第4章表面粗糙度及檢測-2

1、第四章第四章 表面粗糙度及檢測表面粗糙度及檢測基本內(nèi)容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的評定、選用及標(biāo)注。重點(diǎn)內(nèi)容：表面粗糙度的評定、選用及標(biāo)注。難點(diǎn)內(nèi)容：表面粗糙度的評定、選用。第四章第四章 表面粗糙度及檢測表面粗糙度及檢測學(xué) 習(xí) 指 導(dǎo) 本章學(xué)習(xí)目的是掌握表面粗糙度輪廓的評定參數(shù)和標(biāo)注，為合理選用表面粗糙度輪廓打下基礎(chǔ)。 學(xué)習(xí)要求是從微觀幾何誤差的角度理解表面粗糙度輪廓的概念；了解表面粗糙度輪廓對機(jī)械零件使用性能的影響。理解規(guī)定取樣長度及評定長度的目的及中線的作用；掌握表面粗糙度輪廓的幅度參數(shù)及其檢測手段；了解表面粗糙度輪廓的間距特性參數(shù)；掌握表面粗糙度輪廓參數(shù)和參數(shù)值的選用原則和方

2、法。熟練掌握表面粗糙度輪廓技術(shù)要求在零件圖上標(biāo)注的方法。由于切削過程中的：由于切削過程中的：刀痕刀痕切屑分離時的塑性變形切屑分離時的塑性變形刀具和被加工表面間的摩擦刀具和被加工表面間的摩擦工藝系統(tǒng)中的高頻振動等。工藝系統(tǒng)中的高頻振動等。1、產(chǎn)生的原因及定義：、產(chǎn)生的原因及定義：加工表面上留下的凸凹不平的痕加工表面上留下的凸凹不平的痕跡，這些痕跡是由許多微小的凸跡，這些痕跡是由許多微小的凸峰和凹谷組成的，峰和凹谷組成的，其微小峰谷的其微小峰谷的高低以及細(xì)密程度構(gòu)成的微觀幾高低以及細(xì)密程度構(gòu)成的微觀幾何形狀特性稱為表面粗糙度。何形狀特性稱為表面粗糙度。表面粗糙度、表面波紋度、形狀誤差的劃分表面粗糙

3、度、表面波紋度、形狀誤差的劃分 零件表面的形貌可分為三種情況,它們的劃分，通常按相鄰兩波峰或波谷之間的距離，即按波距的大小來考慮：n表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，一般而言，波距小于1mm，大體呈周期變化。其波長和波高之比一般小于50。屬于微觀幾何形狀誤差。n表面波紋度：波距在110mm之間，呈周期性變化，波長和波高之比等于501000的不平程度稱為波紋度。會引起零件運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動、噪聲，特別是對旋轉(zhuǎn)零件（如軸承）的影響是相當(dāng)大的。n形狀誤差：波距在10mm以上，無明顯周期變化，波長和波高之比大于1000的不平程度屬于形狀誤差。 表面粗糙度與形狀誤差的區(qū)別：形狀誤差：宏觀幾何形狀

4、誤差。表面粗糙度：微觀幾何形狀誤差。3、表面粗糙度對零件使用性能和壽命的影響、表面粗糙度對零件使用性能和壽命的影響（1）影響零件的耐磨性）影響零件的耐磨性零件實(shí)際表面越粗糙，兩個相對運(yùn)動的表面峰頂間的實(shí)際有效接觸面積就越小，使單位面積上的壓力增大，零件運(yùn)動表面磨損加快。但是，如果表面過于光滑，不利于在該表面上儲存潤滑油，容易使運(yùn)動表面間形成半干摩擦甚至干摩擦，反而加劇磨損。3、表面粗糙度對零件使用性能和壽命的影響、表面粗糙度對零件使用性能和壽命的影響（2）影響零件的配合性質(zhì)）影響零件的配合性質(zhì)對間隙配合來說，表面粗糙則易磨損，使配合表面間的實(shí)際間隙逐漸增大；對過盈配合而言，粗糙表面輪廓的峰頂在

