纯干货丨模具干了一辈子：表面粗糙度为什么用0.8, 1.6, 3.2？

一切都来源于伟大的优先数系！

法国工程师雷诺看到热气球上的钢丝绳规格繁多，他就想了一个办法，将10开5次方，得到一个数1.6，然后辗转相乘，得出5个优先数如下:

1.0
1.6
2.5
4.0
6.3

这是一个等比数列，后数为前数的1.6倍，那么10以下的钢丝绳一下子只有5种，10到100的钢丝绳也只有5种，即10, 16, 25, 40, 63。

但是这样分法太稀疏，雷先生就再接再厉，将10开10次方，得出R10优先数系如下：
1.0
1.25
1.6
2.0
2.5
3.15
4.0
5.0
6.3
8.0

公比为1.25，于是10以内的钢丝绳只有10种，10到100的也只有10种，这就比较合理了。这时肯定有人说，这个数列，前面的数字好像相差不大，如1.0和1.25，简直没差别嘛，平常我就四舍五入了，但6.3和8.0间隔就大了，这样合理吗？

合理不合理，我们打个比方。比如说自然数1、2、3、4、5、6、7、8、9，看起来很顺溜，我们用这个数列来发工资，给张三发1000，给李四发2000，两人皆心服。突然通货膨胀，给张三发8000，给李四发9000。以前李四工资是张三的2倍，现在变成1.12倍。你说李四能愿意吗？他可是主管哪，给他发16000还差不多，张三是不会埋怨说主管比他多8000的。

这个自然界的事物，有两种比较方法，就是“相对”与“绝对”！优先数系是相对的。

有人说他的产品规格有10吨，20吨，30吨，40吨的，现在看来就不合理了吧？如果你取两倍的话，应该是10吨，20吨，40吨，80吨，或者保住头尾，也应该是10吨，16吨，25吨，40吨，公比为1.6才合理。

这就是“标准化”，论坛上常常看到有人说“标准化”，实际他们说的是“标准件”，所做的工作只是将整机的标准件整理一下，就叫标准化了，实际不是这样的。真正的标准化，你要把你的产品的所有参数按优先数系形成序列化，再把所有的零部件的功能参数及尺寸，用优先数系来序列化才对。

自然数是无穷的，但在机械设计师眼里，世界上只有10个数，它就是R10优先数。并且，这10个数相乘，相除，乘方，开方，结果还在这10个数里，何其奇妙！当你设计的时候，不知道尺寸该选择多大为好时，就在这10个数里选，你说何其方便！

1.0 N0
1.12 N2
1.25 N4
1.4 N6
1.6 N8
1.8 N10
2.0 N12
2.24 N14
2.5 N16
2.8 N18
3.15 N20
3.55 N22
4.0 N24
4.5 N26
5.0 N28
5.6 N30
6.3 N32
7.1 N34
8.0 N36
9.0 N38

两个优先数，比如4和2，其序号分别为N24和N12，它们相乘，将其序号相加，其结果等于N36即8便是；相除，序号相减，等于N12即2便是；2的立方，将其序号N12乘以3得N36即8便是；4的开方，将其序号N24除以2得N12即2便是如果求2的四次方呢？N12*4=N48，这里没有，怎么办？上面的列表，没有写上一个数，就是10，它的序号是N40，凡是序号大于40的，只看大于40的部分，比如N48就看N8，即1.6，然后乘以10得16就对了。请关注我们的微信号：auto1950 。如果序号是N88呢，看N8得1.6，然后乘以100得160便是，因为100的序号是N80,1000的序号是N120，依此类推做机械设计，一辈子用这20个数就足矣。但有时需用到R40数系，有40个数，就更完善了，若不够，还有R80系。我已将R40数系倒背如流，应付一般计算根本不用计算器。简单来说算40径的45钢的抗扭能力，其扭转系数是0.5*π*R^3，扭应力选屈服点360的一半即180MPa，圆周率选3.15，左右手捏小数点，心算加减序号，一会就出来。有人说你不加安全系数吗？说吧，是取1.25，还是1.5，还是2啊？呵呵。

