第5章-表面粗糙度

1、第第5 5章章 表面粗糙度及检测表面粗糙度及检测 本章主要内容本章主要内容n了解表面粗糙度了解表面粗糙度概念概念及对零件性能的及对零件性能的影响影响；n熟悉表面粗糙度常用评定参数的熟悉表面粗糙度常用评定参数的含义、代含义、代号和标注方法号和标注方法；n初步掌握表面粗糙度初步掌握表面粗糙度选用原则及选用方法选用原则及选用方法；n了解表面粗糙度的常用了解表面粗糙度的常用检测方法检测方法及其原理。及其原理。国家标准l GB/T 131-2006 GB/T 131-2006 产品几何技术规范产品几何技术规范（GPSGPS）技术产品文件中表面结构的表示法l GB/T 3505-2009 GB/T 350

2、5-2009 产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPSGPS）表面结构 轮廓法 术语、定义及表面结构参数l GB/T 10610-2009 GB/T 10610-2009 产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPSGPS）表面结构 轮廓法 评定表面结构的规则和方法l GB/Z GB/Z 20308-2006 20308-2006 产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPSGPS）总体规划一、一、概述零 件 表 面零 件 表 面微小峰谷的高低程度及程度及间距状 况 构 成状 况 构 成的的微观几何微观几何形形状特征状特征。1.零件微观表面几何特征由于切削过程中的：由于切削过程中的：1.刀痕刀痕

3、2.切屑分离时塑性变形切屑分离时塑性变形3.刀具和被加工表面间刀具和被加工表面间的摩擦的摩擦4.工艺系统中高频振动工艺系统中高频振动 2.形成原因：3.表面结构参数粗糙度粗糙度参数参数（R R参数）参数） 1mm1mm波纹度波纹度参数参数（W W参数）参数） :1 110mm,10mm,周期性变化周期性变化原始轮廓原始轮廓参数参数（P P参数）参数） 10mm10mm，不呈明显周期性变化，不呈明显周期性变化4.轮廓的传输带每种轮廓定义的波长范围称为该轮廓的传输带，传输带的截止波长值分别为：传输带的截止波长值分别为：4.轮廓的传输带每种轮廓定义的波长范围称为该轮廓的传输带，传输带的截止波长值分别

4、为：传输带的截止波长值分别为：粗糙度粗糙度：s（短波）和（短波）和c（长波）（长波）波纹度波纹度：c（短波）和（短波）和f（长波）（长波）原始轮廓原始轮廓：s（短波），长波无限制（短波），长波无限制（s c f）粗糙度的默认传输带粗糙度的默认传输带为：为：0.0025 0.8mm。5.表面粗糙度对零件使用性能的影响1 1）耐磨性）耐磨性2 2）配合性质）配合性质稳定性稳定性3 3）抗抗疲劳强度疲劳强度4 4）抗抗腐蚀性腐蚀性5 5）密封性密封性外观外观、测量精度、表面光、测量精度、表面光学性能、导电导热性学性能、导电导热性能、能、经济性经济性二、表面粗糙度的评定二、表面粗糙度的评定1）表面轮廓

5、）表面轮廓1.基本术语及定义平面与实际表面相交所得到的轮廓。平面与实际表面相交所得到的轮廓。指测量或评定表面粗糙度时所规定的一指测量或评定表面粗糙度时所规定的一段长度，其方向应与轮廓走向一致。段长度，其方向应与轮廓走向一致。合理的选择取样长度，合理的选择取样长度，可以限制几何形可以限制几何形状误差和表面波度对测量结果的影响。状误差和表面波度对测量结果的影响。在取在取样长度范围内，至少包含样长度范围内，至少包含。1.基本术语及定义2）取样取样长度长度lr为了为了合理且较全面地反映整个表面的表合理且较全面地反映整个表面的表面粗糙度特性，在测量和评定表面粗糙度时面粗糙度特性，在测量和评定表面粗糙度时