5、裝配時被擠平，實(shí)際有效過盈減小，降低了聯(lián)接強(qiáng)度，從而影響到配合性質(zhì)的穩(wěn)定性，降低機(jī)器的工作精度。（3）影響零件的疲勞強(qiáng)度）影響零件的疲勞強(qiáng)度零件表面越粗，表面微觀不平度的凹谷一般就越深，應(yīng)力集中就會越嚴(yán)重，零件在交變應(yīng)力作用下，零件疲勞損壞的可能性就越大，疲勞強(qiáng)度就越低。（4）影響零件的接觸剛度）影響零件的接觸剛度表面越粗糙，表面間的實(shí)際接觸面積就越小，會加劇峰頂處的局部塑性變形，使接觸剛性降低，影響機(jī)器的工作精度和抗振性。（5）影響零件的耐腐蝕性能）影響零件的耐腐蝕性能表面越粗糙，則越容易使腐蝕性物質(zhì)附著于表面的微觀凹谷，并滲入到金屬內(nèi)層，造成表面銹蝕。 此外，表面粗糙度對聯(lián)接的密封性、零件

6、的外觀質(zhì)量和表面涂層的質(zhì)量等都有很大的影響。 最早使用的國家標(biāo)準(zhǔn)（表面光潔度國家標(biāo)準(zhǔn)）最早使用的國家標(biāo)準(zhǔn)（表面光潔度國家標(biāo)準(zhǔn)）：GB 1031-68； GB 131-74 過去的標(biāo)準(zhǔn)過去的標(biāo)準(zhǔn)(表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)-舊標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn))：GB/T 3505-1983 表面粗糙度表面粗糙度術(shù)語、表面及其參數(shù)術(shù)語、表面及其參數(shù)GB/T 1031-1995 表面粗糙度表面粗糙度 參數(shù)及其數(shù)值參數(shù)及其數(shù)值GB/T 131-1993 機(jī)械制圖機(jī)械制圖 表面粗糙度符號、代號及其注法表面粗糙度符號、代號及其注法 現(xiàn)在實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)(表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)-新標(biāo)準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn))：G

7、B/T 3505-2006 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范 表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu) 輪廓法輪廓法 表面表面 結(jié)構(gòu)的、定義及參數(shù)結(jié)構(gòu)的、定義及參數(shù)GB/T 1031-1995 表面粗糙度表面粗糙度 參數(shù)及其數(shù)值參數(shù)及其數(shù)值GB/T 131-1993 機(jī)械制圖機(jī)械制圖 表面粗糙度符號、代號及其注法表面粗糙度符號、代號及其注法4.1 表面粗糙度表面粗糙度4.1.1 表面粗糙度評定參數(shù)及其數(shù)值表面粗糙度評定參數(shù)及其數(shù)值1.術(shù)語及定義術(shù)語及定義(1) c濾波器濾波器：是確定粗糙度與波紋度成分之間相交界限的濾波器。而濾波器是除去某些波長成分而保留所需表面成分的處理方法。當(dāng)測量信號通過c濾波器后將抑制波紋度的影

8、響。(2) 粗糙度輪廓粗糙度輪廓：是對零件表面的原始輪廓采用c濾波器抑制長波成分以后形成的輪廓。粗糙度輪廓粗糙度輪廓波紋度輪廓波紋度輪廓宏觀形狀輪廓宏觀形狀輪廓實(shí)際表面輪廓實(shí)際表面輪廓(3) 輪廓中線輪廓中線m： 評定表面粗糙度數(shù)值的基準(zhǔn)線。它是具有與被測表面幾何形狀一致的幾何輪廓形狀，并將被測輪廓加以劃分的線。有兩種中線：輪廓的最小二乘中線輪廓的最小二乘中線m：在取樣長度內(nèi)，使輪廓上各：在取樣長度內(nèi)，使輪廓上各點(diǎn)至該線的距離平方和為最小。即：點(diǎn)至該線的距離平方和為最小。即：min12niiyy1y2yn-1ynlm輪廓算術(shù)平均中線輪廓算術(shù)平均中線m：在取樣長度內(nèi)，將實(shí)際輪廓劃分上：在取樣長度

9、內(nèi)，將實(shí)際輪廓劃分上下兩部分，且使上下面積相等的直線下兩部分，且使上下面積相等的直線 。即：。即： F1+F2+Fn= G1+G2+GmLF1F2y=f(x)FnG1G2Gmx0(4) (4) 取樣長度取樣長度l l( (新標(biāo)準(zhǔn)中用新標(biāo)準(zhǔn)中用lr)lr)：定義：定義：評定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長度，它在輪廓總的走向上量取。作用：作用：為了限制和減弱表面波紋度對表面粗糙測量結(jié)果的影響表面波紋度對表面粗糙測量結(jié)果的影響取法：取法：一般在一個取樣長度內(nèi)應(yīng)包含個以上的波峰和波谷。(5) (5) 評定長度評定長度l ln n( (新標(biāo)準(zhǔn)中用新標(biāo)準(zhǔn)中用ln)ln)： 定義：定義：在評定或測量表面輪廓

