第5章-表面粗糙度及检测

1、表表 面面 粗粗 糙糙 度度 及及 其其 检检 测测Kunming University of Science and Technology讲授：刘洪喜讲授：刘洪喜第第 五五 章章2、学习要求、学习要求 从微观几何误差的角度理解粗糙度轮廓的概念，了解表面粗糙度对机械零件从微观几何误差的角度理解粗糙度轮廓的概念，了解表面粗糙度对机械零件 使用性能的影响使用性能的影响 理解规定取样长度及评定长度的目的及中线的作用，掌握粗糙度轮廓的幅度理解规定取样长度及评定长度的目的及中线的作用，掌握粗糙度轮廓的幅度 参数及其检测手段参数及其检测手段 了解粗糙度轮廓的间距特性参数，掌握表面粗糙度轮廓参数和参数值的选

2、用了解粗糙度轮廓的间距特性参数，掌握表面粗糙度轮廓参数和参数值的选用 原则和方法原则和方法 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学习目的及要求学习目的及要求1、学习目的、学习目的掌握粗糙度轮廓的评定参数和标注方法，为合理选用表面粗糙度轮廓打下基础掌握粗糙度轮廓的评定参数和标注方法，为合理选用表面粗糙度轮廓打下基础第一节第一节 表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的基本概念 一、粗糙度轮廓的界定一、粗糙度轮廓的界定表面轮廓表面轮廓图图5-1 表面轮廓表面轮廓粗糙度轮廓粗糙度轮廓波纹度轮廓波纹度轮廓原始轮廓原始轮廓实际表面轮廓实际表面轮廓图

3、图5-2 零件表面几何形状误差及其组成成份零件表面几何形状误差及其组成成份二、表面粗糙度对零件工作性能的影响二、表面粗糙度对零件工作性能的影响耐磨性耐磨性 零件表面越粗糙，摩擦因素越大，两个相互运动的表面零件表面越粗糙，摩擦因素越大，两个相互运动的表面磨损加快；零件表面过于平滑，也使摩擦因素增大而加剧磨损磨损加快；零件表面过于平滑，也使摩擦因素增大而加剧磨损配合性质稳定性配合性质稳定性 对于过盈配合，粗糙度轮廓能降低连接器强度；对于过盈配合，粗糙度轮廓能降低连接器强度；对于间隙配合，在零件工作过程中孔、轴表面上的微小峰被磨对于间隙配合，在零件工作过程中孔、轴表面上的微小峰被磨去，使间隙增大，改

4、变了配合性质去，使间隙增大，改变了配合性质耐疲劳性耐疲劳性 零件表面越粗糙，其疲劳强度越低；凹谷越深，对应零件表面越粗糙，其疲劳强度越低；凹谷越深，对应力集中越敏感，特别是交变应力作用下更易产生疲劳裂纹力集中越敏感，特别是交变应力作用下更易产生疲劳裂纹耐腐蚀性耐腐蚀性 零件表面越粗糙，表面积越大，凹谷越深，则越容易零件表面越粗糙，表面积越大，凹谷越深，则越容易在该表面积聚腐蚀性物质，使腐蚀加剧在该表面积聚腐蚀性物质，使腐蚀加剧表面粗糙度对零件其他性能，如表面粗糙度对零件其他性能，如结合的密封性、接触刚度、对流结合的密封性、接触刚度、对流体流动阻力、机器及仪器的外观质量体流动阻力、机器及仪器的外

5、观质量等均有很大影响等均有很大影响测量和评定粗糙度轮廓时，应规定测量和评定粗糙度轮廓时，应规定取样长度、评定长度、中线和取样长度、评定长度、中线和评定参数评定参数，测量截面方向一般垂直于表面主要加工痕迹的方向，测量截面方向一般垂直于表面主要加工痕迹的方向第二节第二节 粗糙度轮廓的评定粗糙度轮廓的评定一、取样长度和评定长度一、取样长度和评定长度1、取样长度、取样长度lr 是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长 度，度，至少包含至少包含5个微峰和个微峰和5个微谷个微谷，如图，如图5-3所示所示中线中线lnlrlrlrlrlr2、评定长度、评定长度ln

