一篇解密表面粗度計的應用

 

什麼是表面粗糙度？

 

  表面粗糙度(Surface roughness)，是指工件的表面在加工後的平滑程度。簡單來說，工件在加工過程，會因為加工切削、材質、震動等因素，造成表面不平滑的表面。

可能有肉眼就可看見的不平整，或是肉眼看起來平滑，但摸起來才可以感覺到粗糙的不平整。如果透過顯微鏡，放大倍數來觀看，就能看到工件的表面會有很多細微的波峰與峰谷的落差造成不平度。透過儀器量測的數值，就叫作「表面粗糙度」。

表面粗糙度的數字越小，表面越光滑；數字越大，表面越粗糙。

 

 

表面粗糙度及其在工業產品中的重要性？

表面粗糙度經常被用來評定金屬加工品質好壞的重要指標之一，而表面粗糙度好壞會影響該零件的磨擦、耐磨性、疲勞強度、配合穩定性、密封性等。

 

●影響零件如何配合在一起：
表面粗糙度會影響零件配合在一起的緊密程度和方式。例如，表面粗糙的兩個零件比表面光滑的兩個零件更容易磨損。

●影響零件的強度、耐用性與壽命：

表面粗糙度會影響零件的強度和耐用性。例如，表面粗糙的零件比表面光滑的零件更容易產生應力集中，這可能導致零件失效與使用壽命。

●影響零件對腐蝕和其他環境因素的抵抗力：

表面粗糙度會影響零件對腐蝕和其他環境因素的抵抗力。例如，表面粗糙的零件比表面光滑的零件更容易生鏽。

●影響零件的外觀： 

表面粗糙度會影響零件的外觀。例如，表面光滑的零件通常被認為比表面粗糙的零件更美觀。

由於表面粗糙度會影響工業產品的許多不同方面，在加工與製造，是品質規格的重要一項。

   










 

表面粗糙度對零件性能的影響

• 摩擦與磨損： 表面越粗糙，摩擦力越大，零件磨損的速度就越快。這會導致零件壽命縮短，增加維修成本。
• 疲勞強度： 表面粗糙度會產生應力集中，降低零件的疲勞強度，更容易產生裂紋，導致零件失效。
• 密封性： 對於需要密封的零件，表面粗糙度過大會導致密封不嚴，影響設備的性能。
• 耐腐蝕性： 表面粗糙度大的零件更容易產生腐蝕，因為凹凸不平處更容易積聚污垢和水分。
• 美觀性： 表面粗糙度直接影響零件的外觀，對於一些對外觀有要求的零件，表面粗糙度過大會影響產品的價值。

 

表面粗糙度對加工過程的影響

• 刀具磨損： 表面粗糙度大的工件會加速刀具的磨損，增加刀具的更換頻率，提高加工成本。
• 加工精度： 表面粗糙度會影響加工精度，粗糙的表面會導致尺寸公差變大，形狀誤差增大。
• 加工效率： 對於一些精加工工藝，如研磨、拋光，表面粗糙度過大會降低加工效率。

 

影響表面粗糙度的因素

• 加工方法： 不同的加工方法會產生不同的表面粗糙度，例如車削、铣削、磨削等。
• 刀具材料和幾何形狀： 刀具的材料和幾何形狀會影響切削力、切屑形成和表面品質。
• 切削參數： 切削速度、進給量、切深等參數都會影響表面粗糙度。
• 工件材料： 不同材料的加工性能不同，對表面粗糙度的影響也不同。
• 冷卻液： 冷卻液可以改善切削條件，降低表面粗糙度。

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不同的加工零件對於表面粗糙度的要求？

不同加工零件對於表面粗糙度的要求差異甚大，這取決於零件的功能、工作環境、工件材料、加工方法與成本的配合關係。

 

不同產業對表面粗糙度的要求

汽車產業

• 發動機部件： 缸體、曲軸、連桿等部件的表面粗糙度直接影響到發動機的性能和壽命。這些部件通常要求較高的表面光潔度，以降低摩擦、磨損和噪音。
• 傳動系統： 變速箱、離合器等部件的表面粗糙度也需要控制，以確保傳動的平穩性和耐久性。
• 車身鈑金： 車身鈑金的表面粗糙度影響車輛的外觀和漆膜的附著力。
• 制動系統： 制動盤和剎車片等部件的表面粗糙度會影響制動效果和噪音。

一般而言，汽車產業對表面粗糙度的要求較高，特別是對於發動機和傳動系統的關鍵部件。

 

航空產業

• 飛機機身： 飛機機身的表面粗糙度會影響空氣阻力、雷達反射截面和疲勞強度。
• 發動機部件： 航空發動機的部件對表面粗糙度的要求極高，以確保發動機的高效率和可靠性。
• 儀器儀表： 航空儀器儀表的表面粗糙度會影響測量精度和可靠性。

航空產業對表面粗糙度的要求通常比汽車產業更高，因為航空產品的安全性要求極高。

 

機械產業

• 一般機械零件：
  • 表面粗糙度主要影響零件的磨損、疲勞強度和配合精度。
  • 如軸承、齒輪等運動副零件，要求表面光潔度高，以降低摩擦和磨損。
  • 一般工業用機械零件，對表面粗糙度的要求相對較低。
• 精密機械零件：
  • 如半導體設備、精密儀器等，對表面粗糙度的要求極高，以確保產品的精度和可靠性。

 

醫療產業

• 植入式醫療器械：
  • 人工關節、心臟瓣膜等植入式醫療器械，要求表面光潔度極高，以減少生物相容性問題，降低感染風險。
  • 表面粗糙度過大可能導致血栓形成或組織損傷。
• 醫療器械表面：
  • 手術器械、醫療影像設備等，要求表面光潔度適中，易於清潔消毒。
• 藥品接觸面：
  • 藥品接觸面要求表面光滑，無死角，以避免藥物殘留和微生物滋生。

如何量測表面粗糙度?
 
     接觸式粗糙度儀：以探針直接接觸物體表面，紀錄該物體表面至輪廓特偵，再經由濾波器得知表面粗糙度。如SJ系列


 

• 光學輪廓儀：
  • 利用光學干涉或共聚焦原理，測量樣品表面的三維形貌，從而獲得更詳細的表面資訊。
  • 優點： 高分辨率、非接觸式。
  • 缺點： 價格較高。

通常進行粗度量測時，需判斷要選取兩種參數(λc & 樣本數)
根據工件加工表面程度的不同，選取錯誤的截斷執會導致數據差異甚大。

簡單來說

λc = 一等分多長
樣本數 = 幾分

量測行程= λc * 樣本數
                 

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如何選取截斷值 λc  ?

1. 對於具有非週期性粗糙度曲線的目標面，從量測截面曲線推定未知的參數Ra、Rz
2. 根據所推定的未知參數Ra、Rz，從表1 至3 中的任一個表決定對應的基準長度（切斷值λc）。
3. 使用所決定的基準長度，量測粗糙度參數的值。
4. 根據求得的量測結果，若量測結果落在以表1 至3 求出的推定Ra 或Rz 的範圍內時，直接套用其切斷值，若超出 推定的Ra 或Rz 範圍，則將量測結果Ra 或Rz 變更為符合範圍的基準長度。
5. 使用先前步驟中決定的基準長度，針對所要求的參數進行量測


















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