互换性与技术测量表面结构PPT学习教案

1、会计学1互换性与技术测量表面结构互换性与技术测量表面结构2021-10-152/58本章学习内容本章学习内容4.3 表面粗糙度参数表面粗糙度参数4.4 表面粗糙度的表示法表面粗糙度的表示法4.2 术语和定义术语和定义4.1 概述概述4.5 表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用4.6 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量第1页/共58页2021-10-153/58本章所参照的主要国家标准本章所参照的主要国家标准GB/T 3505-2009 产品几何技术规范产品几何技术规范(GPS) 表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 术语、定术语、定义及表面结构参数义及表面结构参数 GB/T 1031-2009 产品几何技

2、术规范产品几何技术规范(GPS) 表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 表面粗糙表面粗糙度参数及其数值度参数及其数值GB/T 131-2006 产品几何技术规范产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的技术产品文件中表面结构的表示法表示法新新标标准准GB/T 1031-1995 表面粗糙度表面粗糙度 参数及其数值参数及其数值GB/T 131-1993 机械制图机械制图 表面粗糙度符号、代号及注法表面粗糙度符号、代号及注法GB/T 3505-2000产品几何技术规范产品几何技术规范 表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 表面结构的术语表面结构的术语、定义及参数、定义及参数 GB/T 7220-20

3、04 产品几何技术规范产品几何技术规范(GPS) 表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 表面粗糙表面粗糙度度 术语术语 参数参数 测量测量 旧旧标标准准第2页/共58页2021-10-154/584.1.1 表面结构表面结构4.1 概述概述General Description 表面结构是由实际表面的表面结构是由实际表面的重复或偶然的偏差所形成的重复或偶然的偏差所形成的表面三维形貌，包括表面粗表面三维形貌，包括表面粗糙度、表面波纹度、形状误糙度、表面波纹度、形状误差、纹理方向和表面缺陷。差、纹理方向和表面缺陷。表面轮廓表面轮廓(形状误差、波纹度、表面粗糙度形状误差、波纹度、表面粗糙度)表面缺陷表面缺

4、陷表面结构表面结构第3页/共58页2021-10-155/58 在加工、使用或储存期间，非故意或偶然生成的实际表在加工、使用或储存期间，非故意或偶然生成的实际表面的单元体、成组的单元体或不规则体。面的单元体、成组的单元体或不规则体。4.1.2 表面缺陷表面缺陷(surface imperfection)破裂破裂 毛孔毛孔 裂缝裂缝 擦痕擦痕 窝陷窝陷 砂眼砂眼 凹缺陷凹缺陷 第4页/共58页2021-10-156/58凸缺陷凸缺陷 树瘤树瘤 疱疤疱疤 飞边飞边 缝脊缝脊 夹杂物夹杂物 氧化皮氧化皮 第5页/共58页2021-10-157/58环形坑环形坑 划痕划痕 切削残余切削残余 混合表面缺

5、陷混合表面缺陷 腐蚀腐蚀 裂纹裂纹 斑点斑点区域和外观缺陷区域和外观缺陷 第6页/共58页2021-10-158/584.1.3 表面轮廓表面轮廓(surface profile) 一个指定平面与实际表面相交所得到的轮廓。一个指定平面与实际表面相交所得到的轮廓。10mm=11010mm 形状误差形状误差=110mm 表面波纹度表面波纹度1mm 表面粗糙度表面粗糙度第7页/共58页2021-10-159/58测量表面轮廓的轮廓法测量表面轮廓的轮廓法原始原始轮廓轮廓波纹度波纹度轮廓轮廓粗糙度粗糙度轮廓轮廓第8页/共58页2021-10-1510/584.1.4 表面粗糙度对零件功用的影响表面粗糙度

6、对零件功用的影响 影响零件的耐磨性影响零件的耐磨性 影响配合性质的稳定性影响配合性质的稳定性 影响零件的疲劳强度影响零件的疲劳强度 影响零件的抗腐蚀性影响零件的抗腐蚀性 影响零件的密封性影响零件的密封性 其他影响：对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导其他影响：对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。 对于间隙配合，相对运动的表面因其粗糙不平而迅速磨损，对于间隙配合，相对运动的表面因其粗糙不平而迅速磨损，致使间隙增大；对于过盈配合，表面轮廓峰顶在装配时容易被致使间隙增大；对于过盈配合，表面轮廓峰顶在装配时