6、取取标准评定长度标准评定长度ln=5lr。若被测表面比较均匀则。若被测表面比较均匀则可选可选ln5lr；若均匀性较差，可选；若均匀性较差，可选ln5lr ，如图，如图5-3所示。取样所示。取样长度和评定长度数值如表长度和评定长度数值如表5-1表面粗糙度轮廓中线是为了表面粗糙度轮廓中线是为了定量地评定表面粗糙度轮廓定量地评定表面粗糙度轮廓而确定的而确定的一条基准线一条基准线二、粗糙度轮廓中线二、粗糙度轮廓中线1、轮廓最小二乘中线、轮廓最小二乘中线 在一个取样长度范围内，轮廓最小二乘中在一个取样长度范围内，轮廓最小二乘中线是指具有理想直线形状并划分被测轮廓的基准线，在取样长度线是指具有理想直线形状

7、并划分被测轮廓的基准线，在取样长度内使轮廓上各点到该基准线的距离内使轮廓上各点到该基准线的距离（轮廓偏距）（轮廓偏距）的平方和为最小的平方和为最小lryi最小二乘中线最小二乘中线图图5-4 表面粗造度轮廓的表面粗造度轮廓的 最小二乘中线最小二乘中线2、轮廓算术平均中线、轮廓算术平均中线 是指具有理想直线形状并在取样长度内与是指具有理想直线形状并在取样长度内与轮廓走向一致的基准线，该基准线将轮廓划分为上下两部分，且轮廓走向一致的基准线，该基准线将轮廓划分为上下两部分，且使使上部分的面积之和等于下部分的面积之和上部分的面积之和等于下部分的面积之和，如图，如图5-5最小二乘中线符合最小二乘原则，理论

8、上是理想的基准线，但在最小二乘中线符合最小二乘原则，理论上是理想的基准线，但在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置较困难，且轮廓图形上确定最小二乘中线的位置较困难，且算术平均中线与算术平均中线与最小二乘中线差别很小，故通常用算术平均中线代替最小二乘中线差别很小，故通常用算术平均中线代替算术平均中线算术平均中线 lrF1F2FiF1F2Fi图图5-5 表面粗造度轮的表面粗造度轮的 算术平均中线算术平均中线1=1=niniiiFFGB/T 3505-2009规定评定粗糙度轮廓的基本参数有规定评定粗糙度轮廓的基本参数有幅度参数、间幅度参数、间距参数、混合参数及曲线和相关参数距参数、混合参数及曲线和相关参

9、数。基本术语和符号见表。基本术语和符号见表5-2三、粗糙度轮廓的评定参数三、粗糙度轮廓的评定参数1、幅度参数、幅度参数1）轮廓的算术平均偏差）轮廓的算术平均偏差Ra 是指在取样长度内，被评定轮廓上各是指在取样长度内，被评定轮廓上各 点至基准线的距离的绝对值的算术平均值，如图点至基准线的距离的绝对值的算术平均值，如图5-6dxylRal01niiynRa11 近似为近似为图图5-6 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra的确定的确定Raxynyiy1y2lr2）轮廓最大高度）轮廓最大高度 在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp与最与最大轮廓谷深大轮廓谷深Rv之和称

10、之为轮廓最大高度，通常用符号之和称之为轮廓最大高度，通常用符号Rz表示，即表示，即Rz = Rp+Rv，如图如图5-7所示所示Zp2lrZv6Zv5Zp6Zp5Zp4Zp3Zv4Zv3Zp1Rz中线中线Zv1Zv2图图5-7 表面粗糙度轮廓的最大高度表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的确定的确定62RpZpRvZv2、间距特征参数、间距特征参数 一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单元。元。在一个取样长度在一个取样长度lr范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的长范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的长度叫做轮廓单元的宽度度叫做轮廓单元的宽度，用符号，用符号Xsi

11、表示。表示。轮廓单元的平均宽度是轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度指在一个取样长度lr范围内所有轮廓单元的宽度范围内所有轮廓单元的宽度Xsi的平均值，用符的平均值，用符号号Rsm示示，即，即1=1=miiXsmRsmXs6Xs5Xs4Xs3Xs2Xs1lr中线中线图图5-8 轮廓单元的宽度与轮廓单元的平均宽度轮廓单元的宽度与轮廓单元的平均宽度轮廓单元宽度轮廓单元宽度第三节第三节 表面粗糙度的技术要求表面粗糙度的技术要求一、表面粗糙度技术要求的内容一、表面粗糙度技术要求的内容规定表面粗糙度轮廓的技术要求时，规定表面粗糙度轮廓的技术要求时，必须给出表面粗糙度轮廓幅度必须给出表面粗糙度轮廓幅度参数

