互换性与技术测量之第5章表面结构参数及其检测

1、学习要求： 掌握外表构造参数的根本概念； 掌握外表粗糙度参数丈量的评定参数； 掌握外表粗糙度参数的选用原那么； 掌握外表粗糙度参数丈量的方法。重点： 外表构造参数的根本概念； 外表粗糙度参数丈量的方法； 难点： 外表构造参数的根本概念与相关术语第5章 外表构造参数及其检测 11外表构造surface texture 出自几何外表的反复或偶尔的偏向，这些偏向构成该外表的三维形貌。注:外表构造包括在有限区域上的粗糙度、波纹度、纹理方向、外表缺陷和外形误差。金属零件的外表缺陷1、术语与定义22外表缺陷surface imperfection 在加工、储存或运用期间，非故意或偶尔生成的实践外表的单元体

2、、成组的单元体、不规那么体注：1 建议不要将“外表瑕疵的术语用于本规范定义的表达中。2 这些单元体或不规那么体的类型，明显区别于构成一个粗糙度外表的那些单元体或不规那么体。3 在实践外表上存在缺陷并不表示该外表不可用。缺陷的可接受性取决于外表的用途或功能，并由适当的工程来确定，即长度、宽度、深度、高度、单位面积上的缺陷数等。32、外表缺陷的特征和参数 外表缺陷的特征和参数指外表上允许的外表缺陷参数和特征的最大值，是一个规定的极限值，零件的外表缺陷不允许超越这个极限值。包括：外表缺陷长度(SIMe外表缺陷宽度(SIMw)单一外表缺陷深度(SIMsd、混合外表缺陷深度(SIMcd)单一外表缺陷高度

3、(SIMsh)、混合外表缺陷高度(SIMch)外表缺陷面积(SIM a)外表缺陷总面积(SIMt)外表缺陷数(SIMn )单位面积上外表缺陷数( SIMn/A)41凹缺陷 沟槽 擦痕 破裂裂痕、缝隙、裂隙 缺损 (凹面)瓢曲 窝陷毛孔 沙眼 缩孔3、外表缺陷分类52凸缺陷树瘤 疱疤 (凸面)瓢曲缝脊 附着物氧化皮 夹杂物 飞边63混合外表缺陷环形坑 折叠 划痕 切屑剩余74、区域缺陷、外观缺陷 褪色 条纹 劈裂、鳞片 麻点 裂纹 斑点、斑纹 滑痕 磨蚀 腐蚀85.1 外表构造的术语、定义及参数5.1.1用轮廓法确定外表构造参数1.普通术语及定义1轮廓滤波器(profile filter)轮廓滤

4、波器是把轮廓分生长波和短波成分的滤波器。实践外表轮廓是由粗糙度轮廓roughness profile、波纹度轮廓waviness profile以及原始轮廓或称外形轮廓primary profile叠加而成。以后这三种轮廓的相关参数分别称为R参数、W参数和P参数。外表轮廓 9在丈量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中运用 、三种滤波器原始轮廓在运用 滤波之后的总的轮廓 外表粗糙度轮廓是对原始轮廓采用 滤波器抑制长波成分后构成的轮廓 波纹度轮廓是对原始轮廓延续采用 滤波器抑制短波成分和 滤波器抑制长波成分后构成的轮廓 102中线(mean lines) 中线是具有几何轮廓外形并划分轮廓的基准线。原始

5、轮廓中线是在原始轮廓上按照标称外形用最小二乘法拟合确定的中线。3坐标系(coordinate system)确定外表构造参数的坐标体系。通常采用一个直角坐标体系，其轴线构成一右旋笛卡尔坐标系，X轴与中线方向一致，Y轴也处于实践外表上，而Z轴那么在从资料到周围介质的外延方向。几何要素分类114取样长度(sampling length) 在X轴方向判别被评定轮廓不规那么特征的长度。 5评定长度( evaluation length) 用于判别被评定轮廓的X轴方向的长度。评定长度包含一个或几个取样长度。在丈量时，普通取评定长度等于5个评定长度，此时不需阐明，否那么应在有关技术文件中注明。、 121轮

