单元5-表面粗糙度及检测

单元五 表面粗糙度与检测

任务5.1认识表面粗糙度任务5.2表面粗糙度参数值及选用任务5.3表面粗糙度的表示及标注任务5.4了解表面粗糙度的检测任务5.1认识表面粗糙度

零件的表面粗糙度对零件的工作性能有重大影响。为了正确评定表面粗糙度和保证互换性，我国发布了GB/T3503-2000《表面粗糙度术语、定义及其参数》,GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及其数值》等国家标准。5.1.1表面粗糙度概述

无论是机械加工的零件表面，或者是用铸、锻等方法获得的零件表面，总会存在着具有较小间距和峰谷的微观几何形状误差。表面粗糙度的定义:是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。如下图所示，加工后零件的截面轮廓形状是复杂的，一般由表面粗糙度,表面波度和形状误差叠加而成，三者通常按波距(按相邻两个波峰或两波谷之间的距离定义)来划分：波距小于1mm的属于表面粗糙度（微观几何形状误差）；波距在1～10mm的属于表面波度；波距大于10mm的属于形状误差。表面粗糙度对零件工作性能的影响：

1、对配合性质的影响对间隙配合来说，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，表面粗糙会减小配合表面间的实际有效过盈，降低联结强度，从而降低机器的工作精度。2、对零件运动表面的摩擦和磨损的影响表面越粗糙，则摩擦阻力就越大，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，磨损加快。磨损量与表面粗糙度之间的关系如下图：

3、对零件的耐腐蚀性的影响

零表面越粗糙，则越容易在该表面上积聚腐蚀性物质，且通过该表面的微观凹谷向其表层渗透，使腐蚀加剧。提高零件的表面粗糙度质量，可以增强其抗腐蚀的能力。

4、对零件抗疲劳强度的影响

零件表面越粗糙，则对应力集中越敏感，特别是在交变应力的作用下，在零件的沟槽或圆角处，其影响更大，零件往往因此失效。因此，对于承受交变载荷的零件，若提高零件的表面粗糙度质量，可以明显地提高零件的抗疲劳强度。

5、对零件密封性的影响粗糙不平的两个结合面，仅在局部点上接触，必然产生缝隙，影响密封性。提高零件的表面粗糙度质量，可以提高其密封性。6、其它影响

此外，表面粗糙度对接触刚度、冲击强度、零件的美观及测量精度等也有很大的影响。因此，在零件的几何精度设计中，对表面粗糙度提出合理要求是一项不可缺少的重要内容。5.1.2表面粗糙度国家标准

1.基本术语和定义（1）表面轮廓

表面轮廓是指平面与实际表面相交所得的轮廓。根据方向不同，可分为横向表面轮廓（如图）和纵向表面轮廓。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取。国家标准GB1031—1995要求优先选用基本系列值。

（3）.评定长度

（ln——修改书中图5-1-4p126）

评定长度是指为了合理且较全面地反映整个表面的表面粗糙度特征，而在测量和评定表面粗糙度时所必需的一段长度，一般，评定长度ln=5lr

；若被测表面比较均匀，选ln

＜5lr

；若被测表面均匀性差，选ln

＞5lr

。(2).取样长度（lr）

取样长度是指测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准线的长度，一般应包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。取样长度的方向与轮廓总的走向一致。表面越粗糙，取样长度就应越大。

选择取样长度，可以限制和减弱其他的截面轮廓形状误差，尤其是表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响。

国家标准GB/T10610-1998《产品几何技术规范表面结构轮廓法评定表面结构的规则和方法》规定：测量Ra

、Rz、Rsm

值的取样长度lr与评定长度ln

。Ra（μm）Rz（μm）Rsm（μm）lr

（mm）ln

（mm）（0.0006）＜Ra≤0.02（0.025）＜Rz≤0.10.013＜Rsm≤0.040.080.40.02＜Ra≤0.10.1＜Rz≤0.50.04＜Rsm≤0.130.251.250.1＜Ra≤20.5＜Rz≤100.13＜Rsm≤0.40.842＜Ra≤1010＜Rz≤500.4＜Rsm≤1.32.512.510＜Ra≤8050＜Rz≤2001.3＜Rsm≤4840