12、及允许值和测量时的取样长度值这两项基本要求参数及允许值和测量时的取样长度值这两项基本要求，必要时可规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（和）加定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或（和）加工余量等附加要求。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标注取样长度值u表面粗糙度值越大，表面越粗糙。如，表面粗糙度值越大，表面越粗糙。如，1.6比比3.2的精度高一级的精度高一级u常用的表面粗糙度值有：常用的表面粗糙度值有：0.012、0.025 、0.05、 0.1、 0.2、 0.4、 0.8

13、、 1.6、 3.2、 6.3、 12.5、 25、 50，100，单位，单位m二、表面粗糙度评定参数的选择二、表面粗糙度评定参数的选择 一般情况下，可以从幅度参数一般情况下，可以从幅度参数Ra和和Rz中任选一个中任选一个 在常用值范围内（在常用值范围内（Ra为为0.0256.3m), 优先选用优先选用Ra 粗糙度要求特别高或者特别低（粗糙度要求特别高或者特别低（Ra 0.025m或或Ra 6.3m） 时，选用时，选用Rz Rz用于测量部位小、峰谷小或有疲劳要求的零件表面的评定用于测量部位小、峰谷小或有疲劳要求的零件表面的评定 只有当幅度参数不能满足表面功能要求时，才选取附加参数作只有当幅度参

14、数不能满足表面功能要求时，才选取附加参数作 为附加项目为附加项目 Rsm(轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度)主要在对涂漆性能、冲压成形时抗主要在对涂漆性能、冲压成形时抗 裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等有要求时选用裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等有要求时选用三、表面粗糙度参数允许值的选择三、表面粗糙度参数允许值的选择表面粗糙度参数值的选用原则表面粗糙度参数值的选用原则：首先满足功能要求，其次是考虑经首先满足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性。济性及工艺性。在满足功能要求的前提下，参数的允许值应尽可能在满足功能要求的前提下，参数的允许值应尽可能大些。一般采用经验统计资料，

15、用类比法来选用。根据类比法初步大些。一般采用经验统计资料，用类比法来选用。根据类比法初步确定后，再对比工作条件作适当调整确定后，再对比工作条件作适当调整一般选择原则如下（类比法选用）一般选择原则如下（类比法选用）:在满足表面功能要求情况下，尽可能选较大的零件表面粗糙度参在满足表面功能要求情况下，尽可能选较大的零件表面粗糙度参数值。同一零件上，工作表面表面粗糙度参数值小于非工作表面数值。同一零件上，工作表面表面粗糙度参数值小于非工作表面摩擦表面比非摩擦表面；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度摩擦表面比非摩擦表面；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小；相对运动速度高、单位面积压力大、承受交

16、变应力参数值要小；相对运动速度高、单位面积压力大、承受交变应力的表面粗糙度参数值要小的表面粗糙度参数值要小配合性质要求高的结合面，间隙小的配合面及要求连接可靠、受配合性质要求高的结合面，间隙小的配合面及要求连接可靠、受重载荷的过盈配合面等都应取较小的粗糙度参数值重载荷的过盈配合面等都应取较小的粗糙度参数值配合性质相同，零件尺寸越小，则零件表面粗糙度值越小；同一配合性质相同，零件尺寸越小，则零件表面粗糙度值越小；同一 精度等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔表面粗糙度参数值小精度等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔表面粗糙度参数值小密封性、防腐性要求高的表面或外形美观表面粗糙度参数值要小密封性、防腐性要求高的表

17、面或外形美观表面粗糙度参数值要小标准规定了表面粗糙度参数值的要按照执行标准规定了表面粗糙度参数值的要按照执行表表5.6、5.7、5.8列出了表面粗糙度的表面特征、经济加工方法和列出了表面粗糙度的表面特征、经济加工方法和应用举例、轴和孔的表面粗糙度参数推荐值及各种加工方法可能应用举例、轴和孔的表面粗糙度参数推荐值及各种加工方法可能达到的表面粗糙度，供类比法选用参考达到的表面粗糙度，供类比法选用参考第四节第四节 表面粗糙度技术要求在零件图上标注表面粗糙度技术要求在零件图上标注一、表面粗糙度符号和代号（一、表面粗糙度符号和代号（GB/T 131-2006）1、表面粗糙度符号、表面粗糙度符号2、表面粗

