿file12.5〜0.8砂轮清理abrasivedisc50〜6.35影响表面粗糙度的因素与纠正措施影响表面粗糙度的因素factorsthataffectthesurfaceroughness影响表面粗糙度的因素主要有以下几个方面:残留面积residualarea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。其高度可以根据刀具的主偏角（kr）副偏角（kr）、刀尖圆弧半径（re）和进给量（f）计算。实际的表面粗糙度最大值往往高于理论残留面积高度。鳞刺scalyburr在低速与中等速度下，用高速钢、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。Inlowandmediumspeed,cuttingplasticmaterial（low-mediumcarbonsteel,chromiumstainlesssteel,aluminumalloyandfinecopper）withHSS,hardalloyandceramicinsert,therewillbescalyburronthemachinedsurface;theroughnessvaluewillbelarger.Thescalyburrconnectswiththecuttingspeedandpropertyandmetallographicstructureofthematerial.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。积屑瘤的硬度很高，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钢齿轮的高速插齿刀）;限制副刀刃上的磨损量；选用细颗粒的硬质合金刀具等；工件workpiece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Theworkpieceshouldbewithmatchedmetallographicstructure,forexample,lowcarbonsteel,lowcarbonalloysteelshouldbewithferriteandmartensite,sorbiteorpearlite,highcarbonsteelandhighalloysteelshouldbewithpearlite.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；Formachiningofmediumcarbonsteelormediumcarbonalloysteel,thereshouldbepearliteinhighcuttingspeed,whileinlowcuttingspeed,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；Thedistributionofcarbideinalloyelementshouldbefineandeven;thefree-cuttingsteelshouldcontainsulfur,leadelement.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；Thermalrefiningtheworkpiecetoimprovethehardnessandreducetheplasticity,andcutdownthedimensionofgraphiteincastingsteel.切削条件cuttingcondition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；Machiningtheplasticmaterialathighcuttingspeed,adoptthecuttingoil,improvetheaccuracyofmachine,strengthentherigidityoft