表面特征的控制与评定)

1、第五章第五章 表面粗糙度表面粗糙度主要内容主要内容5.1表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的基本概念 5.2表面粗糙度的表面粗糙度的评定评定 （重点、难点）（重点、难点） 5.3表面粗糙度的参数值及其选用表面粗糙度的参数值及其选用 5.4表面粗糙度的表面粗糙度的标注标注（重点、难点）（重点、难点） 5.5表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测(自学自学) 学习要求学习要求 目的目的：掌握表面粗糙度轮廓的评定参数和标注，：掌握表面粗糙度轮廓的评定参数和标注，为合理选用表面粗糙度轮廓打下基础为合理选用表面粗糙度轮廓打下基础 要求要求：从微观几何误差的角度理解表面粗糙度轮：从微观几何误差的角度理解表面粗糙度轮

2、廓的概念；了解表面粗糙度轮廓对机械零件使用廓的概念；了解表面粗糙度轮廓对机械零件使用性能的影响。理解规定取样长度及评定长度的目性能的影响。理解规定取样长度及评定长度的目的及中线的作用；掌握表面粗糙度轮廓的幅度参的及中线的作用；掌握表面粗糙度轮廓的幅度参数及其检测手段；了解表面粗糙度轮廓的间距特数及其检测手段；了解表面粗糙度轮廓的间距特性参数；性参数；掌握表面粗糙度轮廓参数和参数值的选掌握表面粗糙度轮廓参数和参数值的选用原则和方法用原则和方法。熟练掌握表面粗糙度轮廓技术要熟练掌握表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标注的方法。求在零件图上标注的方法。表面特征的含义表面特征的含义 表面粗糙度表面粗糙度

3、:指由加工表面上具有的较小间距指由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，亦称微观和峰谷所组成的微观几何形状特性，亦称微观不平度。不平度。 产生原因产生原因:加工过程中在工件表面留下的刀痕，加工过程中在工件表面留下的刀痕，刀具和零件表面之间的摩擦，切屑分离时工件刀具和零件表面之间的摩擦，切屑分离时工件表面层的塑性变形，切削过程中的残留物以及表面层的塑性变形，切削过程中的残留物以及工艺系统中的高频振动等工艺系统中的高频振动等表面特征的划分表面特征的划分 按相邻两波峰或波谷之间的距离，即按按相邻两波峰或波谷之间的距离，即按波距波距的大的大小来考虑，或按波距与波幅（峰谷高度）的比值小

4、来考虑，或按波距与波幅（峰谷高度）的比值来划分来划分 表面粗糙度表面粗糙度：波距小于波距小于1mm，大体呈周期变化，大体呈周期变化 表面波纹度表面波纹度：波距在波距在110mm之间，并呈周期之间，并呈周期性变化性变化 表面形状误差表面形状误差：波距在：波距在10mm以上，无明显以上，无明显周期变化周期变化表面粗糙度表面粗糙度表面波纹度表面波纹度表面形状误差表面形状误差实际表面轮廓实际表面轮廓 零件表面几何形状误差及其组成成份表面粗糙度对机械零件使用性能的影响表面粗糙度对机械零件使用性能的影响 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

5、。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。 对零件的外观、测量精度、表面光学性对零件的外观、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能、导电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。不同程度的影响。 表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定基本术语基本术语 实际表面实际表面：物体与周围介质分离的表面。工：物体与周围介质分离的表面。工件的实际表面是由件的实际表面是由粗糙度、波纹度及形状误粗糙度、波纹度及形状误差差叠加而成的表面。叠加而成的表面。ISO4287:1997中的一般中的一般术语及定义术语及定义 中线：中线：具有几何轮廓形

6、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 粗糙度轮廓中线：粗糙度轮廓中线：用用c滤波器抑制长波轮廓成滤波器抑制长波轮廓成分后所对应的中线分后所对应的中线 波纹度轮廓中线波纹度轮廓中线：用用f滤波器抑制长波轮廓成滤波器抑制长波轮廓成分后所对应的中线分后所对应的中线 原始轮廓中线：原始轮廓中线：对原始轮廓进行最小二乘拟合，对原始轮廓进行最小二乘拟合，按标称形状所获得的中线按标称形状所获得的中线基本术语基本术语 取样长度取样长度(lr)：用于判别被评定：用于判别被评定轮廓不规则特轮廓不规则特征征的的x轴方向轴方向的一段基准线长度的一段基准线长度, 至少包含至少包含5个个以上轮廓峰和轮廓

