表面纹理

表面纹理，也称为表面纹理或表面形貌，是由铺设、表面粗糙度和波纹度三个特征定义的表面性质。 它包括表面与完美平坦理想（真实平面）的微小局部偏差。

表面纹理是控制滑动过程中摩擦和传递层形成的重要因素之一。 人们已经付出了相当大的努力来研究表面纹理对滑动条件下摩擦和磨损的影响。 表面纹理可以是各向同性的或各向异性的。 有时，在滑动过程中可以观察到粘滑摩擦现象，这取决于表面纹理。

每个制造过程（例如多种机械加工）都会产生表面纹理。 该过程通常经过优化以确保生成的纹理可用。 如有必要，将添加一个额外的过程来修改初始纹理。 后一工艺可以是研磨（研磨切割）、抛光、研磨、喷砂、珩磨、放电加工（EDM）、铣削、光刻、工业蚀刻/化学铣削、激光纹理化或其他工艺。

布局是主要表面图案的方向，通常由所使用的生产方法决定。 该术语还用于表示纤维和绳股的缠绕方向。

表面粗糙度，通常简称为粗糙度，是对总间隔表面不规则度的量度。 在工程中，这就是通常所说的表面光洁度。 较低的数字构成更精细的不规则性，即更光滑的表面。

波纹度是对间距大于表面粗糙度的表面不规则性的量度。 这些不规则性通常是由于加工过程中的翘曲、振动或偏斜造成的。

表面纹理可以通过两种方式测量：接触法和非接触法。 接触方法包括在表面上拖动测量笔； 这些仪器称为轮廓仪。 非接触式方法包括：干涉测量法、共聚焦显微镜、焦距变化、结构光、电容、电子显微镜、原子力显微镜和摄影测量法。

在美国，表面光洁度通常使用 ASME Y14.36M 标准指定。 另一个通用标准是国际标准化组织 (ISO) 1302:2002，尽管该标准已被撤销以支持 ISO 21920-1:2021。

许多因素都会影响制造过程中的表面光洁度。 在成型过程中，例如模塑或金属成型，模具的表面光洁度决定了工件的表面光洁度。 在机械加工中，切削刃的相互作用和被切削材料的微观结构都有助于最终的表面光洁度。

通常，制造表面的成本随着表面光洁度的提高而增加。 任何给定的制造过程通常都经过充分优化，以确保生成的纹理可用于零件的预期应用。 如有必要，将添加一个额外的过程来修改初始纹理。 这个额外过程的费用必须通过以某种方式增加价值来证明是合理的——主要是更好的功能或更长的使用寿命。 如果粗糙度较低，与其他部件有滑动接触的部件可能会工作得更好或使用寿命更长。 如果审美改进提高了产品的可销售性，则可能会增加价值。

一个实际的例子如下。 飞机制造商与供应商签订合同制造零件。 为零件指定了一定等级的钢材，因为它对于零件的功能来说足够坚固和足够硬。 钢材是可加工的，但不是易加工的。

供应商决定铣削零件。 只要机械师在立铣刀中使用优质刀片并在每 20 个零件后更换刀片（而不是在更换刀片之前切割数百个零件），铣削就可以达到指定的粗糙度（例如 ≤ 3.2 μm）。 只要铣削做得足够好（正确的刀片、足够频繁的刀片更换和干净的冷却液），就不需要在铣削后添加第二次操作（例如研磨或抛光）。 刀片和冷却液要花钱，但研磨或抛光所产生的成本（更多的时间和额外的材料）的成本甚至会更高。 避免第二次操作导致较低的单位成本，从而降低价格。 供应商之间的竞争将这些细节从次要提升到至关重要。 以略微低效的方式（两次操作）以稍高的价格制造零件当然是可能的； 但是只有一个供应商可以拿到合同，所以效率上的微小差异被竞争放大为企业兴衰之间的巨大差异。