7、容易被挤平，使实际有效过盈量减小，致使联接强度降低。挤平，使实际有效过盈量减小，致使联接强度降低。n 零件表面越粗糙，凹痕就越深，当零件承受交变荷载时，对应力零件表面越粗糙，凹痕就越深，当零件承受交变荷载时，对应力集中很敏感。使疲劳强度降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。集中很敏感。使疲劳强度降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。表面越粗糙，越容易将腐蚀物存于谷中，造成对工件表面的腐蚀。表面越粗糙，越容易将腐蚀物存于谷中，造成对工件表面的腐蚀。 粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间有缝隙，粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间有缝隙，影响密封性。因此，提高表面粗糙度，可提高其密封性

8、。影响密封性。因此，提高表面粗糙度，可提高其密封性。第9页/共58页2021-10-1511/584.2 术语和定义术语和定义Terminologies and Definitions混合参数混合参数1个个间距参数间距参数1个个幅度参数幅度参数9个个几何参数术语几何参数术语14个个一般术语一般术语16个个表面轮廓参数表面轮廓参数定义定义16个个一般术语和一般术语和几何参数术语几何参数术语术语术语和和定义定义曲线和相关参数曲线和相关参数5个个第10页/共58页2021-10-1512/584.2.1 轮廓滤波器轮廓滤波器(profile filter)用轮廓法测量表面轮廓时，把轮廓分为长波和短波

9、的滤波器。用轮廓法测量表面轮廓时，把轮廓分为长波和短波的滤波器。 s 轮廓滤波器轮廓滤波器 确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。 c 轮廓滤波器轮廓滤波器 确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。 f 轮廓滤波器轮廓滤波器 确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器。确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器。第11页/共58页2021-10-1513/58c c波长波长 f fs s 波长波长 c波长波长

10、s第12页/共58页2021-10-1514/584.2.2 表面轮廓与轮廓参数表面轮廓与轮廓参数 原始轮廓原始轮廓(primary profile)P轮廓轮廓 经过经过s 轮廓滤波器后的总轮廓。轮廓滤波器后的总轮廓。 粗糙度轮廓粗糙度轮廓(roughness profile)R轮廓轮廓 对原始轮廓采用对原始轮廓采用c 轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。 波纹度轮廓波纹度轮廓(waviness profile)W轮廓轮廓 对原始轮廓连续对原始轮廓连续应用应用f 和和c 两个两个轮廓轮廓滤波器以后形成的轮廓。滤波器以后形成的轮廓。在原始轮廓上计算得到在原

11、始轮廓上计算得到的参数称为的参数称为P参数。参数。在粗糙度轮廓上计算得在粗糙度轮廓上计算得到的参数称为到的参数称为R参数。参数。在波纹度轮廓上计算得在波纹度轮廓上计算得到的参数称为到的参数称为W参数。参数。第13页/共58页2021-10-1515/58 以下仅对粗糙度轮廓上的术语、以下仅对粗糙度轮廓上的术语、参数参数(基本符号为基本符号为R)以及设计等有关以及设计等有关情况加以介绍。情况加以介绍。第14页/共58页2021-10-1516/584.2.3 取样长度和评定长度取样长度和评定长度 规定取样长度的目的是为了限制或削弱测量、评定表面粗糙度时波规定取样长度的目的是为了限制或削弱测量、评

12、定表面粗糙度时波纹度以及形状误差的影响。纹度以及形状误差的影响。 评定表面粗糙度时的取样长度在数值上等于评定表面粗糙度时的取样长度在数值上等于c轮廓滤波器的截止波轮廓滤波器的截止波长。取样长度的数值应从国家标准规定的系列值选取。长。取样长度的数值应从国家标准规定的系列值选取。 取样长度取样长度(sampling length)lr 在在X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。说明：说明：第15页/共58页2021-10-1517/58 评定长度评定长度(evaluation length)ln 用于评定被评定轮廓的用于评定被评定轮廓的X轴方向上的轴方向上的

13、(总总)长度。长度。 评定长度是连续的几个取样长度。规定评定长度的目的是为了限制评定长度是连续的几个取样长度。规定评定长度的目的是为了限制或削弱评定表面粗糙度时粗糙度轮廓特性不均匀性影响。或削弱评定表面粗糙度时粗糙度轮廓特性不均匀性影响。 评定长度的数值应从国家标准规定的系列值选取。测量评定长度的数值应从国家标准规定的系列值选取。测量Ra或或Rz时，时，一般情况下取一般情况下取ln = 5lr；当被测表面均匀性较好时可取；当被测表面均匀性较好时可取ln 5lr。说明：说明：第16页/共58页2021-10-1518/58取样长度取样长度 lr 和评定长度和评定长度 ln第17页/共58页202