7、谷以上轮廓峰和轮廓谷 。 评定表面粗糙度的评定表面粗糙度的取样取样是从表面轮廓上取得是从表面轮廓上取得 规定取样长度的规定取样长度的目的目的在于限制和减弱其他几在于限制和减弱其他几何形状误差，特别是表面波度对何形状误差，特别是表面波度对表面粗糙度表面粗糙度测量结果测量结果影响。一般表面影响。一般表面越粗糙越粗糙，取样长度，取样长度就就越大越大。基本术语基本术语 评定长度评定长度(ln) ：用于判别被评定轮廓的用于判别被评定轮廓的X轴方轴方向上的长度。向上的长度。 由于零件表面粗糙度不均匀，为了合理反映由于零件表面粗糙度不均匀，为了合理反映表面粗糙度特征，在测量和评定表面粗糙度表面粗糙度特征，在

8、测量和评定表面粗糙度时规定了时规定了一段最小长度一段最小长度，称为评定长度，称为评定长度(ln)。 评定长度可包含一个或几个取样长度评定长度可包含一个或几个取样长度,一般情一般情况下，取况下，取ln =5lr；若被测表面比较；若被测表面比较均匀均匀，可，可选选ln5lr ；若；若均匀性差均匀性差，可选，可选ln5lr 。 n规定评定长度，是由于加工表面有着不同程规定评定长度，是由于加工表面有着不同程度的不均匀性，为充分合理地反映表面粗糙度的不均匀性，为充分合理地反映表面粗糙度特性而设立的度特性而设立的取样长度和评定长度取样长度和评定长度基本术语基本术语 中线中线:具有几何轮廓形状并划分轮廓的基

9、准线具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线 轮廓最小二乘中线：轮廓最小二乘中线：具有几何轮廓形状并划分轮具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线（中线），在廓的基准线（中线），在取样长度内取样长度内使轮廓上各点使轮廓上各点轮廓偏距（在测量方向上轮廓线上的点至基准线的轮廓偏距（在测量方向上轮廓线上的点至基准线的距离）的平方和最小距离）的平方和最小,dxxZlr02)(基本术语基本术语轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线：在取样长度内：在取样长度内,划分实际划分实际为为上、下两部分，且使上下两部分面积相等为为上、下两部分，且使上下两部分面积相等的线的线 ，即：，即： F1+F2+Fn=F1+F2+Fm 规定算术

10、平均中线是为了用图解法近似地确定最小二规定算术平均中线是为了用图解法近似地确定最小二乘中线乘中线评定参数评定参数:幅度参数（高度参数）幅度参数（高度参数）a)轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差Ra 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)绝对值的算术平均绝对值的算术平均值，用值，用Ra表示，即表示，即Ra值的大小能客观地反映被测表面的微观几何特性，值的大小能客观地反映被测表面的微观几何特性，Ra值越小值越小，说明被测表面微小峰谷的幅度越小，表，说明被测表面微小峰谷的幅度越小，表面面越光滑越光滑；反之，；反之，Ra越大越大，说明被测，说明被测表面越粗糙表面越粗糙。 Ra值是用触

11、针式电感轮廓仪测得的，受触针半径和值是用触针式电感轮廓仪测得的，受触针半径和仪器测量原理的限制，仪器测量原理的限制，不宜不宜用作用作过于粗糙过于粗糙或或太光滑太光滑表面的评定参数，仅适用于表面的评定参数，仅适用于Ra值在值在0.0256.3m的表面。的表面。dX)(10lrraXZlRniiaxZnR1)(1幅度参数幅度参数 轮廓最大高度轮廓最大高度Rz：在取样长度内，轮廓峰顶线和在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。轮廓谷底线之间的距离。 轮廓峰顶为取样长度内平行于基准线并通过轮廓轮廓峰顶为取样长度内平行于基准线并通过轮廓最高点的线；轮廓谷底线为取样长度内平行于基最高点的线；轮廓谷