6、廓峰(profile peak)轮廓峰是衔接轮廓和X轴两相邻交点向外从资料到周围介质的轮廓部分。轮廓峰高Zp为轮廓峰最高点距X轴的间隔 2轮廓谷(profile valley)轮廓峰是衔接轮廓和X轴两相邻交点向内从周围介质到资料的轮廓部分。轮廓谷深Zv为X轴线与轮廓谷最低点之间的间隔3轮廓单元(profile element)轮廓单元为轮廓峰和轮廓谷的组合 2.几何参数术语及定义13轮廓单元的高度Zt是指一个轮廓单元的峰高Zp和谷深Zv之和轮廓单元的宽度Xs是指X轴线与轮廓单元相交线的长度 轮廓单元143.轮廓参数术语及定义 外表轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及曲线和相关参数组成 幅度

7、参数峰和谷: 1最大轮廓峰高(profile peak height ) 在一个取样长度内，最大的轮廓峰高Zp。2最大轮廓谷深(profile valley depth ) 在一个取样长度内，最大的轮廓峰高Zv。3轮廓的最大高度(maximum height of prfile ) 在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和 154轮廓单元的平均高度(mean height of profile element) 在一个取样长度内，轮廓单元高度Zt的平均值。5轮廓的总高度(total height of profile) 在评定长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和。166轮廓的算术平均

8、偏向(arithmetical mean deviatin of profile) 在一个取样长度内纵坐标值Z(x)绝对值的算术平均值 177轮廓的均方根偏向(root mean square deviatin of profile) Rq、Wq、Pq 在一个取样长度内纵坐标值Z(x)的均方根值 8轮廓的偏斜度(skewness of profile) 偏斜度用来表征轮廓分布的对称性，是指在一个取样长度内纵坐标值Z(x)的三次方的平均值与Rq、Wq或Pq的三次方的比值。 189轮廓的陡度(kurtosis of profile)Rku、Wku、 Pku在一个取样长度内纵坐标值Z(x)的四次方的

9、平均值与Rq、Wq或Pq的四次方的比值 间距参数轮廓单元的平均宽度(mean width of the profile elements) Rsm、Wsm、Psm在一个取样长度lr内轮廓单元宽度Xs的平均值 19混合参数 轮廓的均方根斜率 在取样长度内纵坐标斜率dZ/dX的均方根值。曲线和相关参数 轮廓的实体资料长度Mlc 在一个给定程度截面高度c上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和、 、 20在给定程度截面高度c上轮廓的实体资料长度Mlc 与评定长度ln的比率轮廓的支承长度率Rmr(c)、Wmr(c)、Pmr(c)215.1.2 用图形法确定的外表构造参数 GB/T1

10、8618-2002规定了用图形法确定外表构造粗糙度、波纹度和原始轮廓的术语、定义和参数。该规范等效采用 ISO 12085：1996，用7个图形参数和上包络线对外表性能进展评价，抑制了传统的用中线制评定外表性能带来的误差，与目前通用的中线制对各参数的评定有较大的差别。221.普通定义1图形 motif不一定相邻的两个单峰的最高点之间的原始轮廓部分。用以下参量来描画一个图形的特征: 长度ARi或AWi，在平行于轮廓的总方向上测得; 两个深度Hj和H,j+1或HWj和HWj+1 ，在垂直于原始轮廓的总方向上测得; T型特征，两个深度中的最小深度。粗糙度图形 2粗糙度图形 经过采器具有界限值A的理想