14、1-10-1519/584.2.4 中线中线(mean line) 中线穿过粗糙度轮廓，是用来确定粗糙度参数的基准线。它是用中线穿过粗糙度轮廓，是用来确定粗糙度参数的基准线。它是用c轮廓滤波器抑制长波成分后形成的轮廓的中线轮廓滤波器抑制长波成分后形成的轮廓的中线最小二乘中线。最小二乘中线。 具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。注：注：用用c轮廓滤波器滤波后，可认为最小二乘中线的方向就是轮廓滤波器滤波后，可认为最小二乘中线的方向就是X方向。方向。min)(2 xZi 最小二乘中线满足最小二乘中线满足 ，是唯一的。，是唯一的。在取样长度内，使轮廓线上各点轮廓偏距

15、在取样长度内，使轮廓线上各点轮廓偏距Zi的平方和最小的线。的平方和最小的线。第18页/共58页2021-10-1520/584.3 表面粗糙度参数表面粗糙度参数Surface Roughness Parameters 新国家标准中规定的关于表面粗糙度的常用参数有新国家标准中规定的关于表面粗糙度的常用参数有4个个。 幅度参数幅度参数 间距参数间距参数 曲线和相关参数曲线和相关参数 轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差Ra 轮廓的最大高度轮廓的最大高度Rz 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度Rsm 轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr(c)第19页/共58页2021-10-1521/584.3

16、.1 轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差Ra(arithmetical mean deviation of the profile) 在一个取样长度内纵坐标值在一个取样长度内纵坐标值Z(x)绝对值的算术平均值。绝对值的算术平均值。 lrdxxZlrRa0)(1第20页/共58页2021-10-1522/58 Ra实际上是对粗糙度轮廓信号进行整流、滤波后得到的实际上是对粗糙度轮廓信号进行整流、滤波后得到的结果，反映的是轮廓峰高、谷深的平均值。结果，反映的是轮廓峰高、谷深的平均值。第21页/共58页2021-10-1523/584.3.2 轮廓的轮廓的最大高度最大高度Rz (maximum he

17、ight of profile) 在一个取样长度内在一个取样长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和。 iiZvZpRvRpRzmaxmax 第22页/共58页2021-10-1524/58注：注：旧原标准中的旧原标准中的“轮廓最大高度轮廓最大高度”用用 Ry 表示，表示，Rz 表示表示的是的是“微观不平度十点高度微观不平度十点高度”(新标准无此参数新标准无此参数)。 一般情况下，一般情况下，表面粗糙度参数表面粗糙度参数可可从轮廓的算术平均偏从轮廓的算术平均偏差差 Ra、轮廓的最大高度轮廓的最大高度 Rz 之间选取其一。之间选取其一。 在幅度参数在幅度参数(峰和谷

18、峰和谷)常用的参数值范围内常用的参数值范围内(Ra 为为0.0256.3m, Rz 为为0.125m)，推荐优先选用推荐优先选用 Ra。 根据表面功能的需要，除表面粗糙度高度参数根据表面功能的需要，除表面粗糙度高度参数(Ra、Rz)外可选用下外可选用下面两个面两个附加参数附加参数。当零件表面有抗疲劳破坏要求时，可对其当零件表面有抗疲劳破坏要求时，可对其 Rz 提出适当要求。提出适当要求。第23页/共58页2021-10-1525/584.3.3 轮廓轮廓单元单元的的平均宽度平均宽度Rsm(mean width of the profile elements) 在一个取样长度内在一个取样长度内轮

19、廓单元宽度轮廓单元宽度 Xs 的平均值的平均值。 miiXsmRsm11第24页/共58页2021-10-1526/584.3.4 轮廓轮廓支承长度率支承长度率Rmr(c)(material ratio of the profile) 在在给定水平截面高度给定水平截面高度 c 上轮廓的实体材料长度上轮廓的实体材料长度Ml(c)与评与评定长度的比率定长度的比率。%100)()( nlcMlcRmr第25页/共58页2021-10-1527/58 Rmr(c)反映表面的耐磨性。在相同的水平截面高度反映表面的耐磨性。在相同的水平截面高度 c 上上，Rmr(c)越大，耐磨性越好。试比较：越大，耐磨性越

