表面光洁度101：表面粗糙度终极指南

表面光洁度101：表面粗糙度终极指南

表面光洁度是制造过程中不可或缺的一部分。它决定了制造部件的纹理和粗糙度。零件的表面可以是粗糙的，有明显的工具痕迹，也可以是细腻的缎面。表面光洁度的重要性不仅限于外观和审美吸引力。它决定了功能性、耐磨性以及成品散热能力。

在使用零件（尤其是公差要求较高的零件）之前，检查和测量表面光洁度非常重要。本文将解释什么是表面光洁度、如何测量表面粗糙度、表面光洁度的工业标准以及可用于实现所需表面光洁度的技术。

什么是表面光洁度

表面光洁度，也称为表面纹理，是零件的物理特性。表面光洁度的范围从粗糙和无光泽到光滑和有光泽。表面光洁度由三个主要特征定义：粗糙度、波纹度和层次感。

• 粗糙度是您能够感觉到的细微表面不规则性。
• 波纹度描述的是肉眼可见的中等起伏。
• 布局是主要图案的方向，可以是圆形、平行或垂直。

这些参数显示零件表面与完全平坦表面的偏差程度。

此外，表面光洁度在制造过程中起着重要作用。良好的表面光洁度可减少摩擦和热量产生，从而最大限度地减少磨损。它增加了部件的视觉吸引力和经济价值。此外，它还决定了后续制造工艺（如粘合剂粘合、涂层和电镀）的成功。表面光洁度还会影响公差水平，尤其是装配过程中配合部件的公差水平。

常见表面粗糙度参数

可以测量某些参数来量化材料的表面光洁度。它们通常一起使用以获得全面的概述。以下是制造业中常见的表面粗糙度参数

Ra（平均粗糙度）

Ra 定义表面与理想表面之间的平均垂直偏差。它是测量表面长度上平均丘陵和山谷的数值。该值的范围为 12.5 至 0.4 微米。请注意，Ra 值越低，表面越光滑。Ra 对于美学应用很重要。

Rz（粗糙度深度）

Rz 是测量表面上最高峰和最深谷之间的最大高度差。在测量 5 个不同位置的峰谷高度后，选择最高值即可计算 Rz。与 Ra 相比，它是评估关键应用的表面粗糙度的更好参数。

Rmax（粗糙度宽度）

Rmax 与 Rz 类似。但它测量的是最高峰和最低谷之间的最大垂直距离。Rmax 可以反映最坏情况下的表面粗糙度，有助于检测划痕和毛刺。请注意，Rmax 值越高，表面越粗糙。

Rp（粗糙度峰值）

Rp 测量值表示沿取样长度的最大峰高。它通常与其他表面粗糙度参数进行比较，以进行质量控制并确保适当的表面光洁度。Rp 值会影响部件的耐磨性和密封能力。

RV（粗糙谷）

Rv 值通常与 Rp 值相辅相成。Rv 是从平均线测量表面最深处谷深。Rv 值越低，表示表面越光滑，反之亦然。Rv 值有助于检测表面缺陷，并与摩擦和密封等功能特性相关。

制造业的表面光洁度标准

制造业中有两种主要的表面光洁度标准。ISO 1302 和 ASME Y14.36。实施这些标准有助于满足客户需求并实现质量保证。

ISO（国际标准化组织）1302

这是包含表面粗糙度评估规范和指南的标准，以确保行业的精确性和一致性。它描述了测量表面粗糙度的程序，指示了表面纹理的图形符号，并定义了表面粗糙度参数。该标准还包含表面参数的计算方法以及如何校准测量仪器。遵循 ISO 1302 标准可提高产品质量并减少召回发生率。

ASME（美国材料与试验协会）Y14.36

该标准规定了指定固体物体表面纹理控制的方法。它涵盖了工程图的许多方面，例如建筑、机械和结构。该标准提供了比例和格式、字母和线条约定的指南，并提供了表示表面粗糙度的符号。实施 ASME Y14.36 可减少错误并提高效率。

影响表面光洁度的因素

许多因素都会影响零件的最终表面粗糙度。这可能很简单，比如加工前工件表面准备不充分。以下因素可能会影响组件的成功。

材料特性

材料的固有特性会影响其在表面光洁度方面的表现。表面粗糙度取决于延展性和硬度。铝和黄铜等延展性材料比硬化金属具有更精细的光洁度。此外，材料的晶粒尺寸也有影响。晶粒尺寸过大可能会导致表面光洁度不佳。