11、算法而得出的方式 23一个粗糙度图形的长度ARi应小于或等于A通常取A=0.5mm。3波纹度图形经过采用带界限值B的规范算法而得出的图形通常取B=2.5mm。 244原始轮廓(波纹度轮廓)的上包络线 经过对轮廓峰的常规鉴别后，衔接原始轮廓各个峰的最高点的折线 252.参数定义1粗糙度图形的平均间距 在评定长度内，粗糙度图形中各个长度AR的算术平均值 n为粗糙度图形的数量(与AR的数量相等)262粗糙度图形的平均深度 在评定长度内，粗糙度图形的各个深度Hj的算术平均值 m为Hj值的数量。Hj值的数量是ARi值数量的两倍(m=2n)。3轮廓微观不平度的最大深度Rx 在评定长度内Hj的最大值 274

12、波纹度图形的平均间距 在评定长度内，波纹度图形中各个长度AW，的算术平均值 n为波纹度图形的数量(与AWi的数量相等) 286波纹度的最大深度 在评定长度内深度Hwj的最大值 7波纹度的总深度 在与原始轮廓总的走向垂直的方向上测得的，位于原始轮廓上包络线的最高点和最低点之间的间隔 29MOTIF法将原始轮廓分成单个的几何偏向,不相关的轮廓不规那么性在评价过程中被排除，因此对单个轮廓特征较为敏感。参数R和W表示轮廓的垂直分量；参数AR和AW表示轮廓不规那么性的程度间距。MOTIF法没有丧失任何重要轮廓点的信息,能表示轮廓不规那么性的程度和垂直的性能,尤其适宜于:1在未知外表和过程上进展技术分析;

13、2与外表的包络线(面)相关的性能研讨;3辨识粗糙度和波纹度具有相当接近波长的轮廓。 305.2 外表粗糙度评定参数值的选用选用原那么 同一零件，任务外表的外表粗糙度参数值应比非任务外表小。对摩擦外表，相对运动速度高、单位面积压力大的外表，外表粗糙度参数值应小。接受交变应力作用的零件，在容易产生应力集中的部位，如圆角、沟槽处，外表粗糙度参数值应小。对于配合性质要求稳定的间隙较小的间隙配合和接受重载荷的过盈配合，它们的孔、轴外表粗糙度参数值应小。要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的外表，外表粗糙度参数值应小。凡有关规范业已对外表粗糙度要求作出详细规定，那么应按该规范的规定确定外表粗糙度参数值的大小。

14、31在评定参数中，幅度特性参数Ra和 是主参数，间距参数Rsm和相关参数Rmr(c)为附加参数 在常用值范围内Ra为 , 为 )，引荐优先选用Ra 用于某些外表很小或为曲面时，以及有疲劳强度要求的零件外表的评定对于Rsm和Rmr(c)，普通不能作为独立参数选用，只需少数零件的重要外表，有特殊功能要求时才附加选用。RSm主要用在评价涂漆性能，以及冲压成型时抗裂纹、抗震性、抗腐蚀性、减小流体流动摩擦阻力等场所Rmr(c) 主要用在耐磨性、接触刚度要求较高等场所 32Ra的数值 0.0120.23.2500.0250.46.31000.050.812.50.11.6250.0250.46.31001

15、6000.050.812.52000.11.6254000.23.2508000.0060.11.60.01250.23.20.0250.46.30.050.812.5的数值 Rsm的数值 Rmr(c)的数值% 1015202530405060708090取样长度的数值 0.080.250.82.582533Ra 和 与取样长度和评定长度的对应关系 Ra 0.0080.020.020.10.12.02.010.010.080.0Rz 0.0250.100.100.500.5010.010.050.050320 /mm0.080.250.82.58.0 /mm0.41.254.012.540.0

