表面粗糙度試驗(yàn)是用于評(píng)估材料或零件表面微觀幾何形狀誤差的檢測方法，直接影響零件的配合性質(zhì)、耐磨性、密封性、疲勞強(qiáng)度等性能。以下是表面粗糙度試驗(yàn)的詳細(xì)解析：

一、基本概念

1. 表面粗糙度：
   指加工表面微觀幾何形狀的不規(guī)則性，通常由加工方法（如車削、磨削）、刀具痕跡或材料變形等因素引起。

• 注：區(qū)別于表面波紋度（周期性波浪形）和形狀誤差（宏觀幾何偏差）。

2. 核心參數(shù)（常用國際標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)）：

• Ra（算術(shù)平均粗糙度）：取樣長度內(nèi)輪廓峰谷高度的算術(shù)平均值，最常用參數(shù)。

• Rz（微觀不平度十點(diǎn)高度）：取樣長度內(nèi)5個(gè)最大峰高與5個(gè)最大谷深的平均值。

• Rq（均方根粗糙度）：輪廓高度的均方根值，反映表面微觀波動(dòng)能量。

• Rmax（最大高度）：取樣長度內(nèi)最大峰頂?shù)焦鹊椎拇怪本嚯x。

二、試驗(yàn)方法

1. 接觸式測量

• 原理：觸針在表面劃過，通過位移傳感器記錄輪廓高度變化。

• 設(shè)備：粗糙度儀（如Taylor Hobson、Mitutoyo）。

• 優(yōu)點(diǎn)：精度高，適用于大多數(shù)工程表面。

• 缺點(diǎn)：可能劃傷軟質(zhì)材料表面。

2. 非接觸式測量

• 原理：利用光學(xué)技術(shù)（激光、干涉儀、白光掃描）測量表面形貌。

• 設(shè)備：激光顯微鏡、三維形貌儀。

• 優(yōu)點(diǎn)：無接觸損傷，適合精密或軟質(zhì)材料（如光學(xué)鏡片、橡膠）。

• 缺點(diǎn)：成本較高，對(duì)表面反光或透明材料可能受限。

3. 光切法

• 原理：用光切顯微鏡測量表面微觀幾何形狀，通過切線法計(jì)算粗糙度。

• 適用：中等粗糙度范圍（Ra 0.8~80μm）。

4. 干涉法

• 原理：利用光波干涉條紋測量表面高度差，適用于超精密表面（如半導(dǎo)體晶圓）。

• 設(shè)備：激光干涉儀。

三、測試標(biāo)準(zhǔn)

1. 國際標(biāo)準(zhǔn)：

• ISO 4287：表面結(jié)構(gòu)輪廓法，定義Ra、Rz等參數(shù)及測量方法。

• ISO 13565：用于評(píng)估非切削加工表面的波紋度和粗糙度。

2. 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 1031-2009：《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu) 輪廓法》。

• JB/T 10991-2010：《觸針式表面粗糙度測量儀》。

3. 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

• 汽車行業(yè)（如VDA 6.3）、航空航天（如NAS 410）對(duì)表面粗糙度有特定要求。

四、試驗(yàn)流程

1. 樣品準(zhǔn)備：

• 清潔表面（去除油污、雜質(zhì)），避免測量誤差。

• 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇取樣長度（如Ra測量常用取樣長度0.8mm、2.5mm）。

2. 設(shè)備校準(zhǔn)：

• 使用標(biāo)準(zhǔn)塊（如Ra=0.8μm的標(biāo)準(zhǔn)樣板）校準(zhǔn)儀器。

3. 測量與數(shù)據(jù)采集：

• 沿表面多方向測量（至少3次），取平均值以消除方向性影響。

4. 結(jié)果分析：

• 對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)要求（如Ra≤1.6μm），判定合格性。

• 分析粗糙度分布圖（如是否存在異常峰值或低谷）。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 機(jī)械制造：

• 軸承、齒輪等配合表面的耐磨性要求。

• 液壓元件（如密封面）的粗糙度直接影響泄漏率。

2. 汽車工業(yè)：

• 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、剎車盤的表面處理質(zhì)量。

• 車身鈑金件的涂裝附著力與粗糙度相關(guān)。

3. 醫(yī)療器械：

• 植入物表面需達(dá)到超精密粗糙度（Ra<0.1μm）以促進(jìn)骨整合。

4. 電子行業(yè)：

• PCB電路板焊盤的粗糙度影響焊接可靠性。

• 手機(jī)外殼的噴涂前表面處理要求（Ra通常≤0.4μm）。

六、注意事項(xiàng)

1. 測量方向：

• 需沿加工紋理方向測量，避免橫向測量導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。

2. 環(huán)境控制：

• 溫度波動(dòng)（±1℃）可能導(dǎo)致材料熱脹冷縮，影響測量精度。

3. 材料適配性：

• 軟質(zhì)材料（如鋁、橡膠）需選擇非接觸式測量，防止觸針壓痕。

4. 結(jié)果解讀：

• Ra反映整體粗糙度，但可能掩蓋局部缺陷（如劃痕），需結(jié)合Rmax或三維形貌分析。

七、常見問題

1. 粗糙度與表面光潔度的關(guān)系：

• 表面光潔度是主觀評(píng)價(jià)，而粗糙度是量化參數(shù)，兩者通過經(jīng)驗(yàn)公式關(guān)聯(lián)（如光潔度等級(jí)與Ra值對(duì)應(yīng)）。

2. 為何同一批次零件粗糙度差異大？

• 可能因加工參數(shù)波動(dòng)（如切削速度、刀具磨損）或設(shè)備維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致。

3. 如何選擇粗糙度參數(shù)？

• 高耐磨性 → 低Ra；

• 涂層附著力 → 適當(dāng)提高Ra；

• 密封性 → 控制Rz和波峰間距。

• 根據(jù)功能需求：

通過表面粗糙度試驗(yàn)，企業(yè)可確保零件性能符合設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化加工工藝，降低成本并提升產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與功能需求制定測試方案。