光学超精密加工中表面粗糙度和表面清洁度的区别

上海荧沃光电科技有限公司专注高端非球面光学透镜逾十年,特别是用于虚拟现实头盔和3D视频眼镜的PMMA, PC, COC塑料非球面成像透镜和铝合金离轴抛物镜,中空角锥反射镜,双曲面反射镜等。经常有客户问到表面粗糙度和表面清洁度的区别。

1、表面粗糙度(surface roughness)
加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。它是互换性研究的问题之一。表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的,例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。由于加工方法和工件材料的不同,被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系,对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。般标注采用Ra。
Ra(轮廓算术平均偏差):在取样长度L内轮廓偏距***值的算术平均值。
2、表面光洁度
表面粗糙度的另一称法。表面光洁度是按人的视觉观点提出来的,而表面粗糙度是按表面微观几何形状的实际提出来的。80年代后,为与国际标准(ISO)接轨,中国采用表面粗糙度而废止了表面光洁度.在表面粗糙度国家标准GB3505-83、GB1031-83颁布后,表面光洁度的已不再采用。
其实,两者主要是名字不同,且有相应的对照表.粗糙度有测量的计算公式,而光洁度只能用样板规对照,相对来说,用粗糙度表示更科学严谨了。
3、表面光洁度与表面粗糙度对照表

光洁度(旧标) 粗糙度
级别 Ra(μm) Ra(μm)
方案1 方案2 方案3
▽1 40~80 50 100 80
▽2 20~40 25 50 40 表面状况=明显可见的刀痕
加工方法=粗车、镗、刨、钻
应用举例=粗加工后的表面,焊接前的焊缝、粗钻孔壁等
▽ 3 10~20 12.5 25 20 表面状况=可见刀痕
加工方法=粗车、刨、铣、钻
应用举例=一般非结合表面,如轴的端面、倒角、齿轮及皮带轮的侧面、键槽的非工作表面,减重孔眼表面
▽4 5~10 6.3 12.5 10 表面状况=可见加工痕迹
加工方法=车、镗、刨、钻、铣、锉、磨、粗铰、铣齿
应用举例=不重要零件的配合表面,如支柱、支架、外壳、衬套、轴、盖等的端面。紧固件的自由表面,紧固件通孔的表面,内、外花键的非定心表面,不作为计量基准的齿轮顶圈圆表面等
▽5 2.5~5 3.2 6.3 5 表面状况=微见加工痕迹
加工方法=车、镗、刨、铣、刮1~2点/cm^2、拉、磨、 锉、滚压、铣齿
应用举例=和其他零件连接不形成配合的表面,如箱体、外壳、端盖等零件的端面。要求有定心及配合特性的固定支承面如定心的轴间,键和键槽的工作表面。不重要的紧固螺纹的表面。需要滚花或氧化处理的表面
▽6 1.25~2.5 1.6 3.2 2.5 表面状况=看不清加工痕迹
加工方法=车、镗、刨、铣、铰、拉、磨、滚压、刮1~2点/cm^2铣齿
应用举例=安装直径超过80mm的G级轴承的外壳孔,普通精度齿轮的齿面,定位销孔,V型带轮的表面,外径定心的内花键外径,轴承盖的定中心凸肩表面
▽7 0.63~1.25 0.8 1.6 1.25 表面状况=可辨加工痕迹的方向
加工方法=车、镗、拉、磨、立铣、刮3~10点/cm^2、滚压
应用举例=要求保证定心及配合特性的表面,如锥销与圆柱销的表面,与G级精度滚动轴承相配合的轴径和外壳孔,中速转动的轴径,直径超过80mm的E、D级滚动轴承配合的轴径及外壳孔,内、外花键的定心内径,外花键键侧及定心外径,过盈配合IT7级的孔(H7),间隙配合IT8~IT9级的孔(H8,H9),磨削的齿轮表面等
▽8 0.32~0.63 0.4 0.8 0.63 表面状况=微辨加工痕迹的方向
加工方法=铰、磨、镗、拉、刮3~10点/cm^2、滚压
应用举例=要求长期保持配合性质稳定的配合表面,IT7级的轴、孔配合表面,精度较高的齿轮表面,受变应力作用的重要零件,与直径小于80mm的E、D级轴承配合的轴径表面、与橡胶密封件接触的轴的表面,尺寸大于120mm的IT13~IT16级孔和轴用量规的测量表面
▽9 0.16~0.32 0.2 0.4 0.32 表面状况=不可辨加工痕迹的方向
加工方法=布轮磨、磨、研磨、超级加工
应用举例=工作时受变应力作用的重要零件的表面。保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性,并在工作时不破坏配合性质的表面,如轴径表面、要求气密的表面和支承表面,圆锥定心表面等。IT5、IT6级配合表面、高精度齿轮的表面,与G级滚动轴承配合的轴径表面,尺寸大于315mm的IT7~IT9级级孔和轴用量规级尺寸大于120~315mm的IT10~IT12级孔和轴用量规的测量表面等
▽10 0.08~0.16 0.1 0.2 0.16 表面状况=暗光泽面
加工方法=超级加工
应用举例=工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面。保证精确定心的锥体表面。液压传动用的孔表面。汽缸套的内表面,活塞销的外表面,仪器导轨面,阀的工作面。尺寸小于120mm的IT10~IT12级孔和轴用量规测量面等
▽11 0.004~0.08 0.05 0.1 0.08
▽12 0.02~0.04 0.025 0.05 0.04
▽13 0.01~0.02 0.012 0.025 0.02
▽14 <0.01 0.006 0.012 0.01

 Ra:轮廓算术平均偏差值
*.方案1的Ra与旧国标各等级的平均值相近,能保证产品质量,建议用于重要表面.
**.方案2的Ra比旧国标的各等级上限大25%,其经济性较好,建议用于不太重要的表面.
***.方案3的Ra与旧国标各等级上限一致,当提高产品的制造精度有困难,而降低又不能保证功能时采用.

我们上海荧沃目前所做的光学超精密加工项目中,一般表面粗糙度能达到5nm,其中粗糙度为10nm已经达到镜面效果,是性价比*高的。

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