零件加工表面粗糙度的标注选择

陈明浩,王莹莹

(1.特变电工昭和(山东)电缆附件有限公司,山东 新泰 271200;2.山东新沙单轨运输装备有限公司,山东 新泰 271200)

1 引 言

零件表面粗糙度属于微观几何形状误差,表面粗糙度越小,零件表面越光滑。零件的表面质量在很大程度上决定了零件产品的寿命及可靠性等。

通常来说,零部件的重要或关键表面的质量要求比普通面高,这是因为优质的零件表面质量会在很大程度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳破损能力等。在产品的图纸设计上,表面粗糙度一般采用Ra、Rz两种标注方式。本文主要通过实际对比对表面粗糙度两种标注方式的差异进行说明。

2 表面粗糙度的含义

表面粗糙度是指零件的加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度[1],常用的表征参数有Ra和Rz,其中Ra较为常见。

Ra表示轮廓的算术平均偏差,是在取样长度l内轮廓偏离绝对值的算术平均值,如图1所示。实际测量时,取值的点数n越大,Ra值越准确[2],其数学表达式可表述为:

图1 轮廓的算术平均偏差

Rz表示取样长度上零件轮廓的最大高度,为取样长度l内的最高点和最低点之间的距离[2],如图2所示,其数学表达式可表述为:

图2 轮廓的最大高度

Rz=Zpmax-Zvmax

3 表面粗糙度的标注

表面粗糙度的差异对零件的表面镀涂层、导热性及接触电阻、导体表面电流的流通、反射能力、气液体流动的阻力等会造成不同程度的影响。零件表面的用途不同,所需的表面粗糙度参数值也不尽相同。因此,需要在零件设计图上明确标注表面粗糙度的特征符号及大小,用以说明该零件表面完工后必须达到的表面特性。

3.1 Ra(轮廓算术平均偏差)

Ra是一般零件加工工艺中常用的表面粗糙度标注形式,其代表了零件加工面的整体平均粗糙度水平。图3所示零件粗糙度测量,零件表面粗糙度值Ra2.471。

图3 零件粗糙度测量

然而,对于有密封、电气性能要求等特殊要求的产品零件,单纯的轮廓算术平均偏差并不能很好地反映该配合面的极端偏差值。此时,除了标注Ra(轮廓算术平均偏差)外,还应增加Rz(轮廓最大高度)的要求,以保证零件配合面上各个位置的表面光洁度满足要求。

3.2 Rz(轮廓最大高度)

Rz代表在零件的配合面上,取样长度上最高点与最低点之间的距离。一般情况下,零件的加工表面均能保证Ra值(算术平均偏差值)满足设计要求,但由于其为平均值,无法真实表征某一特定位置的最高点与最低点之间的距离,对于要求较高的密封配合面及电气电场集中的零件,局部位置的Rz值过大可能会造成密封失效、电气击穿等严重问题缺陷。

为真实反映表面粗糙度Ra与Rz的差异,对两个零件各选取10个取样长度进行了测量对比,如表1所示,零件1、零件2表面粗糙度分布如图4所示。根据实测数据可以看出,对于同一零件、同一取样长度上的Rz值,其大小几乎是Ra值的6～10倍。

表1 零件表面粗糙度实测对比数据

图4 零件1、零件2表面粗糙度分布

假设对零件的表面粗糙度值只要求为Ra6.3,从实际测量的数据看,零件加工后Ra(算术平均偏差)值均能满足要求;但转换到Rz(轮廓最大高度)值时,测试数据值最大达到了23.928。如果轮廓最大高度点恰好存在于配合面的关键位置时,将会在此产生超出设计要求值的凸起或凹陷,这对于特殊部位的配合零件的密封性能、电气电场分布等将产生破坏性的结果。因此,对于此类零件,除Ra值外,还应增加Rz值。通过管理Rz值,保证关键配合面的性能可靠。

4 结束语

零件表面粗糙度的设计选择,既要满足零件表面的基本功能要求,又要充分考虑其经济合理性。

(1)在具体设计时,对于当前已有的结构、功能相似的零件,可直接借鉴参考。在满足零件基本功能要求的前提下,尽量选择较大的表面粗糙度值,以降低加工成本。

(2)总体来看,零件的工作面、配合面、密封面及电气电场分布集中的表面等,对零件的表面平整光滑度要求较高,参数值应取得小一些;非工作面、非配合面及尺寸精度要求低的表面,参数值可取得大一些。

(3)一般情况下,零件的表面粗糙度设计选择Ra作为参考值即可满足使用要求。但在某些特殊场合,如导体表面对场强有要求的地方、特殊密封的区域,除进行Ra标注外,还应充分考虑并增加Rz的标注。