6、所必须的一段长度所必须的一段长度： ln5lr1.基本术语及定义3）评定长度）评定长度ln4）中线（1 1）轮廓的最小二乘中线）轮廓的最小二乘中线（2 2）轮廓的算术平均中线）轮廓的算术平均中线具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线 1.基本术语及定义2.评定参数1）幅度参数）幅度参数（1 1）轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差 RaRadxy(x)lRla01niiaynR11全面客观全面客观普遍采用普遍采用（2 2）轮廓的最大高度）轮廓的最大高度RzRz在在取样长度取样长度内，轮廓的内，轮廓的最高峰顶最高峰顶线和线和最低最低谷谷底谷谷底线之间的距离线之间的距离: :RzRz = =y ypm

7、axpmax+ +y yvmaxvmaxRzRz值越大，值越大，加工痕迹加工痕迹越深越深1）幅度参数）幅度参数2.评定参数 轮廓轮廓单元的平均单元的平均宽度宽度RsmRsm11miiRSmXsm2.评定参数2）间距参数间距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轮廓的实体材料长度长度 Ml（c）与）与评定长度的比率评定长度的比率 ( )Ml(c)Rmr cln12( ).nMl cMlMlMlRmrRmr( (c c) )3）混合）混合参数参数轮廓轮廓的支承长度率的支承长度率 RmrRmr( (c c) )不同形状轮廓的支承长度不同形状轮廓的支承长度 Ra、Rz是基本参数是基本参

8、数Rsm、Rmr(c)是附加参数是附加参数2.评定参数数值（GB/T10312009）表面粗糙度的评定参数值已经标准化，表面粗糙度的评定参数值已经标准化，设计时应根据国家标准规定的参数值系列选设计时应根据国家标准规定的参数值系列选取。国家标准取。国家标准GB/T 1031-2009对参数系列对参数系列值值的规定的规定分为分为基本系列和补充系列基本系列和补充系列，要求，要求优先优先选取基本系列选取基本系列。基本系列基本系列补充系列补充系列基本系列基本系列补充系列补充系列基本系列基本系列补充系列补充系列基本系列基本系列补充系列补充系列0.0080.0100.0120.1251.2512.50.01

9、60.1601.6016.00.0200.202.0200.0250.252.5250.0320.323.2320.0400.404.0400.0500.505.0500.0630.636.3630.0800.808.0800.1001.0010.0100轮廓算术平均偏差Ra数值基本基本系列系列补充补充系列系列基本基本系列系列补充补充系列系列基本基本系列系列补充补充系列系列基本基本系列系列补充补充系列系列基本基本系列系列补充补充系列系列0.0250.252.5252500.0320.323.2323200.0400.404.0404000.0500.505.0505000.0630.636.3

10、636300.0800.808.0808000.1001.010.010010000.1251.2512.512512500.1601.6016.016016000.202.020200轮廓最大高度Rz数值Rsm与与Rmr(c)数值数值选用轮廓的支撑长度率时，应同时给出截面高度c值。它可用微米或Rz的百分数表示。Rz的百分数系列：5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%.三、表面粗糙度的标注图样上所标注的表面特征符号、代号是图样上所标注的表面特征符号、代号是对该表面对该表面的要求。的要求。技术产品文件中表面结构的表示法符号符号意义及说明意义及

11、说明，允许任何工艺允许任何工艺。适用适用于于，标注有关参数和说明标注有关参数和说明的表面粗糙度要求表面粗糙度符号表面粗糙度符号表面粗糙度标注方法表面粗糙度标注方法aa注写表面结构要求的注写表面结构要求的单一要求单一要求；bb和和a a处一起注写两个或处一起注写两个或多个表面多个表面结构要求结构要求；cc注写注写加工方法加工方法，如，如“车、磨、镀车、磨、镀”等；等；dd注写注写表面纹理方向表面纹理方向符号；符号；ee注写注写加工余量加工余量示例示例a、b处标注内容处标注内容标注标注表面结构参数代号、极限值和传输带或取样长表面结构参数代号、极限值和传输带或取样长度度。a a处注写第一个表面结构要