黄金分割0.618，也即1.618，这里也有1.6。

平方根数列，就是根号1，根号2，根号3，很容易求出吧？（3的序号是N19）

π的平方等于多少？等于10。你算压杆稳定的时候就方便了吧？

圆杆扭转系数约为0.1*D^3，现在你可以口算扭转系数了吧？

为什么大螺丝从M36直接跳到M40？
为什么齿轮的传动比有个6.3或者7.1？
为什么槽钢有个市场上很少见的12.6号？
为什么外协厂打电话来说140的方管没有，而有120和160的？因为R5数系比R20数系优先。
为什么标准件的参数有个第一序列，第二序列？一般来说第一序列就是R5序列。
为什么Inventor的螺孔列表有个M11.2？现在你知道它不是胡诌出来的数吧？

还有钢板厚度，型钢型号，齿轮模数，一切标准件，一切工业品样本上的功能参数，尺寸参数，标准公差表，等等等等，它们的来源，此刻在我们的心中慢慢清晰起来。可以说，我们已经理解了半部机械设计手册，以及那些还没做出来的工业品。

那么，我们在设计产品的时候，就可以同时设计出一系列了，而不是设计完之后再进行所谓的“标准化”；更进一步，如果产品注定要序列化，那么我们甚至可以在对实际工况不甚了解的情况下设计产品，因为优先数系已将所有型号包括其中了。

优先数系的应用，上面列出的，可谓沧海一粟，无尽的应用等着我们自己去开发。

1、粗糙度的概念

零件经过加工后，由于刀具、积屑瘤和鳞刺等给工件表面造成或大或小的波峰与波谷。这些峰谷的高低程度很小，通常只有放大才能看见。这种微观几何形状特征，称为表面粗糙度。

2、粗糙度的评定参数

以Ra\Rz\Ry三种代号加数字来表示，机械图纸中都会有相应的表面质量要求，一般是工件表面粗糙度Ra<0.8um的表面时称作：镜面。

轮廓算术平均偏差Ra:在取样长度L内轮廓偏距绝对值的算术平均值

微观不平度十点高度Rz：在取样长度l内5个最大的轮廓峰高的平均值与 5个最大的轮廓谷深的平均值之和

轮廓最大高度Ry:在取样长度L内轮廓峰顶线与轮廓谷底线之间的距离

3、粗糙度的测量和标注

用电子仪器或光学仪器测量出Ra、Rz和Ry的数值即可定量评定表面粗糙度。在实际生产中，经常凭人的视觉和触感并用样块与被加工表面相比较来鉴定其粗糙度。

　　
标注方法：在零件图上用符号标注加工表面的特征。为基本符号,单独使用这一符号是没有意义的,加注参数值时表示表面可用任何方法获得。

4
、各种机械加工工艺获得粗糙度等级

关于表面粗糙度的数值和表面特征、获得方法、应用举例请参见下表

5、表面粗糙度对机械零件使用性能的影响

表面粗糙度对零件质量有很大的影响，主要集中在对零件的耐磨性、配合性质、抗疲劳强度、工件精度及抗腐蚀性上。

5.1、对摩擦和磨损的影响。表面粗糙度对零件磨损的影响，主要体现在峰顶与峰顶上，两个零件相互接触，实际上是部分峰顶的接触，接触处压强很高，能使材料产生塑形流动。表面越粗糙，磨损越严重。

5 .2 对配合性质的影响。两构件配合，无非两种形式，过盈配合和间隙配合。对于过盈配合，由于在装配时，表面的峰顶被挤平，致使过盈量减小，降低了构件的连接强度；对于间隙配合，随着峰顶不断被磨平，其间隙程度会变大。因此，表面粗糙度影响配合性质的稳定性。

5 .3 对抗疲劳强度的影响。零件表面越粗糙，凹痕越深，波谷的曲率半径也越小，对应力集中越敏感。因此，零件表面粗糙度越大，其应力集中越敏感，其承受抗疲劳强就越低。