20、好。试比较：第26页/共58页2021-10-1528/58Ra0.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差Ra的数值的数值 (m)Rz0.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.525501002004008001600轮廓的最大高度轮廓的最大高度Rz的数值的数值 (m)第27页/共58页2021-10-1529/58Rsm0.0060.012 50.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.5轮廓的单元平均宽度轮廓的单元平均宽度Rsm的数值的数值 (mm)Rmr(c

21、)1015202530405060708090轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr(c)的数值的数值 (%)第28页/共58页2021-10-1530/584.4 表面粗糙度的表示法表面粗糙度的表示法Indication of Surface Roughness第29页/共58页2021-10-1531/586060H1 1.4hh 字高字高数字与字母高度数字与字母高度符号的线宽符号的线宽高度高度H1高度高度H22.50.253.57.570.710211011430（最小值）（最小值） 基本图形符号基本图形符号 扩展图形符号扩展图形符号去除材料去除材料不去除材料不去除材料4.4.1 标注表

22、面粗糙度的图形符号标注表面粗糙度的图形符号第30页/共58页2021-10-1532/58 完整图形符号完整图形符号去除材料去除材料不去除材料不去除材料允许任何工艺允许任何工艺 工件轮廓各表面的图形符号工件轮廓各表面的图形符号第31页/共58页2021-10-1533/584.4.2 表面粗糙度完整图形符号的组成表面粗糙度完整图形符号的组成位置位置a 注写单一表面注写单一表面粗糙度粗糙度要求要求。 在完整符号中，对表面在完整符号中，对表面粗糙度粗糙度的单一要的单一要求和补充要求应注写在图示的指定位置。求和补充要求应注写在图示的指定位置。位置位置b 注写注写第第2个或其他多个个或其他多个表面表面

23、粗糙度粗糙度要求。要求。位置位置c 注写注写加工方法加工方法(车、磨等车、磨等) 、表面处理、涂层或其他工艺要求、表面处理、涂层或其他工艺要求。位置位置d 注写注写表面纹理和方向，如表面纹理和方向，如“”、“”、“M”等。等。位置位置e 注写注写所要求的加工余量，以所要求的加工余量，以mm为单位给出数值。为单位给出数值。第32页/共58页2021-10-1534/58表面粗糙度标注示例表面粗糙度标注示例 用去除材料的方法获得的表面用去除材料的方法获得的表面, Ra的的上限上限值为值为3.2 m，加工方法为加工方法为铣削铣削。铣铣Ra 3.2Rz 0.4Rzmax 0.4Ra 25Ra 6.3采

24、用不去除材料的方法获得的表面采用不去除材料的方法获得的表面, Rz的的上限上限值为值为0.4 m 用去除材料的方法获得的表面用去除材料的方法获得的表面, Rz的的最大最大值为值为0.4 m。 用去除材料的方法获得的表面用去除材料的方法获得的表面, Ra的的上限上限值为值为25 m， Ra的的下限下限值为值为6.3 m。第33页/共58页2021-10-1535/58第34页/共58页2021-10-1536/58 表面粗糙度参数的标注表面粗糙度参数的标注 参数代号的标注参数代号的标注 评定长度的标注评定长度的标注 极限值判断规则的标注极限值判断规则的标注 传输带和取样长度的标注传输带和取样长度

25、的标注 单向极限或双向极限的标注单向极限或双向极限的标注加工方法或相关信息的标注加工方法或相关信息的标注表面纹理的注法表面纹理的注法加工余量的注法加工余量的注法GB/T 131-2006 产品几何技术规范产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的表示法技术产品文件中表面结构的表示法详细见详细见第35页/共58页2021-10-1537/584.4.3 表面粗糙度要求在图样上的标注表面粗糙度要求在图样上的标注注写注写方向方向 符号、代号的标注位置与方向符号、代号的标注位置与方向 表面粗糙度的注写和读取方表面粗糙度的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一向与尺寸的注写和读取方向一致。致。