18、糙度代号、表面粗糙度代号 如图如图5-9所示所示 位置位置a标注表面结构的单一要求标注表面结构的单一要求 a 和和b( 同时存在同时存在)时，时，a 注写第一表面注写第一表面结构要求结构要求, b 注写第二表面结构要求注写第二表面结构要求 位置位置c标注加工方法，如车铣刨磨镀标注加工方法，如车铣刨磨镀等加工方法等加工方法 位置位置d标注表面纹理和方向，如标注表面纹理和方向，如“=”、“X”、 “M”等等 ，见表，见表5-12 位置位置e标注加工余量，标注时以标注加工余量，标注时以mm为为单位给出数值单位给出数值ecad b图图5-9 表面粗糙度轮廓代号表面粗糙度轮廓代号在零件图上，表面粗糙度代

19、号周围一般只标注幅度参数在零件图上，表面粗糙度代号周围一般只标注幅度参数Ra或或Rz的符号和允许值（的符号和允许值（ m ）；）；当要求在表面粗糙度参数的所有实当要求在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测值中超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图样上标注表时，应在图样上标注表面粗糙度上限或下限值；面粗糙度上限或下限值；当要求在表面粗糙度的所有实测值中当要求在表面粗糙度的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度最大值或最小值不得超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度最大值或最小值二、表面粗糙度代号的标注方法二、表面粗糙度代号的标注方法1、表面结构标注代号及含

20、义、表面结构标注代号及含义 表表5-10所示，演变见表所示，演变见表5-11极限值判断规则极限值判断规则完工零件表面按检验规范测得轮廓参数值后完工零件表面按检验规范测得轮廓参数值后, 需与图样上给定的极需与图样上给定的极限比较限比较, 以判定其是否合格。极限值判断规则有两种以判定其是否合格。极限值判断规则有两种：16%规则规则: 运用本规则时运用本规则时，当被检表面测得的全部参数值中当被检表面测得的全部参数值中, 超超过极限值的个数不多于总个数过极限值的个数不多于总个数16%时时，该表面是合格的该表面是合格的 超过极限值有两种含义超过极限值有两种含义：一是：一是当给定上限值时当给定上限值时，超

21、过是指大于超过是指大于给定值给定值; 二是二是当给定下限值时当给定下限值时，超过是指小于给定值超过是指小于给定值最大规则最大规则: 运用本规则时运用本规则时，被检的整个表面上测得的参数值一个被检的整个表面上测得的参数值一个也不应超过给定的极限值也不应超过给定的极限值 16%规则是所有表面结构要求标注的默认规则。即当参数代号规则是所有表面结构要求标注的默认规则。即当参数代号后未标注写后未标注写“max”字样时字样时，均默认为应用均默认为应用16%规则规则( 如如Ra0.8)。反之反之，则应用最大规则则应用最大规则(如如Ra max0.8)表表5-10 表面结构标注代号及含义（表面结构标注代号及含

22、义（GB/T 131-2006）如果某表面粗糙度要求按指定的加上方法如果某表面粗糙度要求按指定的加上方法（如铣削如铣削）获得时、可获得时、可用文字标注见图用文字标注见图5-10b；如果需要标注加工余量（设加工总余量；如果需要标注加工余量（设加工总余量为为5mm），应将其标注见图），应将其标注见图5-10c；如果需要控制表面加工纹理；如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹理方向符号，见图方向时，加注加工纹理方向符号，见图5-10d。标准规定了加工。标准规定了加工纹理方向符号，如表纹理方向符号，如表5-12所示所示图图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按标准规定选用对应

23、取样长度时，则在图样上省略标注，否则按标准规定选用对应取样长度时，则在图样上省略标注，否则应按图应按图5-10a所示方法标注取样长度，图中取样长度取为所示方法标注取样长度，图中取样长度取为0.8mm2、表面粗糙度技术要求其他项目的标注、表面粗糙度技术要求其他项目的标注表表5-12 加工纹理方向的符号（加工纹理方向的符号（GB/T 131-2006）标注方法：标注方法：在零件图上标注表面粗糙度代号时，该代号的尖端在零件图上标注表面粗糙度代号时，该代号的尖端指向可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或它们的延长线上，且需从材指向可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或它们的延长线上，且需从材料外指向零件表面；料外指向

24、零件表面；表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按规定标注。图规定标注。图5-11表示了表面粗糙度代号在不同位置上的标注示例表示了表面粗糙度代号在不同位置上的标注示例第五节第五节 表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测表面粗糙度检测方法有比较检验法、针描法、光切法和显微干涉法表面粗糙度检测方法有比较检验法、针描法、光切法和显微干涉法比较法比较法 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间，评定表面粗糙度值较大的工件光切法光切法 是应用光切原理来测量表面粗糙度的一种测量方法。常是应用光切原理来测量表面粗糙度的一种测量方法。常用仪器为光切显微镜。测量范围用仪器为光切显