第5章-表面粗糙度及检测

表面粗糙度及其检测KunmingUniversityofScienceandTechnology讲授：刘洪喜第五章2、学习要求①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②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③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④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1、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表面粗糙度

①表面粗糙度是指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度，是一种微观几何误差。②产生的主要原因是由于加工过程中微小痕迹。③表面粗糙度对零件的功能要求、使用寿命和美观程度都有重要影响。④相关国家标准第一节表面粗糙度的基本概念表面轮廓一个指定平面与实际表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。通常用垂直于零件实际表面的平面与该零件实际表面相交所得到的轮廓作为评估对象，它称为实际轮廓，如图5-1一、粗糙度轮廓的界定表面轮廓图5-1表面轮廓粗糙度轮廓波纹度轮廓原始轮廓λ实际表面轮廓图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①零件的同一表面同时存在着粗糙度轮廓、波纹度轮廓和原始轮廓，它们之间关系如图5-2②其形状一般呈波浪起伏，通常以波距λ（两波峰或两波谷之间的距离）的大小来区分③λ<1mm的属粗糙度轮廓，λ在1~10mm之间属于波纹度轮廓范畴，λ>10mm则被认为是原始轮廓。三种轮廓叠在一起即组成了表面的实际情况二、表面粗糙度对零件工作性能的影响①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②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，改变了配合性质③耐疲劳性零件表面越粗糙，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④耐腐蚀性零件表面越粗糙，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、对流体流动阻力、机器及仪器的外观质量等均有很大影响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第二节粗糙度轮廓的评定一、取样长度和评定长度1、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度，至少包含5个微峰和5个微谷，如图5-3所示中线lnlrlrlrlrlr2、评定长度ln取标准评定长度ln=5lr。若被测表面比较均匀则可选ln＜5lr；若均匀性较差，可选ln>5lr，如图5-3所示。取样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定量地评定表面粗糙度轮廓而确定的一条基准线二、粗糙度轮廓中线1、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，在取样长度内使轮廓上各点到该基准线的距离（轮廓偏距）的平方和为最小lryi最小二乘中线图5-4表面粗造度轮廓的最小二乘中线2、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，且使上部分的面积之和等于下部分的面积之和，如图5-5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算术平均中线

lrF1′F2′Fi′F1F2Fi图5-5表面粗造度轮的算术平均中线GB/T3505-2009规定评定粗糙度轮廓的基本参数有幅度参数、间距参数、混合参数及曲线和相关参数。基本术语和符号见表5-2三、粗糙度轮廓的评定参数1、幅度参数1）轮廓的算术平均偏差Ra

是指在取样长度内，被评定轮廓上各点至基准线的距离的绝对值的算术平均值，如图5-6近似为图5-6轮廓算术平均偏差Ra的确定Raxynyiy1y2lr2）轮廓最大高度在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之和称之为轮廓最大高度，通常用符号Rz表示，即Rz=Rp+Rv，如图5-7所示Zp2lrZv6Zv5Zp6Zp5Zp4Zp3Zv4Zv3Zp1Rz中线Zv1Zv2图5-7表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的确定2、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元。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度叫做轮廓单元的宽度，用符号Xsi表示。轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度lr范围内所有轮廓单元的宽度Xsi的平均值，用符号Rsm示，即Xs6Xs5Xs4Xs3Xs2Xs1lr中线图5-8轮廓单元的宽度与轮廓单元的平均宽度轮廓单元宽度第三节表面粗糙度的技术要求一、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，必须给出表面粗糙度轮廓幅度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。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表面粗糙度值越大，表面越粗糙。如，1.6比3.2的精度高一级常用的表面粗糙度值有：0.012、0.025

、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、

6.3、12.5、25、50，100，单位μm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Ra和Rz中任选一个在常用值范围内（Ra为0.025~6.3μm),优先选用Ra粗糙度要求特别高或者特别低（Ra0.025μm或Ra6.3μm）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

只有当幅度参数不能满足表面功能要求时，才选取附加参数作为附加项目

Rsm(轮廓单元的平均宽度)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：首先满足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性。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标准规定了表面粗糙度参数值的要按照执行表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，供类比法选用参考第四节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（GB/T131-2006）1、表面粗糙度符号2、表面粗糙度代号如图5-9所示①位置a标注表面结构的单一要求②a和b(同时存在)时，a注写第一表面结构要求,b注写第二表面结构要求③位置c标注加工方法，如车铣刨磨镀等加工方法④位置d标注表面纹理和方向，如“=”、“X”、“M”等，见表5-12⑤位置e标注加工余量，标注时以mm为单位给出数值ecadb图5-9表面粗糙度轮廓代号①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Rz的符号和允许值（μm）；②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16%时，应在图样上标注表面粗糙度上限或下限值；③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二、表面粗糙度代号的标注方法1、表面结构标注代号及含义表5-10所示，演变见表5-11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,需与图样上给定的极限比较,以判定其是否合格。极限值判断规则有两种：①16%规则:运用本规则时，当被检表面测得的全部参数值中,超过极限值的个数不多于总个数16%时，该表面是合格的

超过极限值有两种含义：一是当给定上限值时，超过是指大于给定值;二是当给定下限值时，超过是指小于给定值②最大规则:运用本规则时，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

16%规则是所有表面结构要求标注的默认规则。即当参数代号后未标注写“max”字样时，均默认为应用16%规则(如Ra0.8)。反之，则应用最大规则(如Ramax0.8)表5-10表面结构标注代号及含义（GB/T131-2006）②如果某表面粗糙度要求按指定的加上方法（如铣削）获得时、可用文字标注见图5-10b；如果需要标注加工余量（设加工总余量为5mm），应将其标注见图5-10c；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5-10d。标准规定了加工纹理方向符号，如表5-12所示图5-10表面粗糙度其它项目的标注①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5-10a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5-12加工纹理方向的符号（GB/T131-2006）③标注方法：①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，且需从材料外指向零件表面；②表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按规定标注。图5-11表示了表面粗糙度代号在不同位置上的标注示例第五节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①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③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。常用仪器为光切显微镜。测量范围Rz0.8~80µm

④干涉法是利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。常用仪器是干涉显微镜。该方法主要用于测量Rz值。其测量范围为Rz0.025~0.8µm。一般用于测量表面粗糙度要求高的表面②针描法是一种接触式测量表面粗糙度的方法，最常用仪器有电动轮廓仪和光学触针轮廓仪，可直接显示Ra、Rz、Rsm值小结及作业1、表面粗糙度轮廓的概念；国家标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了取样长度lr、评定长度ln