第4章表面粗糙度及检测-2

1、第四章第四章 表面粗糙度及检测表面粗糙度及检测基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的评定、选用及标注。重点内容：表面粗糙度的评定、选用及标注。难点内容：表面粗糙度的评定、选用。第四章第四章 表面粗糙度及检测表面粗糙度及检测学 习 指 导 本章学习目的是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。 学习要求是从微观几何误差的角度理解表面粗糙度轮廓的概念；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

2、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。由于切削过程中的：由于切削过程中的：刀痕刀痕切屑分离时的塑性变形切屑分离时的塑性变形刀具和被加工表面间的摩擦刀具和被加工表面间的摩擦工艺系统中的高频振动等。工艺系统中的高频振动等。1、产生的原因及定义：、产生的原因及定义：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迹，这些痕迹是由许多微小的凸迹，这些痕迹是由许多微小的凸峰和凹谷组成的，峰和凹谷组成的，其微小峰谷的其微小峰谷的高低以及细密程度构成的微观几高低以及细密程度构成的微观几何形状特性称为表面粗糙度。何形状特性称为表面粗糙度。表面粗糙度、表面波纹度、形状误差的划分表面粗糙

3、度、表面波纹度、形状误差的划分 零件表面的形貌可分为三种情况,它们的划分，通常按相邻两波峰或波谷之间的距离，即按波距的大小来考虑：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，大体呈周期变化。其波长和波高之比一般小于50。属于微观几何形状误差。n表面波纹度：波距在110mm之间，呈周期性变化，波长和波高之比等于501000的不平程度称为波纹度。会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的。n形状误差：波距在10mm以上，无明显周期变化，波长和波高之比大于1000的不平程度属于形状误差。 表面粗糙度与形状误差的区别：形状误差：宏观几何形状

4、误差。表面粗糙度：微观几何形状误差。3、表面粗糙度对零件使用性能和寿命的影响、表面粗糙度对零件使用性能和寿命的影响（1）影响零件的耐磨性）影响零件的耐磨性零件实际表面越粗糙，两个相对运动的表面峰顶间的实际有效接触面积就越小，使单位面积上的压力增大，零件运动表面磨损加快。但是，如果表面过于光滑，不利于在该表面上储存润滑油，容易使运动表面间形成半干摩擦甚至干摩擦，反而加剧磨损。3、表面粗糙度对零件使用性能和寿命的影响、表面粗糙度对零件使用性能和寿命的影响（2）影响零件的配合性质）影响零件的配合性质对间隙配合来说，表面粗糙则易磨损，使配合表面间的实际间隙逐渐增大；对过盈配合而言，粗糙表面轮廓的峰顶在

5、装配时被挤平，实际有效过盈减小，降低了联接强度，从而影响到配合性质的稳定性，降低机器的工作精度。（3）影响零件的疲劳强度）影响零件的疲劳强度零件表面越粗，表面微观不平度的凹谷一般就越深，应力集中就会越严重，零件在交变应力作用下，零件疲劳损坏的可能性就越大，疲劳强度就越低。（4）影响零件的接触刚度）影响零件的接触刚度表面越粗糙，表面间的实际接触面积就越小，会加剧峰顶处的局部塑性变形，使接触刚性降低，影响机器的工作精度和抗振性。（5）影响零件的耐腐蚀性能）影响零件的耐腐蚀性能表面越粗糙，则越容易使腐蚀性物质附着于表面的微观凹谷，并渗入到金属内层，造成表面锈蚀。 此外，表面粗糙度对联接的密封性、零件

6、的外观质量和表面涂层的质量等都有很大的影响。 最早使用的国家标准（表面光洁度国家标准）最早使用的国家标准（表面光洁度国家标准）：GB 1031-68； GB 131-74 过去的标准过去的标准(表面粗糙度国家标准表面粗糙度国家标准-旧标准旧标准)：GB/T 3505-1983 表面粗糙度表面粗糙度术语、表面及其参数术语、表面及其参数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、代号及其注法表面粗糙度符号、代号及其注法 现在实施的标准现在实施的标准(表面粗糙度国家标准表面粗糙度国家标准-新标准新标准)：G

7、B/T 3505-2006 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 表面表面 结构的、定义及参数结构的、定义及参数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、代号及其注法表面粗糙度符号、代号及其注法4.1 表面粗糙度表面粗糙度4.1.1 表面粗糙度评定参数及其数值表面粗糙度评定参数及其数值1.术语及定义术语及定义(1) c滤波器滤波器：是确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。而滤波器是除去某些波长成分而保留所需表面成分的处理方法。当测量信号通过c滤波器后将抑制波纹度的影