5.4 对抗腐蚀性的影响。零件的表面粗糙越大，即其波谷就越深。这样，灰尘、变质的润滑油、酸性的和碱性的腐蚀性物质就容易积存在这些凹谷处，并渗透到材料的里层，加剧零件的腐蚀。因此，降低表面粗糙度，可以增强零件的抗腐蚀性。

6、提升表面光洁度的方法

主要分为两大种：增加相应的工艺和在原有的工艺上改进

增加相应的工艺：增加抛光、磨削、刮研、滚压等工序，不仅能提高光洁度还能提升精度；另外国内外都有的超声滚压技术结合金属塑性流动性，区别于传统滚压的冷作硬化，能提升粗糙度2-3个等级，还有改善材料综合性能特点。

超声滚压——网络配图
原有工艺上的改进：

6.1 合理选择切削速度。切削速度V 是影响表面粗糙度的一个重要因素。加工塑性材料，如中、低碳钢时，较低的切削速度易产生鳞刺，中速易形成积屑瘤，这会增大粗糙度。避开这个速度区域，表面粗糙度值会减小。所以不断地创造条件以提高切削速度，一直是提高工艺水平的重要方向。

6.2 合理选择进给量。进给量的大小直接影响工件的表面粗糙度，一般情况下，进给量越小，表面粗糙度就越小，工件表面越光洁。

6.3 合理选择刀具几何参数。前角和后角。增大前角，能使材料被切削时挤压变形和摩擦减小，也使总切削抗力减小，利于排屑。当前角一定时，后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃越锋利；此外，还能减小后刀面与已加工表面和过渡表面的摩擦和挤压，有利于减小表面粗糙度值。增大刀尖圆弧半径r，可使其表面粗糙度值减小；减少刀具的副偏角Kr，也可使其表面粗糙度值减小。

6.4 选择合适的刀具材料。应选择导热性能好的刀具，以便及时传递切削热，降低切削区塑形变形。此外，刀具应具有良好的化学性能，防止刀具与被加工材料产生亲和作用，亲和力过大时，极易产生积屑瘤和鳞刺，造成表面粗糙度过大。如在其表层涂硬质合金或陶瓷材料，切削时时，刀面上形成氧化保护膜，它能降低与加工表面间的摩擦系数，故有利于提高表面光洁度。

6.5 改善工件材料的性能。材料的韧性决定着其塑性，韧性好其塑性变形的可能性就大，机械加工时，零件表面粗糙度就越大。

6.6 选择合适的切削液。正确选用切削液能显著地减小表面粗糙度。切削液具有冷却、润滑、排屑与清洗作用。可以减小工件、刀具和切屑之间的摩擦，带走大量的切削热，降低切削区温度，及时排掉细小切屑。
<span style="outline: 0px; max-width: 100%; font-size: 14px; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;"/>
表面粗糙度对零件的影响主要表现

影响耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，摩擦阻力越大，磨损就越快。
影响配合的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了连接强度。
影响疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。
影响耐腐蚀性。粗糙的零件表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。
影响密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。
影响接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。
影响测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。
此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、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。

表面粗糙度测量方法

1. 比较法
使用于车间现场测量，常用于中等或较粗糙表面的测量。方法是将被测量表面与标有一定数值的粗糙度样板比较来确定被测表面粗糙度数值的方法。

2. 触针法
表面粗糙度利用针尖曲率半径为2微米左右的金刚石触针沿被测表面缓慢滑行，金刚石触针的上下位移量由电学式长度传感器转换为电信号，经放大、滤波、计算后由显示仪表指示出表面粗糙度数值，也可用记录器记录被测截面轮廓曲线。一般将仅能显示表面粗糙度数值的测量工具称为表面粗糙度测量仪，同时能记录表面轮廓曲线的称为表面粗糙度轮廓仪。这两种测量工具都有电子计算电路或电子计算机，它能自动计算出轮廓算术平均偏差Ra，微观不平度十点高度Rz，轮廓最大高度Ry和其他多种评定参数，测量效率高，适用于测量Ra为0.025～6.3微米的表面粗糙度。