（3）.中线（m）

中线（也称基准线）是指评定表面粗糙度参数值时所取的基准。GB3505-83《表面粗糙度术语表面及其参数》规定下面两种中线作为基准线：①轮廓最小二乘中线

轮廓的最小二乘中线m是指在取样长度内，具有理想直线形状的基准线，使轮廓上各点到该中线的距离（轮廓偏距）的平方之和为最小，即为最小。②轮廓算术平均中线

轮廓算术平均中线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，即F1+F2+···+Fn=F’1+F’2+···+F’n

※2.评定参数

表面粗糙度的评定参数由幅度参数（按照微观不平度高度）、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数组成。（1）、幅度参数（高度参数）——基本参数※

※

※

①轮廓算术平均偏差Ra

是指在取样长度

lr

内，被测轮廓上各点到基准线的距离Z(x)

的绝对值的算术平均值，用Ra表示，公式为：

②轮廓的最大高度Rz

是指在取样长度lr内，被测轮廓的最大轮廓峰高Zpmax与最大轮廓谷深Zvmax之和的高度（两值均为正），即

Rz

=Zpmax+Zvmax

幅度参数Ra、Rz

是标准规定必须标注的参数（两者只需取其一），故又称基本参数。Ra、Rz

的数值越大，则表面越粗糙。

2.间距参数——附加参数

轮廓单元的平均宽度RSm

——是指在取样长度lr内，轮廓单元宽度Xsi的平均值。RSm

的数值越大，则表面越粗糙。（轮廓单元是指一个表面粗糙度轮廓峰和一个轮廓谷的组合。）用公式表示为：

式中Xsi——第i

个轮廓单元的宽度；

m——在取样长度内所含的轮廓单元的个数。轮廓单元宽度

3、混合参数（形状参数）——附加参数

轮廓支承长度率Rmr（c）——是指在给定水平位置c上轮廓的实体材料长度Ml（c）与评定长度的比率，即所谓轮廓的实体材料长度Ml（c）

——是指在评定长度内，一平行于X轴的直线从峰顶线向下移一水平截距c时，与轮廓相截所得的各段截线长度之和，即

轮廓支承长度率Rmr（c）与零件的实际轮廓形状有关，是反映零件表面耐磨性能的指标。Rmr（c）是随着水平截距的大小而变化的，其关系曲线称为支承长度率曲线，如左图所示。对于不同的实际轮廓形状，在相同的取样长度内并给出相同的水平截距c，Rmr（c）越大，则表示零件表面凸起的实体部分就越大，承载面积就越大，因而接触刚度就越高，耐磨性能就越好，例如：在右图（a）与图（b）中，前者耐磨性能较好，后者较差。支承长度率曲线任务5.2表面粗糙度参数值及选用

1.表面粗糙度的参数值

评定表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时应按国标GB/T1031—95《表面粗糙度参数及其数值》规定的参数值系列选取。参见P130表5-2-1~5-2-4。应熟记常用参数(R10/3)：※

0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，···2.表面粗糙度的选用

※

(1).评定参数的选择①幅度参数(Ra和Rz)的选择：参数值在0.025~6.3μm之间的，优先选用Ra。表面过于粗糙或太光滑时，即参数值＜0.025或＞6.3μm时，选用Rz

。②幅度参数(Rz)的选择：当表面不允许出现较深加工痕迹，防止应力过于集中，要求保证零件的抗疲劳强度和密封性时，需要选用Rz。③间距参数的选择：不能独立选用，只有当幅度参数不能满足表面的功能要求时，才选取附加参数作为附加项目。RSm

主要在对涂漆性能有要求或冲压成形时选用。

④混合参数的选择：Rmr(c)主要在耐磨性、接触刚度要求较高等场合选用。（2）.粗糙度评定参数数值的选择

合理选取表面粗糙度参数值的大小，对零件的工作性能和加工成本具有重要意义。选择总原则：在满足零件表面使用功能前提下，应尽量选用较大的评定参数值（除Rmr（c）外）。