26、 表面粗糙度可标注以下位置表面粗糙度可标注以下位置：轮廓线或指引线上；特征尺：轮廓线或指引线上；特征尺寸的尺寸线上；几何公差的框寸的尺寸线上；几何公差的框格上；延长线；圆柱或棱柱表格上；延长线；圆柱或棱柱表面上。面上。第36页/共58页2021-10-1538/58标注在轮廓线标注在轮廓线(或延长线或延长线)上上第37页/共58页2021-10-1539/58用指引线引出标注用指引线引出标注第38页/共58页2021-10-1540/58标注在尺寸线上标注在尺寸线上第39页/共58页2021-10-1541/58标注在几何公差框格上标注在几何公差框格上第40页/共58页2021-10-1542

27、/58标注在延长线上标注在延长线上第41页/共58页2021-10-1543/58标注在圆柱或棱柱表面上标注在圆柱或棱柱表面上第42页/共58页2021-10-1544/58大多数表面有相同要求的简化注法大多数表面有相同要求的简化注法 简化注法简化注法第43页/共58页2021-10-1545/58在图纸空间有限时用带字母的完整符号的简化注法在图纸空间有限时用带字母的完整符号的简化注法用基本符号以等式的用基本符号以等式的形式给出多个表面粗形式给出多个表面粗糙度要求的简化注法糙度要求的简化注法第44页/共58页2021-10-1546/58 两种或多种工艺获得的同一表面的注法两种或多种工艺获得的

28、同一表面的注法同时给出镀覆前后的表面粗糙度要求的注法同时给出镀覆前后的表面粗糙度要求的注法第45页/共58页2021-10-1547/58 热处理、表面处理及其标注热处理、表面处理及其标注： 常用的热处理方法有常用的热处理方法有退火退火、正火正火、淬火淬火、回火回火、调质调质及及时效处理时效处理等，而表面处理方法则有等，而表面处理方法则有表面淬火表面淬火、渗碳淬火渗碳淬火、氮化氮化、氰化氰化、发蓝发蓝、发黑等发黑等。第46页/共58页2021-10-1548/584.5 表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用Application about Surface Roughness第47页/共58页20

29、21-10-1549/584.5.1 表面粗糙度参数的选用表面粗糙度参数的选用如如无特殊要求无特殊要求，只规定幅度参数之一即可。，只规定幅度参数之一即可。1、推荐优先选用、推荐优先选用轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差Ra值，因为值，因为Ra能充分反映零件能充分反映零件表面轮廓的特征；表面过于表面轮廓的特征；表面过于粗糙粗糙、太光滑或有抗疲劳破坏要求时太光滑或有抗疲劳破坏要求时，多采用，多采用轮廓的最大高度轮廓的最大高度Rz。2、当表面不允许出现、当表面不允许出现较深加工痕迹较深加工痕迹，防止应力过于集中防止应力过于集中，要求保证，要求保证零件的零件的抗疲劳强度和密封性抗疲劳强度和密封性时，

30、应选择时，应选择Ra与与Rz联用。联用。 3、当测量面积很小时，如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元件的表面、当测量面积很小时，如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元件的表面，可选用，可选用Rz值。值。第48页/共58页2021-10-1550/584.5.1 表面粗糙度参数的选用表面粗糙度参数的选用附加参数一般不单独使用。附加参数一般不单独使用。1）对有特殊要求的少数零件的重要表面（如要求喷涂均匀、）对有特殊要求的少数零件的重要表面（如要求喷涂均匀、涂层有较好的附着性和光泽表面）需要控制涂层有较好的附着性和光泽表面）需要控制轮廓单元的平轮廓单元的平均宽度均宽度Rsm数值。数值。2）对于有较高支撑刚度和耐磨

31、性的表面，应规定）对于有较高支撑刚度和耐磨性的表面，应规定轮廓的支承轮廓的支承长度率长度率Rmr(c)参数。参数。第49页/共58页2021-10-1551/584.5.2 表面粗糙度参数数值的选用表面粗糙度参数数值的选用 选用原则选用原则: 首先满足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性首先满足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性。在满足功能要求的前提下。在满足功能要求的前提下, 幅度参数幅度参数Ra、Rz的允许值应尽可的允许值应尽可能大些，能大些，Rsm、Rmr(c) 的允许值应尽可能小些。的允许值应尽可能小些。第50页/共58页2021-10-1552/58 要求配合性质稳定可靠时，要求应严。如小间隙配合表面、过要求配合性质稳定可靠时，要求应严。如小间隙配合表面、过渡配合表面、受重载作用的过盈配合表面，都应选择较小的表面粗渡配合表面、受重载作用的过盈配合表面，