12、求，处注写第一个表面结构要求，b b处为第二个。处为第二个。为避免误解，在参数代号和极限值间应插入空格。为避免误解，在参数代号和极限值间应插入空格。传输带或取样长度后应有一斜线传输带或取样长度后应有一斜线“/ /”, ,之后是表面结构之后是表面结构参数代号，最后是数值参数代号，最后是数值。两种规则两种规则表面结构要求中给定极限值的判断规则有两种（表面结构要求中给定极限值的判断规则有两种（GB/T 10610-GB/T 10610-20092009的的5.25.2和和5.35.3）：）：a a）16%16%规则规则当参数的的规定值为上限值（当参数的的规定值为上限值（GB/T 131-2006GB

13、/T 131-2006）时，如果所选）时，如果所选参数在同一评定长度上的全部实测值中，大于图样或技术产品文件中参数在同一评定长度上的全部实测值中，大于图样或技术产品文件中规定值的个数不超过实测值总数的规定值的个数不超过实测值总数的16%16%，则该表面合格。，则该表面合格。当参数的的规定值为上限值时，如果所选参数在同一评定长度当参数的的规定值为上限值时，如果所选参数在同一评定长度上的全部实测值中，大于图样或技术产品文件中规定值的个数不超过上的全部实测值中，大于图样或技术产品文件中规定值的个数不超过实测值总数的实测值总数的16%16%，则该表面合格，则该表面合格。指明指明参数的上、下限值参数的上

14、、下限值时，所用时，所用参数符号没有参数符号没有“maxmax”标记标记。b)b)最大规则最大规则检验时，若参数的规定值为最大值，则在被检测表面的全部区检验时，若参数的规定值为最大值，则在被检测表面的全部区域内测得的参数值一个也不应超过图样或技术文件中的规定值。若规域内测得的参数值一个也不应超过图样或技术文件中的规定值。若规定定参数的最大值，应在，应在参数符号后面增加一个参数符号后面增加一个“maxmax”标记标记，如如：Rz1 maxRz1 max。两种规则两种规则表面结构要求中给定极限值的判断规则有两种（表面结构要求中给定极限值的判断规则有两种（GB/T GB/T 10610-200910

15、610-2009的的5.25.2和和5.35.3）：）：a a）16%16%规则规则b)b)最大规则最大规则 c处标注内容处标注内容注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等。如车、磨、镀等加工表面。工艺要求等。如车、磨、镀等加工表面。d处处注写所要求的的表面纹理和纹理的方向。注写所要求的的表面纹理和纹理的方向。纹理方向是指表面纹理的主要方向，通常纹理方向是指表面纹理的主要方向，通常由加工工艺决定。由加工工艺决定。表面加工纹理表面加工纹理表面加工表面加工纹理（续纹理（续1）表面加工纹理（表面加工纹理（续续2）加工余量的注法加工余量的注法在同一图样中，

16、在同一图样中，有多个加工工序的表面有多个加工工序的表面可标注加工余量，例如可标注加工余量，例如在表示完工零件形状的在表示完工零件形状的铸造件图样中给出加工铸造件图样中给出加工余量。余量。加工余量可以是加工余量可以是加注在完整符号上的唯加注在完整符号上的唯一要求。加工余量也可一要求。加工余量也可以同表面结构要求一起以同表面结构要求一起标注。标注。相同的表面结构要求注法相同的表面结构要求注法当在图样上某个视图构成当在图样上某个视图构成封闭轮廓的各表面有相同封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求的表面结构要求时，应采用下图的标注方式。时，应采用下图的标注方式。一般一般注在注在可见轮廓线、尺寸界线、引出

