什么是表面粗糙度？
2025-12-05
表面粗糙度对大部分参与滑动接触的表面而言是非常重要的。因为磨损的原始速率及持续的性质等因素高度依赖这一特性。这些表面一般是承重面，而且需标识粗糙度以确保预计用途的适用性。
许多零部件需要具有特定的表面加工结果，以便达成所要求的功能。例如烤漆前的汽车车体或曲轴或凸轮轴上的颈轴承。
什么是表面粗糙度？
表面粗糙度是指零件加工表面所具有的、间距较小的微小峰谷的不平度，是衡量机械零件表面微观几何形状误差的核心指标，主要反映表面的微观凹凸程度，与宏观几何形状误差（如圆度、直线度）、表面波纹度（波长介于宏观误差与粗糙度之间）属于不同维度的表面质量评价参数。
它的形成主要源于加工过程中的刀具轨迹、切削参数、材料塑性变形，以及设备振动、刀具磨损等因素，直接影响零件的使用性能。
通常情况下S值的大小在国家检定标准里给了相关的定义：
S＜1mm 定义为表面粗糙度
1≤S≤10mm 定义为表面波纹度
中国国家计量检定标准中规定：通常情况下用VDA3400、Ra、Rmax这三个参数来评价检定表面粗糙度，计量单位通常用μm表示。
评价参数的关系
工业领域常用以下参数量化表面粗糙度，其中Ra为最通用指标：
- Ra（轮廓算术平均偏差）
指在取样长度内，轮廓偏距（轮廓线上的点到基准线的距离）绝对值的算术平均值。
数值越小，表面越光滑，例如镜面加工的 Ra 可低至 0.01μm，而粗加工表面 Ra 可达几十微米。
- Rz（微观不平度十点高度）
取样长度内，5 个最大轮廓峰高的平均值与 5 个最大轮廓谷深的平均值之和，更能反映表面的极端凹凸情况。
- Ry（轮廓最大高度）
取样长度内，轮廓最高峰顶到最低谷底的垂直距离，适用于关注表面最大起伏的场景。
Ra、Rmax的具体关系还请参考下面的表格：
表面粗糙度是如何形成的？
表面粗糙度的形成是由工件的加工过程引起的。而加工的方法、工件的材料，工艺过程都是影像表面粗糙度的因素。
例如：放电加工时被加工零件表面出现放电凹凸点。
加工工艺和零件材质有所不同，被加工零件表面留下的微观痕迹也有各种差别，比如（疏密，深浅，形状变化等）。
表面粗糙度对工件的影响
工件的耐磨性
配合稳定性
疲劳强度
耐腐蚀性
密封性
接触刚度
测量精度
镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。
常见测量方法
- 接触式测量
最典型的是触针式粗糙度仪，通过金刚石触针划过被测表面，将峰谷起伏转化为电信号，精准计算粗糙度参数，适合金属等硬质表面，精度可达纳米级。
- 非接触式测量
包括激光粗糙度仪、光学显微镜法、干涉仪法等，无接触损伤，适合软质材料、精密抛光表面或易损件，其中干涉仪可实现亚纳米级精度。
- 比较法
将被测表面与标准粗糙度样块对比（肉眼或放大镜观测），操作简便但精度低，适用于快速定性检测。
表面粗糙度的评价依据
①、取样长度
各参数的单位长度，取样长度是评价表面粗糙度规定一段基准线的长度。在ISO1997标准下一般使用0.08mm,0.25mm,0.8mm,2.5mm,8mm为基准长度。
②、评价长度
由N个基准长度所构成。零部件表面各部分的表面粗糙度，在一个基准长度上无法真实地体现出粗糙度真实参数，而是需要取N个取样长度来评定表面粗糙度。在ISO1997标准下评定长度一般为N等于5。
③、基准线
基准线是评定粗糙度参数的轮廓中线。一般有最小二乘法中线和轮廓算术平均中线。
【最小二乘法中线】是把测量过程中采集的点进行最小二乘法计算。
【轮廓算术平均中线】在取样长度内，使中线上下两部分轮廓的面积相等。
理论上最小二乘中线是理想的基准线，但在实际应用中很难获得，因此一般用轮廓的算术平均中线代替，且测量时可用一根位置近似的直线进行代替使用。
对产品性能的影响
- 耐磨性
表面越粗糙，峰谷处的接触应力越大，磨损速度越快；光滑表面可减少摩擦损耗，延长零件寿命。
- 密封性
粗糙表面的峰谷易留存间隙，影响密封性能，液压系统、气密元件对粗糙度要求极高。
- 疲劳强度
粗糙表面的谷部易产生应力集中，降低零件抗疲劳能力，航空航天、高端装备的核心部件需严格控制粗糙度。
- 配合精度
精密配合的零件（如传感器的核心组件、精密轴承），过高的粗糙度会影响装配间隙和定位精度，甚至导致卡滞。
行业应用场景（含传感器领域）
- 传感器制造
六维力传感器的弹性体、膜厚轮廓测试仪的检测探头等部件，需极低的表面粗糙度（通常 Ra≤0.8μm），以保证力 / 位移信号的精准传递，避免因表面缺陷导致数据漂移。
- 精密仪器
光学镜头、半导体芯片的表面粗糙度需控制在纳米级，确保光学性能和电路稳定性。
- 汽车工业
发动机缸体、曲轴等关键部件的粗糙度需匹配润滑需求，平衡耐磨性与密封性。
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