8、响。(2) 粗糙度轮廓粗糙度轮廓：是对零件表面的原始轮廓采用c滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。粗糙度轮廓粗糙度轮廓波纹度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓宏观形状轮廓实际表面轮廓实际表面轮廓(3) 轮廓中线轮廓中线m： 评定表面粗糙度数值的基准线。它是具有与被测表面几何形状一致的几何轮廓形状，并将被测轮廓加以划分的线。有两种中线：轮廓的最小二乘中线轮廓的最小二乘中线m：在取样长度内，使轮廓上各：在取样长度内，使轮廓上各点至该线的距离平方和为最小。即：点至该线的距离平方和为最小。即：min12niiyy1y2yn-1ynlm轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线m：在取样长度内，将实际轮廓划分上：在取样长度

9、内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线下两部分，且使上下面积相等的直线 。即：。即： F1+F2+Fn= G1+G2+GmLF1F2y=f(x)FnG1G2Gmx0(4) (4) 取样长度取样长度l l( (新标准中用新标准中用lr)lr)：定义：定义：评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度，它在轮廓总的走向上量取。作用：作用：为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响取法：取法：一般在一个取样长度内应包含个以上的波峰和波谷。(5) (5) 评定长度评定长度l ln n( (新标准中用新标准中用ln)ln)： 定义：定义：在评定或测量表面轮廓

10、时所必需的一段长度。作用：作用：反映加工表面的不均匀性。取法：取法： 最小的评定长度等于取样长度；由5个连续取样长度构成的评定长度为标准的评定长度。中线中线lnl取样长度取样长度l和评定长度和评定长度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常用取样长度及评定长度常用取样长度及评定长度国家标准规定表面粗糙度的参数由高度参数、间距参数和综合参数所组成。

11、高度参数有三个指标参数：(1)轮廓算术平均偏差Ra（新标准中用Ra）(2)微观不平度10点高度Rz （新标准没有）(3)轮廓最大高度Ry（新标准中用Rz）高度参数是表面粗糙度的基本参数。在实际表面粗糙度评定中，如无特殊要求，一般使用高度参数中的轮廓算术平均偏差Ra。2. 评定参数评定参数 在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的算术平均值，即dxxylRla0)(1niiaynR11y1y2yn-1ynm轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra： 在取样长度内个最大的轮廓峰高ypi平均值与5个最大轮廓谷深yvi平均值之和。微观不平度微观不平度10点高度值点高度值Rzn 特点特点优点：

12、简单、直观优点：简单、直观缺点：不反映形状缺点：不反映形状55151iviipizyyR 在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点。 Ry =ypmax+yvmaxRy轮廓最大高度轮廓最大高度Ry高度参数不能完全反映出零件表面粗糙度的特征。国家标准另外规定了间距参数和综合参数。间距参数有两个指标参数：(1)轮廓单峰平均间距S（新标准没有）(2)轮廓微观不平度的平均间距Sm（新标准中用RSm）ll轮廓单峰平均间距轮廓单峰平均间距S 取样长度内，轮廓上相邻单峰沿中线m方向间距Si的平均值。nSinS11轮廓微观不平度的平均间距轮廓微观不平度

13、的平均间距Sm 含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度Smi称为轮廓微观不平度间距。在取样长度内轮廓微观不平度间距Smi的平均值，就是轮廓微观不平度平均间距Sm。nSminSm11综合参数有一个指标参数：综合参数有一个指标参数：轮廓支承长度率轮廓支承长度率tp（新标准中用（新标准中用Rmr(c)） 综合参数与表面粗糙度的形状有关，它影响表面的耐磨程度。 轮廓支承长度率轮廓支承长度率t tp p： 平行于中线且与轮廓峰顶线相距为C的直线与轮廓相截所得各截线bi之和，称为轮廓。 与取样长度l之比的百分数值就是 。tp表示了耐磨擦、磨损的程度水平截距c值可用微米或c与Ry的比值百分数值表示：5，1

14、0，15，20，25，30，40，50，60，70，80，90%tp表示的大小反映了轮廓表面峰谷的形状。其值越大，表面实体材料越长，接触刚度和耐磨性越好。%1001%1001npbillntp3.评定参数的数值评定参数的数值 国家标准规定表面粗糙度的数值应按标准选用：当轮廓算术平均偏差Ra为0.0256.3m或Rz为0.10025m范围时，应优先选用Ra参数。Rz的选用适用于现在工厂的仪器，因工厂多数只能测量Rz参数。当Ra0.025m或Ra6.3m时，用光学仪器测量比较适合，因此也选用Rz参数。Ra( m m)0.0120.23.2500.0250.46.31000.050.812.50.1