12、底线为取样长度内平行于基准线并通过轮廓最低点的线准线并通过轮廓最低点的线 Ra和和Rz是标准规定必须标注的参数是标准规定必须标注的参数(只标其一只标其一),基基本参数本参数Rz=ZpmaxZvmax 间距参数间距参数 轮廓单元轮廓单元: :某个轮廓峰与相邻轮廓谷的组合某个轮廓峰与相邻轮廓谷的组合 轮廓单元宽度轮廓单元宽度: :在一个取样长度内在一个取样长度内, ,中线与中线与各个轮廓单元相交线段的长度各个轮廓单元相交线段的长度Xsi 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度: :在一个取样长度内，在一个取样长度内，轮廓单元宽度轮廓单元宽度Xsi的平均值用的平均值用Rsm表示，表示，misiXmRS

13、m11混合参数混合参数(形状参数形状参数)在给定水平位置在给定水平位置C上上,轮廓的实体材料长度轮廓的实体材料长度Ml(c)与与评定长度评定长度ln的比率用的比率用Rmr(c)表示，表示， Rmr(c)= Ml(c)/ ln轮廓的实体材料长度轮廓的实体材料长度Ml(c):评定长度内评定长度内,一平行于一平行于X轴的直线从峰顶线向下移动一水平截距轴的直线从峰顶线向下移动一水平截距c时时,与轮廓与轮廓相截所得的各段截线长度之和相截所得的各段截线长度之和评定参数评定参数 高度（幅度）参数（高度（幅度）参数（Ra、Rz）是标准规定）是标准规定必须标注的参数（二者只需取其一），又必须标注的参数（二者只需

14、取其一），又称为基本参数称为基本参数 间距参数（间距参数（RSm）与混合参数）与混合参数Rmr(c)，相，相对基本参数而言，称为对基本参数而言，称为附加参数附加参数，它们是，它们是只有少数零件的重要表面有特殊使用要求只有少数零件的重要表面有特殊使用要求时，才选用的附加评定参数时，才选用的附加评定参数,附加参数不能附加参数不能单独在图样上注出单独在图样上注出,只能作为幅度参数的辅只能作为幅度参数的辅助参数注出助参数注出5.3表面粗糙度的参数值及其选用表面粗糙度的参数值及其选用 表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时应按国家标准应按国家标准GBGBT1031T10

15、319595表面粗糙度表面粗糙度参数及其数值参数及其数值规定的参数值系列选取。规定的参数值系列选取。表表5-2 Ra的数值的数值表面粗糙度的参数值表面粗糙度的参数值表表5-3 Rz的数值的数值表表5-4 Rsm的数值的数值表面粗糙度的参数值表面粗糙度的参数值10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 Ram Rzm lrmm lnmm(ln=5lr) 0008002 002010 0120 20100 100800 0025010 010050 050100 100500 500320 008 025 08 25 80 04 125 40 125 400 表表5-5 Rm

16、r(c)()的数值的数值表表5-6 lr和和ln的数值的数值幅度参数的选用幅度参数的选用 幅度参数是标准规定的基本参数，可以独立选用。对于幅度参数是标准规定的基本参数，可以独立选用。对于有表面粗糙度要求的表面，必须选用一个幅度参数。有表面粗糙度要求的表面，必须选用一个幅度参数。 对于幅度方向的表面粗糙度参数值在对于幅度方向的表面粗糙度参数值在0.0256.3m的零的零件表面，标准推荐件表面，标准推荐优先选用优先选用Ra。这是因为。这是因为Ra能够比较全能够比较全面地反映被测表面的微小峰谷特征，同时，上述范围内面地反映被测表面的微小峰谷特征，同时，上述范围内用电动轮廓仪能够很方便地测出被测表面用

17、电动轮廓仪能够很方便地测出被测表面Ra的实际值。的实际值。 RzRz通常用光学仪器通常用光学仪器双管显微镜或干涉显微镜测量。双管显微镜或干涉显微镜测量。在表面粗糙度要求在表面粗糙度要求特别高或特别低特别高或特别低( (RaRa0.025m0.025m或或RaRa6.3m6.3m时，选用时，选用RzRz。 RzRz用于测量部位小、峰谷小或有疲劳强度要求的零件表用于测量部位小、峰谷小或有疲劳强度要求的零件表面的评定。面的评定。间距参数的选用间距参数的选用 对附加评定参数对附加评定参数Rsm和和Rmr(c)，一般不能作为，一般不能作为独立参数选用，只有少数零件的重要表面有特殊独立参数选用，只有少数零