10、時所必需的一段長度。作用：作用：反映加工表面的不均勻性。取法：取法： 最小的評定長度等于取樣長度；由5個連續(xù)取樣長度構(gòu)成的評定長度為標(biāo)準(zhǔn)的評定長度。中線中線lnl取樣長度取樣長度l和評定長度和評定長度ln llll 0.0080.020.020.10.12.02.010.010.080.0Ra/ mRz/ mlr/mmln/mm 0.0250.100.100.500.5010.010.050.050.0320.00.080.250.802.508.00.41.254.012.540.0常用取樣長度及評定長度常用取樣長度及評定長度國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定表面粗糙度的參數(shù)由高度參數(shù)、間距參數(shù)和綜合參數(shù)所組成。

11、高度參數(shù)有三個指標(biāo)參數(shù)：(1)輪廓算術(shù)平均偏差Ra（新標(biāo)準(zhǔn)中用Ra）(2)微觀不平度10點(diǎn)高度Rz （新標(biāo)準(zhǔn)沒有）(3)輪廓最大高度Ry（新標(biāo)準(zhǔn)中用Rz）高度參數(shù)是表面粗糙度的基本參數(shù)。在實(shí)際表面粗糙度評定中，如無特殊要求，一般使用高度參數(shù)中的輪廓算術(shù)平均偏差Ra。2. 評定參數(shù)評定參數(shù) 在取樣長度內(nèi)，被測實(shí)際輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線距離絕對值的算術(shù)平均值，即dxxylRla0)(1niiaynR11y1y2yn-1ynm輪廓算術(shù)平均偏差輪廓算術(shù)平均偏差Ra： 在取樣長度內(nèi)個最大的輪廓峰高ypi平均值與5個最大輪廓谷深yvi平均值之和。微觀不平度微觀不平度10點(diǎn)高度值點(diǎn)高度值Rzn 特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

12、簡單、直觀優(yōu)點(diǎn)：簡單、直觀缺點(diǎn)：不反映形狀缺點(diǎn)：不反映形狀55151iviipizyyR 在取樣長度內(nèi)，輪廓的峰頂線和谷底線之間的距離。峰頂線和谷底線平行于中線且分別通過輪廓最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。 Ry =ypmax+yvmaxRy輪廓最大高度輪廓最大高度Ry高度參數(shù)不能完全反映出零件表面粗糙度的特征。國家標(biāo)準(zhǔn)另外規(guī)定了間距參數(shù)和綜合參數(shù)。間距參數(shù)有兩個指標(biāo)參數(shù)：(1)輪廓單峰平均間距S（新標(biāo)準(zhǔn)沒有）(2)輪廓微觀不平度的平均間距Sm（新標(biāo)準(zhǔn)中用RSm）ll輪廓單峰平均間距輪廓單峰平均間距S 取樣長度內(nèi)，輪廓上相鄰單峰沿中線m方向間距Si的平均值。nSinS11輪廓微觀不平度的平均間距輪廓微觀不平度

13、的平均間距Sm 含有一個輪廓峰和相鄰輪廓谷的一段中線長度Smi稱為輪廓微觀不平度間距。在取樣長度內(nèi)輪廓微觀不平度間距Smi的平均值，就是輪廓微觀不平度平均間距Sm。nSminSm11綜合參數(shù)有一個指標(biāo)參數(shù)：綜合參數(shù)有一個指標(biāo)參數(shù)：輪廓支承長度率輪廓支承長度率tp（新標(biāo)準(zhǔn)中用（新標(biāo)準(zhǔn)中用Rmr(c)） 綜合參數(shù)與表面粗糙度的形狀有關(guān)，它影響表面的耐磨程度。 輪廓支承長度率輪廓支承長度率t tp p： 平行于中線且與輪廓峰頂線相距為C的直線與輪廓相截所得各截線bi之和，稱為輪廓。 與取樣長度l之比的百分?jǐn)?shù)值就是 。tp表示了耐磨擦、磨損的程度水平截距c值可用微米或c與Ry的比值百分?jǐn)?shù)值表示：5，1