17、线或它们可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上的延长线上。符号的尖端必须符号的尖端必须从材料外指向从材料外指向表面。表面。每个表面一般每个表面一般只标注一次只标注一次，并尽可能标注在相应，并尽可能标注在相应的尺寸及其公差的的尺寸及其公差的同一视图同一视图上。上。如果在工件的多数（包括全部）表面有相同的表如果在工件的多数（包括全部）表面有相同的表面粗糙度要求时，可以统一标注在面粗糙度要求时，可以统一标注在标题栏附近标题栏附近。表面粗糙度在图样上的标注方法表面粗糙度在图样上的标注方法轮廓线上轮廓线上尺寸线上尺寸线上用指引线引出用指引线引出几何公差框格的上方几何公差框格的上方圆柱形零件圆柱形零

18、件棱柱形零件棱柱形零件有相同要求的注法有相同要求的注法图纸空间有限时的简化注法图纸空间有限时的简化注法两种或多种工艺获得的同一表面两种或多种工艺获得的同一表面同时给出镀覆前后的表面结构要求的注法同时给出镀覆前后的表面结构要求的注法四、表面粗糙度的选用1.1.评定参数的选择评定参数的选择2.2.参数允许值的确定参数允许值的确定1.评定参数的选择表面粗糙度参数应能够充分合理地反映表面微表面粗糙度参数应能够充分合理地反映表面微观几何特征的真实情况。观几何特征的真实情况。对大多数表面来说，给出对大多数表面来说，给出幅度参数幅度参数即可反映被即可反映被测表面粗糙度的特征。测表面粗糙度的特征。因此国标规定

19、，表面粗糙度评定参数因此国标规定，表面粗糙度评定参数应从幅度应从幅度参数（参数（RaRa或或RzRz）中选取，间距参数）中选取，间距参数只在幅度参数不只在幅度参数不能满足表面功能要求时，才附加选用能满足表面功能要求时，才附加选用。一、评定参数的选用评定参数评定参数能够较客观地反映表面微观几何形能够较客观地反映表面微观几何形状特征，且用状特征，且用电动轮廓仪比较方便电动轮廓仪比较方便地连续测量，测地连续测量，测量效率高。因此，国家标准推荐，在常用的参数范量效率高。因此，国家标准推荐，在常用的参数范围内（围内（RaRa为为0.025-6.3m0.025-6.3m，RzRz为为0.100-25m0.

20、100-25m）内）内，应优先选用应优先选用RaRa参数参数。RzRz常用于测量部位小、峰谷少或有疲劳强度要常用于测量部位小、峰谷少或有疲劳强度要求的零件表面的求的零件表面的评定评定。RaRa和和RzRz也可以联合使用，也可以联合使用，可可以评定某些不允许出现较大的加工以评定某些不允许出现较大的加工痕迹和受交变应痕迹和受交变应力作用的表面，特别是在对表面有抗疲劳强度要求力作用的表面，特别是在对表面有抗疲劳强度要求时，宜选用时，宜选用RaRa、RzRz联合使用。联合使用。一、评定参数的选用RsmRsm主要在涂漆主要在涂漆性能、冲压性能、冲压成形时防止引起裂成形时防止引起裂纹、抗震、抗纹、抗震、抗

21、腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等要求要求时附加选用时附加选用。RmrRmr(c)(c)主要在表面主要在表面承受重载和耐磨性、接触刚承受重载和耐磨性、接触刚度要求高度要求高等场合附加选用。等场合附加选用。二、数值的选择原则：在原则：在满足使用要求的前提下满足使用要求的前提下，尽量，尽量选用较选用较大的粗糙度参数值，放大粗糙度的允许值。大的粗糙度参数值，放大粗糙度的允许值。l GB/T GB/T 1031-2009 1031-2009 产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPSGPS）表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值。优先选用基本系列。优先选用基本系列。类比类比法。