18、件的重要表面有特殊使用要求时才附加选用。使用要求时才附加选用。 Rsm主要在对涂漆性能主要在对涂漆性能(如喷涂均匀，涂层有极如喷涂均匀，涂层有极好的附着性和光洁性等好的附着性和光洁性等)有要求时选用。有要求时选用。 另外另外,要求冲压成形后抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减要求冲压成形后抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等情况下也可选用。小流体流动摩擦阻力等情况下也可选用。 例如，汽车外形薄钢板除要控制幅度参数例如，汽车外形薄钢板除要控制幅度参数Ra(0.91.3m)外，还需进一步控制外，还需进一步控制Rsm(0.130.23m)，主要作用是提高钢板的，主要作用是提高钢板的可漆性。可漆性。混合参

19、数的选用混合参数的选用 轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr(c)主要在耐磨性、主要在耐磨性、接触刚度要求较高等场合附加选用。接触刚度要求较高等场合附加选用。表面粗糙度参数值的选用表面粗糙度参数值的选用 一般来说，表面粗糙度值（评定参数值）一般来说，表面粗糙度值（评定参数值）越小，零件的工作性能越好，使用寿命也越小，零件的工作性能越好，使用寿命也越长。越长。 表面粗糙度越小表面粗糙度越小, ,加工成本越高加工成本越高 选择表面粗糙度参数值既要考虑零件的功选择表面粗糙度参数值既要考虑零件的功能要求，又要考虑其制造成本。表面粗糙能要求，又要考虑其制造成本。表面粗糙度参数值的选用原则为：首先，满足

20、零件度参数值的选用原则为：首先，满足零件的功能要求；其次，考虑经济性及工艺的的功能要求；其次，考虑经济性及工艺的可能性。可能性。选择表面粗糙度评定参数值的一般原则选择表面粗糙度评定参数值的一般原则 在满足表面功能要求的情况下，尽可能选用较大的零件在满足表面功能要求的情况下，尽可能选用较大的零件表面粗糙度参数值表面粗糙度参数值 同一零件上，同一零件上，工作表面工作表面的表面粗糙度应的表面粗糙度应比非工作表面比非工作表面要要求严（求严（Rmr(c)值大，其余评定参数都小）值大，其余评定参数都小） 摩擦表面比非摩擦表面的表面粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比非摩擦表面的表面粗糙度参数值要小；滚动表面比

21、滑动表面零件表面粗糙度参数值要小；高速运动，表面比滑动表面零件表面粗糙度参数值要小；高速运动，单位压力大的摩擦表面粗糙度参数值较小单位压力大的摩擦表面粗糙度参数值较小 受循环载荷的表面积及易引起应力集中的部分，零件表受循环载荷的表面积及易引起应力集中的部分，零件表面粗糙度参数值较小面粗糙度参数值较小 配合性质要求高的结合表面，间隙小的配合表面以及要配合性质要求高的结合表面，间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载荷的过盈配合表面等都应取较小的求连接可靠、受重载荷的过盈配合表面等都应取较小的粗糙度参数值粗糙度参数值 配合性质相同，零件尺寸越小，则零件表面粗糙度参数配合性质相同，零件尺寸越小，则零

22、件表面粗糙度参数值越小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔零件值越小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔零件表面粗糙度参数值要小表面粗糙度参数值要小评定参数值的规定及取样长度、评定长度的选用要点评定参数值的规定及取样长度、评定长度的选用要点加工纹理符号加工纹理符号 为保证零件的功能要求，有时需对加工纹理作出为保证零件的功能要求，有时需对加工纹理作出规定。如对于密封表面，加工纹理需呈同心圆状，规定。如对于密封表面，加工纹理需呈同心圆状，对于相互移动的表面，加工纹理最好按一定方向对于相互移动的表面，加工纹理最好按一定方向呈直线状呈直线状a1，a2 粗糙度幅度参数代号及其数值（m）；b 加工方法