14、0，15，20，25，30，40，50，60，70，80，90%tp表示的大小反映了輪廓表面峰谷的形狀。其值越大，表面實(shí)體材料越長，接觸剛度和耐磨性越好。%1001%1001npbillntp3.評定參數(shù)的數(shù)值評定參數(shù)的數(shù)值 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定表面粗糙度的數(shù)值應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用：當(dāng)輪廓算術(shù)平均偏差Ra為0.0256.3m或Rz為0.10025m范圍時，應(yīng)優(yōu)先選用Ra參數(shù)。Rz的選用適用于現(xiàn)在工廠的儀器，因工廠多數(shù)只能測量Rz參數(shù)。當(dāng)Ra0.025m或Ra6.3m時，用光學(xué)儀器測量比較適合，因此也選用Rz參數(shù)。Ra( m m)0.0120.23.2500.0250.46.31000.050.812.50.1

15、1.625見書表見書表4-24-2、4-34-3、4-44-4、4-54-5、4-64-64.1.2 表面粗糙度符號、代號及標(biāo)注表面粗糙度符號、代號及標(biāo)注(e)bC (f)a1a2da1，a2 粗糙度幅度參數(shù)代號及粗糙度幅度參數(shù)代號及其數(shù)值（其數(shù)值（mm）；）；b 加工方法、鍍涂或其他表面加工方法、鍍涂或其他表面處理及說明等；處理及說明等；c 取樣長度（取樣長度（mm）；）；d 加工紋理方向符號；加工紋理方向符號； e 加工余量（加工余量（mm）；）； f 粗糙度間距參數(shù)值粗糙度間距參數(shù)值(S,Sm) 與與輪廓支承長度率（輪廓支承長度率（tp） n GB 131-1983與與GB/T 131-

16、1993標(biāo)注的比較標(biāo)注的比較3.23.2max3.2GB 131-83：Ra 3.2m為最大允許值為最大允許值GB 131-93：Ra 3.2m為上限值為上限值GB 131-93：Ra 3.2m為最大允許值為最大允許值GB 131-93規(guī)定：規(guī)定：當(dāng)允許在表面粗糙度參數(shù)的所有實(shí)測值中，當(dāng)允許在表面粗糙度參數(shù)的所有實(shí)測值中，超過規(guī)定值的個超過規(guī)定值的個數(shù)少于總數(shù)的數(shù)少于總數(shù)的16%16%時，時，應(yīng)在圖中標(biāo)注表面粗糙度參數(shù)的應(yīng)在圖中標(biāo)注表面粗糙度參數(shù)的上限值或上限值或下限值；下限值；當(dāng)要求在表面粗糙度參數(shù)當(dāng)要求在表面粗糙度參數(shù)所有實(shí)測值不允許超過規(guī)定值時所有實(shí)測值不允許超過規(guī)定值時，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注

17、表面粗糙度應(yīng)在圖樣上標(biāo)注表面粗糙度參數(shù)的最大值或最小值參數(shù)的最大值或最小值。 表面粗糙度標(biāo)注說明：標(biāo)注時將其標(biāo)注在可見輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長線上，符號的尖端必須從材料外指向被注表面；高度參數(shù)：當(dāng)選用Ra時，只需在代號中標(biāo)出其參數(shù)值，“Ra”本身可以省略；當(dāng)選用Rz或Ry時，參數(shù)和參數(shù)值都應(yīng)標(biāo)出；當(dāng)允許實(shí)測值中，超過規(guī)定值的個數(shù)少于總數(shù)的16%時，應(yīng)在圖中標(biāo)注上限值和下限值；當(dāng)所有實(shí)測值不允許超過規(guī)定值時，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注最大值或最小值；取樣長度：如按國標(biāo)選用，則可省略標(biāo)注；表面加工紋理方向：指表面微觀結(jié)構(gòu)的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要時才規(guī)定。常見加工紋理方向符

18、號如下： =（紋理平行于標(biāo)注代號） （紋理垂直于標(biāo)注代號） X（紋理呈兩相交的方向） M（紋理呈近似各個方向） C（紋理呈近似同心圓） R（紋理呈近似放射狀） P（紋理無方向或凸起的細(xì)粒狀）b)c)d)a)0.86.3銑銑3.23.2(5)3.2a）按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選用對應(yīng)取樣長度時，則在圖樣上省按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選用對應(yīng)取樣長度時，則在圖樣上省略標(biāo)注，否則應(yīng)按上圖所示方法標(biāo)注取樣長度，圖略標(biāo)注，否則應(yīng)按上圖所示方法標(biāo)注取樣長度，圖中取樣長度取值為中取樣長度取值為0.8 mm。 b）如果某表面的粗糙度要求按指定的加工方法如果某表面的粗糙度要求按指定的加工方法(如如銑削銑削)獲得時、可用文字標(biāo)注。獲得時、可用