22、法。二、数值的选择采用类比法确定粗糙度数值后，再对比工作条件应用采用类比法确定粗糙度数值后，再对比工作条件应用以下原则做适当调整：以下原则做适当调整：（1 1）同一零件）同一零件上，工作上，工作表面的表面的粗糙度数值粗糙度数值应比非工应比非工作面数值要小。作面数值要小。（2 2）摩擦表面比非摩擦面、滚动摩擦比滑动摩擦表）摩擦表面比非摩擦面、滚动摩擦比滑动摩擦表面的数值面的数值应小一些。应小一些。（3 3）运动速度高、压强大、受交变载荷的零件表面）运动速度高、压强大、受交变载荷的零件表面，以及容易产生应力集中的圆角、沟槽处，粗糙度数，以及容易产生应力集中的圆角、沟槽处，粗糙度数值应小些。值应小些

23、。（5 5）有防腐蚀、密封性要求和外表美观的表面）有防腐蚀、密封性要求和外表美观的表面，粗，粗糙度数值应小一些。糙度数值应小一些。（6 6）有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的，应）有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的，应按相应标准确定表面粗糙度数值按相应标准确定表面粗糙度数值。（7 7）注意尺寸公差和形状公差协调。）注意尺寸公差和形状公差协调。t/T(%)t/T(%)表面粗糙度参数值占尺寸公差的百分比表面粗糙度参数值占尺寸公差的百分比RaRa/T(%)/T(%)RzRz/T(%)/T(%)60605 5202040402.52.5101020201.21.25 5表面粗糙度与尺寸公差、形状公

24、差的关系R R值和值和T T、t t形状形状并不存在必然的函数关系，如机器的手并不存在必然的函数关系，如机器的手轮、手柄、外壳等。轮、手柄、外壳等。五五 表面粗糙度表面粗糙度的检测的检测一一 测量表面粗糙度的测量方法测量表面粗糙度的测量方法1 1比较法比较法2 2光切法光切法3 3干涉法干涉法4 4针描法针描法比较法-用表面粗糙度样板测量n比较法：比较法： 将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼或借助于将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼或借助于放大镜，比较显微镜直接进行比较，也可以用放大镜，比较显微镜直接进行比较，也可以用手触摸，划动感觉来判断被测表面的粗糙度。手触摸，划动感觉来判断被测表面的粗糙度。

25、n多用于车间，一般只用于评定表面粗糙度值较多用于车间，一般只用于评定表面粗糙度值较大的工件。大的工件。表面粗糙度样板光切法光切法-用双管显微镜测量用双管显微镜测量n双管显微镜是应用双管显微镜是应用光切原理测量光切原理测量表面粗糙度的。表面粗糙度的。n双管显微镜双管显微镜常用于测量常用于测量Ra或或Rz值值，由于受到，由于受到分辨率的限制，一般测量范围为分辨率的限制，一般测量范围为Rz 180m.n双管显微镜不但双管显微镜不但适用于测量车、铣、刨及其他适用于测量车、铣、刨及其他类似加工方法的金属表面，还可以用于测量木类似加工方法的金属表面，还可以用于测量木板、纸张、塑料、电镀层等表面的微观不平度

26、板、纸张、塑料、电镀层等表面的微观不平度。双管显微镜及其测量原理干涉法干涉法-用干涉显微镜测量用干涉显微镜测量n利用利用光波干涉原理结合显微系统光波干涉原理结合显微系统来测量表面粗糙度来测量表面粗糙度的一种方法。的一种方法。n常用来测量常用来测量Rz的值的值，测量范围一般为，测量范围一般为Rz 0.0250.8m。n干涉显微镜不仅适用于干涉显微镜不仅适用于测量高反射率的金属加工表测量高反射率的金属加工表面面，也能测量，也能测量低反射率的玻璃表面低反射率的玻璃表面，但是主要是，但是主要是用用于要求表面粗糙度参数值小的表面。于要求表面粗糙度参数值小的表面。干涉显微镜干涉显微镜测量原理干涉显微镜测量原理针描法针描法-用电动轮廓仪测量用电动轮廓仪测量n针描法也称触针法，是利