零件加工表面粗糙度的標注選擇

陳明浩,王瑩瑩

(1.特變電工昭和(山東)電纜附件有限公司,山東 新泰 271200;2.山東新沙單軌運輸裝備有限公司,山東 新泰 271200)

1 引 言

零件表面粗糙度屬于微觀幾何形狀誤差,表面粗糙度越小,零件表面越光滑。零件的表面質量在很大程度上決定了零件產品的壽命及可靠性等。

通常來說,零部件的重要或關鍵表面的質量要求比普通面高,這是因為優質的零件表面質量會在很大程度上提高其耐磨性、耐蝕性和抗疲勞破損能力等。在產品的圖紙設計上,表面粗糙度一般采用Ra、Rz兩種標注方式。本文主要通過實際對比對表面粗糙度兩種標注方式的差異進行說明。

2 表面粗糙度的含義

表面粗糙度是指零件的加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度[1],常用的表征參數有Ra和Rz,其中Ra較為常見。

Ra表示輪廓的算術平均偏差,是在取樣長度l內輪廓偏離絕對值的算術平均值,如圖1所示。實際測量時,取值的點數n越大,Ra值越準確[2],其數學表達式可表述為:

圖1 輪廓的算術平均偏差

Rz表示取樣長度上零件輪廓的最大高度,為取樣長度l內的最高點和最低點之間的距離[2],如圖2所示,其數學表達式可表述為:

圖2 輪廓的最大高度

Rz=Zpmax-Zvmax

3 表面粗糙度的標注

表面粗糙度的差異對零件的表面鍍涂層、導熱性及接觸電阻、導體表面電流的流通、反射能力、氣液體流動的阻力等會造成不同程度的影響。零件表面的用途不同,所需的表面粗糙度參數值也不盡相同。因此,需要在零件設計圖上明確標注表面粗糙度的特征符號及大小,用以說明該零件表面完工后必須達到的表面特性。

3.1 Ra(輪廓算術平均偏差)

Ra是一般零件加工工藝中常用的表面粗糙度標注形式,其代表了零件加工面的整體平均粗糙度水平。圖3所示零件粗糙度測量,零件表面粗糙度值Ra2.471。

圖3 零件粗糙度測量

然而,對于有密封、電氣性能要求等特殊要求的產品零件,單純的輪廓算術平均偏差并不能很好地反映該配合面的極端偏差值。此時,除了標注Ra(輪廓算術平均偏差)外,還應增加Rz(輪廓最大高度)的要求,以保證零件配合面上各個位置的表面光潔度滿足要求。

3.2 Rz(輪廓最大高度)

Rz代表在零件的配合面上,取樣長度上最高點與最低點之間的距離。一般情況下,零件的加工表面均能保證Ra值(算術平均偏差值)滿足設計要求,但由于其為平均值,無法真實表征某一特定位置的最高點與最低點之間的距離,對于要求較高的密封配合面及電氣電場集中的零件,局部位置的Rz值過大可能會造成密封失效、電氣擊穿等嚴重問題缺陷。

為真實反映表面粗糙度Ra與Rz的差異,對兩個零件各選取10個取樣長度進行了測量對比,如表1所示,零件1、零件2表面粗糙度分布如圖4所示。根據實測數據可以看出,對于同一零件、同一取樣長度上的Rz值,其大小幾乎是Ra值的6～10倍。

表1 零件表面粗糙度實測對比數據

圖4 零件1、零件2表面粗糙度分布

假設對零件的表面粗糙度值只要求為Ra6.3,從實際測量的數據看,零件加工后Ra(算術平均偏差)值均能滿足要求;但轉換到Rz(輪廓最大高度)值時,測試數據值最大達到了23.928。如果輪廓最大高度點恰好存在于配合面的關鍵位置時,將會在此產生超出設計要求值的凸起或凹陷,這對于特殊部位的配合零件的密封性能、電氣電場分布等將產生破壞性的結果。因此,對于此類零件,除Ra值外,還應增加Rz值。通過管理Rz值,保證關鍵配合面的性能可靠。

4 結束語

零件表面粗糙度的設計選擇,既要滿足零件表面的基本功能要求,又要充分考慮其經濟合理性。

(1)在具體設計時,對于當前已有的結構、功能相似的零件,可直接借鑒參考。在滿足零件基本功能要求的前提下,盡量選擇較大的表面粗糙度值,以降低加工成本。

(2)總體來看,零件的工作面、配合面、密封面及電氣電場分布集中的表面等,對零件的表面平整光滑度要求較高,參數值應取得小一些;非工作面、非配合面及尺寸精度要求低的表面,參數值可取得大一些。

(3)一般情況下,零件的表面粗糙度設計選擇Ra作為參考值即可滿足使用要求。但在某些特殊場合,如導體表面對場強有要求的地方、特殊密封的區域,除進行Ra標注外,還應充分考慮并增加Rz的標注。