19、文字標(biāo)注。c）如果需要標(biāo)注加工余量如果需要標(biāo)注加工余量(假設(shè)加工總余量為假設(shè)加工總余量為5mm)，應(yīng)將其標(biāo)注在相應(yīng)位置。應(yīng)將其標(biāo)注在相應(yīng)位置。d）如果需要控制表面加工紋理方向時，加注加工紋如果需要控制表面加工紋理方向時，加注加工紋理方向符號。理方向符號。303012.512.53.23.23.2f f其余其余2512.50.460M45c1.63.23.2f ff f 表面粗糙度參數(shù)值的選擇原則是：既要滿足零件表面的功能要求，也要考慮到經(jīng)濟(jì)性。 一般原則：一般原則：1. 在滿足表面功能要求的情況下，盡量選用較大的表面粗糙度參數(shù)值。2. 同一零件上，工作表面的粗糙度參數(shù)值小于非工作表面的粗糙度參

20、數(shù)值。3. 摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要??；滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要??；運(yùn)動速度高，單位壓力大的摩擦表面應(yīng)比運(yùn)動速度低，單位壓力小的摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要小。4.2 零件表面粗糙度參數(shù)值的選擇零件表面粗糙度參數(shù)值的選擇1.零件表面粗糙度評定原則：零件表面粗糙度評定原則：4. 受循環(huán)載荷的表面及易引起應(yīng)力集中的部分（如圓角、溝槽），表面粗糙度參數(shù)值要小。5. 配合性質(zhì)要求高的結(jié)合表面、配合間隙小的配合表面以及要求連接可靠、受重載的過盈配合表面等，都應(yīng)取較小的粗糙度參數(shù)值。6. 配合性質(zhì)相同，零件尺寸愈小則表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)愈小；同一精度等級，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表

21、面粗糙度參數(shù)值要小。n在常用值范圍內(nèi)(Ra為0.0256.3mm，Rz為0.125mm)，普遍采用Ra作為評定參數(shù)。n采用Rz作為評定參數(shù)的原因是：一方面，由于觸針式輪廓儀功能的限制，不適應(yīng)于極光滑表面和粗糙表面；另一方面，對測量部位小、峰谷少或有疲勞強(qiáng)度要求的零件表面，選用Rz作為評定參數(shù)，方便、可靠。2. 零件表面粗糙度評定參數(shù)的選擇：零件表面粗糙度評定參數(shù)的選擇：n表面粗糙度評定參數(shù)中，Ra、Rz 兩個高度參數(shù)為基本參數(shù)，S、 Sm為兩個附加參數(shù)。這些參數(shù)分別從不同角度反映了零件的表面特征，但都存在著不同程度的不完整性。因此，在選用時要根據(jù)零件的功能要求、材料性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及測量條件等情

22、況適當(dāng)選擇一個或幾個評定參數(shù)。 n當(dāng)測量面積很小時，如頂尖、刀具的刃部、儀表的小元件的表面，可選用Ry值。n應(yīng)考慮尺寸公差、形狀公差、表面粗糙度三者之間的關(guān)系一般尺寸公差、形狀公差小時，表面粗糙度參數(shù)值也小，但三者之間并不存在確定的函數(shù)關(guān)系。如機(jī)床的手輪或手柄。在正常的工藝條件下，三者之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)形狀公差為T，尺寸公差為IT，它們之間的關(guān)系可參照以下對應(yīng)關(guān)系：若T0.6 IT，則Ra0.05 IT； Rz 0.2 IT若T0.5 IT，則Ra0.04 IT； Rz 0.1 IT若T0.4 IT，則Ra0.025 IT； Rz 0.1 IT若T0.25 IT，則Ra0.012 IT； Rz 0.05 IT若T0.25 IT，則Ra0.15 T； Rz 0.6 T 4.3 表面粗糙度的測量表面粗糙度的測量n比較法：比較法：將被測表面和表面粗糙度樣板直接進(jìn)行比較，多用于車間，評定表面粗糙度值較大的工件。n光切法：光切法：利用光切原理，用雙管顯微鏡測量。常用于測量Rz為0.560m。n干涉法：干涉法：利用光波干涉原理，用干涉顯微鏡測量?？蓽y量Rz和Ry值。干涉法通常用于測定0.8m0.025m的Rz值。n印模法：印模法：利用石臘、低熔點(diǎn)合金或其它印模材料，壓印在被測零件表面，放在顯微鏡