切割技术

使用机械切割操作会增加零件表面留下痕迹的可能性。这是因为工具不断啮合和脱离以产生切割动作。较新的非接触式工艺，如激光切割获得更清洁的效果和更好的表面光洁度。

切削参数和刀具状况

刀具状况决定了最终的加工效果。旧的或钝的刀具会导致缺陷或不均匀的加工效果。此外，切削速度和深度也是重要的变量。您可以根据所加工的材料优化这些参数。使用过高的切削速度和深度会导致过热和表面缺陷。但是，速度过低会影响生产率。

切削条件

加工时使用冷却液以确保充分散热非常重要。如果没有高效的冷却系统，材料会不均匀膨胀，从而导致表面粗糙度不一致。切屑清除和管理的速度也起着一定的作用。切屑堆积会导致工件表面出现划痕和痕迹。

操作员技能和专业知识

熟练操作员制作的结果始终与缺乏经验的操作员不同。熟练的机械师对流程有深入的了解，可以根据需要调整重要参数以获得高质量的成品。

夹具和固定装置

振动不仅会对人类和环境造成危害，还会导致瑕疵和缺陷。务必使用夹具和固定装置固定切削刀具和工件并防止振动。这可确保精度和一致的质量。

如何测量表面光洁度

有多种方法可以检查表面的水平或粗糙度。我们将解释可用于测量表面光洁度的最常见方法。

直接测量方法

这涉及使用触针轮廓仪检查表面并一次测量一个点。触针的尖端半径较小，接触压力较低。它自由移动，并在分析材料的表面特性时检测粗糙度和波纹度的变化。触针轮廓仪可靠且准确。然而，它可能不适用于脆性材料，因为长时间接触会导致尺寸不准确。

激光系统

激光利用光反射原理来创建 3D 图像。在此过程中，您可以使用激光束扫描零件表面并记录光束反射时的位移。此过程非常灵敏，不会损坏表面。请注意，这些激光系统在处理透明或高反射材料时可能会产生错误结果。

外观检验

您还可以使用肉眼、放大镜或电子显微镜进行目视检查。仅使用肉眼并不可靠，只能作为起点。电子显微镜提供表面的放大视图并显示所有不规则之处。它们是非破坏性的，可以检查各种工程材料。但是，对于大型和复杂形状的零件，使用目视检查可能会很耗时。

区域技术

它们不是从单个点进行测量，而是覆盖更大的区域。为此，您可以使用光学轮廓仪和干涉仪。它涉及使用照亮表面的光源来测量地形和粗糙度。光学轮廓仪价格昂贵，可能会错过微小的特征或细节。

原子力显微镜（AFM）

AFM 使用带有尖头的悬臂扫描部件表面。它绘制轮廓并测量分子间特性（例如摩擦和粘附）。AFM 非常准确，可提供 3D 表面轮廓。这种技术可能速度较慢，并且会损坏脆性材料。

如何获得所需的表面光洁度

很多时候，加工后的表面光洁度可能不够好。您可以通过机械、化学或使用涂层进一步改善表面特性。它们各不相同，并能产生独特的效果。

机械表面处理

此类别下有不同的技术，最常见的是机械加工、磨削和研磨。

• 机械加工包括通过铣削或车削逐渐去除材料以获得精细和高精度的表面处理。
• 研磨通过旋转的砂轮去除杂质并使表面变得光滑。
• 研磨是指在两个表面之间施加松散的磨料粉末并将它们摩擦在一起。

化学饰面

您还可以使用化学品通过蚀刻、酸洗或钝化来增强零件的表面光洁度。

• 化学蚀刻使用酸、碱或盐溶液来改善表面粗糙度。这是一个快速的过程，可确保快速完成。
• 挑选是一种激进的方法，使用酸去除杂质和污染物，留下缎子般的外观。
• 钝化会积聚氧化层，形成一层保护层，起到美观和保护作用。

镀层

改善表面光洁度的另一种方法是添加一层额外的涂层，使其与表面形成牢固的结合。涂层可以采用油漆、电镀或粉末涂层的形式。

• 喷漆涉及在零件表面涂抹液体涂料以掩盖缺陷并提供持久的表面效果。
• 镀层是在物体表面沉积一层金属。镀层可以是电镀，也可以是化学镀。电镀需要电流，而化学镀则利用化学反应。
• 粉末喷涂工艺使用喷枪将带电干粉喷涂到零件表面，形成坚固的保护涂层。

结语

表面粗糙度在制造过程中非常重要，因为它决定了零件的功能并能提高客户满意度。为了获得良好的表面光洁度，请考虑降低进给率、使用断屑器控制切屑大小，并通过固定刀具和工件来避免振动。但是，可能需要进行进一步的后处理以优化表面 光洁度。您可以通过不同的方式来实现这一点。它可能很简单，例如表面磨削或使用复杂的电镀技术来添加额外的保护金属层。