16、345.3 外表粗糙度的丈量 比较法光切法干涉法触针法印模法光触针法扫描隧道显微镜丈量法35比较法将被测外表对照粗糙度样板，用肉眼判别或借助于放大镜、比较显微镜进展比较；也可用手摸，指甲划动的觉得来判别被加工外表的粗糙度。粗糙度样板的资料、外形及工艺尽能够与工件一样。普通用于粗糙度参数较大的近似评定。比较法是车间常用的方法。36光切原理双管显微镜的丈量范围：0.5-60微米双管显微镜主要用于车、铣、刨或其他类似加工的金属零件的平面和外圆外表。光切法37干涉法利用光波干涉原理来丈量外表粗糙度。丈量仪器是干涉显微镜。仪器的丈量范围：1-0.03微米，主要用于丈量外表粗糙度要求较高的零件外表。干涉法

17、38触针式外表粗糙度丈量仪由传感器、驱动箱、指示表、记录器和任务台等主要部件组成。丈量范围通常为0.025-5微米的Ra值。触针法39优点可以直接丈量某些难以丈量的零件外表如孔、槽的粗糙度；可以直接测出 Ra等评定参数；可以给出被测外表的轮廓图形；运用简便，丈量效率高。缺陷受除针圆弧半径可小到1-2微米的限制，难以探测到外表实践轮廓的谷底，影响丈量精度；被测外表能够被触针划伤。触针法40在实践丈量中，会遇到有些外表不便于采用上述方法直接丈量，如深孔、盲孔、凹槽、内螺纹及大型横梁等。采用印模法将被测外表的轮廓复制成模，再运用非接触丈量方法丈量印模，从而间接评定被测外表的粗糙度。由于印模资料不能够

18、填充溢谷底，其丈量值略有减少，可加以修正。印模法41光触针丈量法是利用半导体激光生成安装生成集束成点的激光束，一边对被测外表照射，一边对其进展扫描，再对搜集到的数据进展处置后可直接获得被测工件的截面外形和相关数据。非常适宜高倍率丈量，具有丈量范围大和高速呼应的性能 。可以用于三维丈量，很适宜推行到加工过程的在线丈量中去。光触针法42利用量子力学的隧道效应，经过隧道电流的变化来丈量被测物外表的凹凸情况。具有极高的分辨率，垂直方向可达0.001nm；横向可达0.01nm，精细到可以用于微细外形丈量和分子构造的外表研讨。对环境要求极高，少量尘埃即可影响丈量结果。扫描隧道显微镜丈量法43丈量外表粗糙度

19、参数值时，应留意不要将零件的外表缺陷如气孔、划痕和沟槽等包括进去。当图样上注明了外表粗糙度参数值的丈量方向时，应按规定方向丈量。假设没有指定丈量方向，工件的安放应使其丈量截面与得到粗糙度幅度参数Ra、 Rz最大值的丈量方向一致，该方向垂直于被测外表的加工纹理。对无方向性的外表，丈量截面的方向可以是恣意的。本卷须知445.4 三维外表形貌评定与丈量实验阐明，在同一外表对来自不同轮廓的参数丈量，其差别能够达50%。只需当外表满足各向同性和均一性时，在任何位置和方向的轮廓才干表示外表。另一种情形也可以用轮廓近似表示外表，即当外表在一个方向上具有普遍的和确定性纹理时，丈量轮廓应在垂直于纹理方向上进展。

20、在机械工业中上述景象相当频繁，这也是二维表征的实际根底。然而，从目前计算机技术、丈量技术和超精细加工技术的开展看，对于大多数工程外表，要想准确、合理地反映外表形貌，应在三维范围内评定。 45三维粗糙度参数目前仍处于研讨讨论阶段，尚未有正式的国家或国际规范，但曾经大量地出如今论文文献中。一个参数代表一个特征，它可以被丈量和定量表示。在许多情况下引进参数是为了获得复杂现实的综合信息。外表通常是一个复杂的实体，不能够仅用一个或几个参数完全描画其特性，这从而导致了表征外表时参数的不断添加，即所谓的“参数爆炸。为有效处理外表参数表征问题，1998年欧共体资助的大型外表计量研讨工程开发定义了一套根本的三维外表粗糙度规范参数(14+3)体系。46该体系将根本参数分为