探究表面粗糙度的影响

任务描述与要求

图5 - 1 所示为回转体零件表面粗糙度的标注，试确定符号所表示的内容。

图5-1　回转体零件表面粗糙度的标注　

任务分析

要完成此任务，需要掌握表面粗糙度的含义、基本概念及其对机械零件使用性能的影响。

表面粗糙度

任务知识准备

一、表面粗糙度的基本概念

表面粗糙度对零件的使用性能、可靠性和寿命有直接影响。我国对表面粗糙度标准进行了多次修订，本任务以GB/T 3505—2009《产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数》为例介绍表面粗糙度的相关内容，同时简要介绍GB/T 1031—2009 和GB/T 131—2006 两个国家标准关于表面粗糙度标准的不同之处。

机械零件的表面经过加工后，都会存在几何形状误差。几何形状误差分为宏观几何形状误差（形状误差）、微观几何形状误差（表面粗糙度）和介于两者之间的表面波纹度三类。三者之间并没有严格的界限，通常按照波距的大小来划分，波距大于2.5 mm 的属于形状误差，波距为0.5～2.5 mm 的属于表面波纹度，波距小于0.5 mm 的属于微观几何形状误差，即表面粗糙度，如图5 - 2 所示。

图5-2　零件的截面轮廓形状　

二、表面粗糙度产生的原因

表面粗糙度是存在于实际表面上的微观几何形状误差。一般来说，它的波距和波高都比较小，主要是由切削加工过程中的刀痕、刀具和工件表面的摩擦、切屑分离时产生的塑性变形以及工艺系统的高频振动等所形成的。

三、表面粗糙度对零件使用性能的影响 (www.xing528.com)

表面粗糙度对产品的使用性能有着许多方面的影响。

1. 对摩擦、磨损的影响

由于零件表面存在微观几何形状误差，当两个零件表面接触时，只能在两个表面的若干凸出的峰顶之间接触，所以实际的接触面积只是理论接触面积的很小的一部分。若两个表面越粗糙，则摩擦阻力越大，磨损也就越快，零件的耐磨性越差。但是，当表面极光滑时，会不利于润滑油的储存，并且两表面之间的分子吸附力增大，会使两表面间的接触力增强，也会增加摩擦和磨损，同时精细表面的生产成本增高。因此，有相对运动的接触面应规定合理的表面粗糙度。

2. 对疲劳强度的影响

承受运动负荷的零件大多是由表面产生疲劳裂纹而造成失效的，疲劳裂纹主要是由表面微观波纹的波谷所造成的应力集中引起的。表面越粗糙，应力集中现象越严重，零件的疲劳强度越低。表面粗糙度对零件疲劳强度的影响与零件的材料有关，钢制零件影响较大，铸铁件因其组织松散而影响较小，有色金属零件影响更小。

3. 对耐腐蚀性的影响

金属零件的腐蚀主要由化学和电化学反应所致。表面越粗糙，腐蚀介质越容易存积在零件表面上的微观凹谷处，通过其向金属内层渗透，造成零件表面的锈蚀。

4. 对配合性能的影响

对于有配合要求的表面，表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，配合的孔、轴做相对运动时，由于表面凹凸不平，接触面的凸峰会很快被磨损，使配合间隙增大，引起配合性质的改变。对于过盈配合，在装配压入的过程中，由于表面凹凸不平，零件表面的峰顶被压平，减少了实际有效的过盈量，降低了配合的连接强度。

5. 对密封性的影响

表面粗糙时，两表面只在峰顶处接触，其余部位存在间隙，造成液体或气体的渗漏。当两表面之间有密封件时，由于表面的粗糙不平，密封材料无法完全填满微观轮廓谷而造成泄漏，粗糙的表面还会加剧密封件的损坏。

此外，表面粗糙度还对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性等有着不同程度的影响。为了提高产品质量和寿命，应选取合理的表面粗糙度。因此，在保证零件尺寸公差、几何公差的同时，还要对表面粗糙度进行控制。

四、表面粗糙度应用举例

表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例见表5 - 1。

表5-1　表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例

任务实施