23、、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等；c 取样长度（mm）或波纹度（ m）；d 加工纹理符号； e 加工余量（mm）； f 粗糙度间距参数值（mm）或轮廓的支撑长度率 (e)bc/fa1a2d 图5-9 表面粗糙度轮廓代号 2表面粗糙度的代号表面粗糙度的代号表面粗糙度幅度参数的标注表面粗糙度幅度参数的标注 表面粗糙度幅度参数是基本参数，表面粗糙度幅度参数是基本参数，Ra在代在代号中是标注在号中是标注在a1及及a2位置，用数值表示，位置，用数值表示，单位为微米（单位为微米（m），参数值前），参数值前省略标注省略标注参数代号参数代号Ra 。 Rz也是标注在代号中的也是标注在代号中的a1及及a2位置，

24、它的位置，它的参数值前需标注出相应的参数代号参数值前需标注出相应的参数代号Rz 。表面粗糙度轮廓幅度参数的标注表面粗糙度轮廓幅度参数的标注“上限值上限值”或或“下限值下限值”是指表面粗糙度参数的所有实测值中是指表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的个数少于总数的超过规定值的个数少于总数的16%“最大值最大值”是指表面粗糙度参数的所有实测值不超过规定值是指表面粗糙度参数的所有实测值不超过规定值表面粗糙度附加参数的标注表面粗糙度附加参数的标注 GB/T131-93表面粗糙度的表面粗糙度的间距参数和混合特性参数间距参数和混合特性参数为为附加参数附加参数，在在幅度参数未标注幅度参数未标注时，附加参数

25、时，附加参数不能单独标注不能单独标注。若需。若需要标注要标注RSm值或值或Rmr(c)值时，应在表面粗糙度代号值时，应在表面粗糙度代号中的中的f位置标注，数值写在相应的参数代号后面。位置标注，数值写在相应的参数代号后面。b)c)d)a)0.86.3铣3.23.2(5)3.2图图5-10表面粗糙度其它项目的标注表面粗糙度其它项目的标注303012.512.53.23.23.2f其余2512.50.460M45c1.63.23.2ff图图5-11表面粗糙度代号标注示例表面粗糙度代号标注示例符号、代号应标在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。符号的符号的尖端尖端必须从必须从材料外材料外指向

26、表面指向表面。表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量 比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。 光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。 常用于常用于测量测量Rz为为0.560m。 干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量测量Rz和和Ry值。值。 印模法：利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印模法：利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在被测零件表面，放在显微镜下间接

27、地测量被测表印在被测零件表面，放在显微镜下间接地测量被测表面的粗糙度。适用于笨重零件及内表面。面的粗糙度。适用于笨重零件及内表面。（1）表面粗糙度轮廓的概念）表面粗糙度轮廓的概念 （2）国家标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了）国家标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了取取样长度样长度lr、评定长度、评定长度ln和中线和中线。（3）表面粗糙度轮廓的评定参数有幅度参数）表面粗糙度轮廓的评定参数有幅度参数（包括轮廓的（包括轮廓的算术平均偏差算术平均偏差Ra轮廓的最大高度轮廓的最大高度Rz）和）和间距特征参数间距特征参数（轮廓（轮廓单元的平均宽度单元的平均宽度RSm）（4）通常只给出幅度参数）

28、通常只给出幅度参数Ra或或Rz及允许值及允许值，必要时可规定，必要时可规定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或(和和)加工余量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图样上加工余量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图样上可以省略标注取样长度值。可以省略标注取样长度值。（5）国家标准规定了表面粗糙度轮廓的标注方法）国家标准规定了表面粗糙度轮廓的标注方法，（6）表面粗糙度轮廓的检测主要方法）表面粗糙度轮廓的检测主要方法有比较检验法、针描有比较检验法、针描法、光切法和干涉法。法、光切法和干涉法。本章重点本章重点:1.表面粗糙度的定义及其对机械零件使用性能的影响；表面粗糙度的定义及其对机械零件使用性能的影响；2.取样长度、评定长度和最小二乘中线的概念；取样长度、评定长