A.从加工角度看

表面粗糙度的参数值与加工方法联系紧密。表5-7列出了常用加工方法可能达到的表面粗糙度。主要掌握：

B.从设计角度看对有装配要求的配合表面、承载交变载荷的表面等，应选较小的表面粗糙度值；对某些非配合的表面则可以尽量选用较大的表面粗糙度值。加工方法表面粗糙度Ra/μm0.40.81.63.26.312.5磨削车削镗孔铣削①同一零件上，工作表面粗糙度值小于非工作表面；②摩擦表面粗糙度值小于非摩擦表面；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面粗糙度值小；运动速度高、单位面积压力大的摩擦表面，表面粗糙度值应小；③承受交变动载荷的零件表面以及易引起应力集中的部位（圆角、沟槽处），表面粗糙度值应小；④配合性质要求稳定的较小间隙的配合表面和承受重载荷作用的过盈配合表面，都应有选用较小的表面粗糙度值；⑤配合性质相同，零件尺寸越小时，表面粗糙度值越小；同一公差等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小；⑥配合零件的表面粗糙度值应与尺寸及形状公差相协调。通常尺寸和形状公差值小时表面粗糙度值也小；尺寸公差较大的表面，其表面粗糙度值不一定也很大。

C.选取粗糙度评定参数数值的一般原则※※※D.类比法选用表面粗糙度值在工程实际中，表面粗糙度和功能的关系十分复杂。一般尺寸公差、形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但不存在确定的函数关系。设计时可采用经验统计资料，用类比法来选用。参见表5-2-6。一般情况下，它们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T≈0.6IT，则Ra≤0.05IT；Rz≤0.2ITT≈0.4IT，则Ra≤0.025IT；Rz≤0.1ITT≈0.25IT，则Ra≤0.012IT；Rz≤0.05ITT＜0.25IT，则Ra≤0.15T；Rz≤0.6T

任务5.3表面粗糙度的表示及注法

表面粗糙度的评定参数及其数值确定后，还应按GB/T131-1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》的规定把表面粗糙度要求正确地标注在零件图上。5.3.1表面粗糙度符号、代号及其注法1）标注表面粗糙度的图形符号在零件图上表示表面粗糙度的符号如下图（见表5-3-1）所示：

※

2）

表面粗糙度的代号及其注法：

在表面粗糙度符号周围，要求标注有关参数、加工要求和其他说明等。由表面粗糙度符号和这些数值、规定等共同组成表面粗糙度的代号。表面粗糙度的代号标注方法如下：

a——标注表面粗糙度幅度参数值（单位为μm

）。

b——标注表面的最后一道工序的加工方法,渡涂或其他的表面处理方法。

c——标注取样长度（单位为mm）

d——标注加工纹理方向

e——标注加工余量（单位为mm）

f——标注表面粗糙度间距参数值（mm）或轮廓的支承长度率（1）.表面粗糙度幅度参数的标注①表面粗糙度幅度参数是基本参数，采用Ra时，只标注Ra的数值；采用Rz

时，除标注其数值外，还要在该数值前注出Rz

。②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数少于总数的16%时，应在图样上标注其上限值或下限值——“16%规则”。③当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注其最大值或最小值。

（2）.表面粗糙度附加参数的标注

表面粗糙度的间距参数和混合特性参数为附加参数，幅度参数未标注时，附加参数不能单独标注。若需要标注附加参数时，应在表面粗糙度的代号中的f位置标注，数值写在相应的参数代号后面。如：

（3）.表面粗糙度其它项目的标注①C位置——取样长度的标注若按标准选用的取样长度，可以省略，否则应按下图（a）方法标注。②b位置——加工要求的标注如果某表面的表面粗糙度要求由指定的加工方法（如抛光、铣削等）获得，可以用文字标注，如下图（b）。③e位置——加工余量的标注按下图（c）方法标注④

d位置——加工纹理方向的标注

如果需要控制零件表面的加工纹理方向，可按右图（d）方法标注。标准规定了加工纹理方向的符号（下图）。（4）.表面粗糙度的图样标注在零件图上标注表面粗糙度代号时，代号的尖端应指向可见轮廓线、尺寸线、尺寸界限或它们的延长线上，并且必须从材料外指向零件的表面。(c)

中心孔、圆角、倒角的表面粗糙度标注示例

任务5.4了解表面粗糙度的检测不要将表面缺陷包括进去（划痕、气孔等），注明了测量