15、1.625见书表见书表4-24-2、4-34-3、4-44-4、4-54-5、4-64-64.1.2 表面粗糙度符号、代号及标注表面粗糙度符号、代号及标注(e)bC (f)a1a2da1，a2 粗糙度幅度参数代号及粗糙度幅度参数代号及其数值（其数值（mm）；）；b 加工方法、镀涂或其他表面加工方法、镀涂或其他表面处理及说明等；处理及说明等；c 取样长度（取样长度（mm）；）；d 加工纹理方向符号；加工纹理方向符号； e 加工余量（加工余量（mm）；）； f 粗糙度间距参数值粗糙度间距参数值(S,Sm) 与与轮廓支承长度率（轮廓支承长度率（tp） n GB 131-1983与与GB/T 131-

16、1993标注的比较标注的比较3.23.2max3.2GB 131-83：Ra 3.2m为最大允许值为最大允许值GB 131-93：Ra 3.2m为上限值为上限值GB 131-93：Ra 3.2m为最大允许值为最大允许值GB 131-93规定：规定：当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中，当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中，超过规定值的个超过规定值的个数少于总数的数少于总数的16%16%时，时，应在图中标注表面粗糙度参数的应在图中标注表面粗糙度参数的上限值或上限值或下限值；下限值；当要求在表面粗糙度参数当要求在表面粗糙度参数所有实测值不允许超过规定值时所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注

17、表面粗糙度应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值参数的最大值或最小值。 表面粗糙度标注说明：标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面；高度参数：当选用Ra时，只需在代号中标出其参数值，“Ra”本身可以省略；当选用Rz或Ry时，参数和参数值都应标出；当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图中标注上限值和下限值；当所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注最大值或最小值；取样长度：如按国标选用，则可省略标注；表面加工纹理方向：指表面微观结构的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要时才规定。常见加工纹理方向符

18、号如下： =（纹理平行于标注代号） （纹理垂直于标注代号） X（纹理呈两相交的方向） M（纹理呈近似各个方向） C（纹理呈近似同心圆） R（纹理呈近似放射状） P（纹理无方向或凸起的细粒状）b)c)d)a)0.86.3铣铣3.23.2(5)3.2a）按标准规定选用对应取样长度时，则在图样上省按标准规定选用对应取样长度时，则在图样上省略标注，否则应按上图所示方法标注取样长度，图略标注，否则应按上图所示方法标注取样长度，图中取样长度取值为中取样长度取值为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(如如铣削铣削)获得时、可用文字标注。获得时、可用

19、文字标注。c）如果需要标注加工余量如果需要标注加工余量(假设加工总余量为假设加工总余量为5mm)，应将其标注在相应位置。应将其标注在相应位置。d）如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹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。理方向符号。303012.512.53.23.23.2f f其余其余2512.50.460M45c1.63.23.2f ff f 表面粗糙度参数值的选择原则是：既要满足零件表面的功能要求，也要考虑到经济性。 一般原则：一般原则：1. 在满足表面功能要求的情况下，尽量选用较大的表面粗糙度参数值。2. 同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参

20、数值。3. 摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小；运动速度高，单位压力大的摩擦表面应比运动速度低，单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。4.2 零件表面粗糙度参数值的选择零件表面粗糙度参数值的选择1.零件表面粗糙度评定原则：零件表面粗糙度评定原则：4. 受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽），表面粗糙度参数值要小。5. 配合性质要求高的结合表面、配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。6. 配合性质相同，零件尺寸愈小则表面粗糙度参数值应愈小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表

21、面粗糙度参数值要小。n在常用值范围内(Ra为0.0256.3mm，Rz为0.125mm)，普遍采用Ra作为评定参数。n采用Rz作为评定参数的原因是：一方面，由于触针式轮廓仪功能的限制，不适应于极光滑表面和粗糙表面；另一方面，对测量部位小、峰谷少或有疲劳强度要求的零件表面，选用Rz作为评定参数，方便、可靠。2. 零件表面粗糙度评定参数的选择：零件表面粗糙度评定参数的选择：n表面粗糙度评定参数中，Ra、Rz 两个高度参数为基本参数，S、 Sm为两个附加参数。这些参数分别从不同角度反映了零件的表面特征，但都存在着不同程度的不完整性。因此，在选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结构特点及测量条件等情

22、况适当选择一个或几个评定参数。 n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Ry值。n应考虑尺寸公差、形状公差、表面粗糙度三者之间的关系一般尺寸公差、形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但三者之间并不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。在正常的工艺条件下，三者之间有一定的对应关系，设形状公差为T，尺寸公差为IT，它们之间的关系可参照以下对应关系：若T0.6 IT，则Ra0.05 IT； Rz 0.2 IT若T0.5 IT，则Ra0.04 IT； Rz 0.1 IT若T0.4 IT，则Ra0.025 IT； Rz 0.1 IT若T0.25 IT，则Ra0.012 IT； Rz 0.05 IT若T0.25 IT，则Ra0.15 T； Rz 0.6 T 4.3 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量n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，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。n光切法：光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。常用于测量Rz为0.560m。n干涉法：干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量Rz和Ry值。干涉法通常用于测定0.8m0.025m的Rz值。n印模法：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