公差配合与测量技术 课件 项目七表面粗糙度及其检测

项目七

表面粗糙度及检测学习目标

1、能分辨表面结构中表面粗糙度与表面波纹度、表面形状误差的区别2、能解读表面粗糙度的评定参数的含义（见下图）；3、会比较检测表面粗糙度。如图7-1所示的轴套零件，请解释图样上的表面粗糙度标注的含义。任务描述

图7-1轴套零件图知识准备1.表面粗糙度概述1.1表面粗糙度的定义用机械加工或者其他方法获得的零件表面，微观上总会存在较小间距的峰、谷痕迹，如图7-2所示。表面粗糙度就是表述这些峰、谷高低程度和间距状况的微观几何形状特性的指标。图7-2表面粗糙度的概念知识准备表面粗糙度反映的是实际表面几何形状误差的微观特性，有别于表面波纹度和形状误差。三者通常以波距（相邻两波峰，或两波谷之间的距离）的大小来划分，也有按波距与波高之比来划分的。波距小于1mm的属于表面粗糙度（表面微观形状误差）；波距在1~10mm的属于表面波纹度;波距大于10mm的属于形状误差。三者的区别如图7-3所示图7-3表面粗糙度、波纹度和形状误差三者的区别知识准备1.2轮廓滤波器和传输带将轮廓分成长波和短波的仪器—称为轮廓滤波器。滤波器由截止波长值表示，由两个不同截止波长的滤波器分离获得的轮廓波长范围则称为传输带（默认不注）。按滤波器的不同截止波长值，由小到大顺次分为λs、λc和λf三种。原始轮廓（P轮廓）：应用λs滤波器修正后的轮廓；粗糙度轮廓（R轮廓）：在P轮廓上再应用λc滤波器修正后形成的轮廓；波纹度轮廓（W轮廓）：对P轮廓连续应用λf和λc滤波器后形成的轮廓。知识准备1.3表面粗糙度的产生及其影响表面粗糙度产生的原因主要有：在切削加工过程中，刀具和被加工表面间的相对运动轨迹（即刀痕）、刀具和被加工表面间的摩擦、切削过程中切屑分离时表层金属材料的塑性变形以及工艺系统的高频振动等等。表面粗糙度对零件的使用性能和工作寿命有很大影响，主要表现在以下几个方面：（1）对零件耐磨性的影响。（2）对零件配合性质的影响。（3）对零件接触刚度的影响。（4）对零件疲劳强度的影响。（5）对零件耐蚀性的影响。（6）对零件密封性的影响。知识准备2.相关术语2.1表面轮廓表面轮廓是指一个指定平面与实际表面相交所得的轮廓，如图7-4所示。

图7-4表面轮廓的定义知识准备2.2取样长度lr取样长度lr是指在X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。规定取样长度的目的是为了限制和减弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响。若是取样长度lr过长，则表面粗糙度的测量值中可能含有表面波度的成分；若是取样长度lr过短，则不能客观地反映表面粗糙度的实际情况。在取样长度lr范围内，一般应有包含5个以上的轮廓峰和轮廓谷，表面越粗糙，一般来说取样长度lr应越长。取样长度lr的数值一般应该从表7-1给出的数值中进行选取。0.080.250.82.5825

知识准备2.3评定长度ln评定长度ln是指用于评定被评定轮廓的X轴方向上的长度，如图7-5所示。由于零件表面存在不均匀性，为了合理、客观地反映表面质量，评定长度ln一般包含一个或几个取样长度lr,通常取ln=5lr。若被测表面均匀性较好，可选ln<5lr;若被测表面均匀性较差，可选ln>5lr。图7-5取样长度和评定长度在评定长度ln内，根据取样长度lr进行测量，可得到一个或几个测量值，取其平均值作为表面粗糙度数值的可靠值。知识准备2.4基准线m基准线m是指评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线，它包括轮廓最小二乘中线和轮廓算术平均中线两种。2.4.1轮廓最小二乘中线

知识准备2.4.2轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线是指具有几何轮廓形状，在取样长度内与轮廓走向一致，并划分轮廓为上下两部分，且使上下两部分面积相等的基准线，如图7-6（b）所示，即：知识准备最小二乘中线符合最小二乘原则，从理论上讲是理想的基准线，但在轮廓图形上确定其位置比较困难；而算术平均中线与最小二乘中线的差别很小，且可用目测方法确定，故通常用算术平均中线来代替最小二乘中线。当轮廓不规则时，算术平均中线不止一条，而最小二乘中线只有一条。GB/T1031-2009推荐评定表面粗糙度的参数从轮廓的算术平均偏差Ra和轮廓的最大高度Rz中选取其一，且在常用的参数范围内（Ra为0.025μm~6.3μm，Rz为0.1μm~25μm）优先选用Ra。根据表面功能的需要，另外还可选用附加参数轮廓单元的平均宽度Rsm和轮廓支承长度率Rmr(c)。3.表面粗糙度的评定参数及其数值知识准备知识准备3.1轮廓的算术平均偏差Ra轮廓的算术平均偏差Ra是指在一个取样长度内，纵坐标Z(x)绝对值的算术平均值，其表达式为：

或者近似为：Ra越大，则表面越粗糙。Ra能比较全面、客观地反映表面微观几何形状的特性，因此是普遍采用的评定参数。0.0120.23.2500.0250.46.31000.050.812.5

0.11.625

知识准备3.2轮廓的最大高度Rz轮廓的最大高度Rz是指一个取样长度内，最大轮廓峰高Rp和最大轮廓谷深Rv之和，如图7-7所示，其表达式为

特别强调：Zp为轮廓峰高，Zv为轮廓谷深。在图7-7中，z_(p_6)为最大轮廓峰高Rp，z_v2为最大轮廓谷深RvRz越大，则表面越粗糙。Rz不能全面、客观地反映表面轮廓情况，但其测量、计算方便，故应用较多。

图7-7轮廓的最大高度知识准备

0.0250.46.310016000.050.812.5200

0.11.625400

0.23.250800

一般情况下，在测量Ra和Rz时，应按表7-3所示选用相应的取样长度lr评定长度ln（表中ln=5lr）。此时，取样长度值的标注在图样上或技术文件中可省略。当有特殊要求时，应给出相应的取样长度值，并在图样上或技术文件中注出。知识准备

≥0.008~0.02≥0.008~0.020.080.4>0.02~0.1>0.10~0.500.251.25>0.1~2.0>0.50~10.00.84.0>2.0~10.0>10.0~50.02.512.5>10.0~80.0>50~3208.040.0知识准备

0.0060.11.6

0.01250.23.2

0.0250.46.3

0.050.812.5

知识准备3.4轮廓的支承长度率Rmr(c)轮廓的支承长度率Rmr(c)是指在给定水平截面高度c上，轮廓的实体材料长度Ml（c）与评定长度ln的比率，如图7-9所示，其表达式为

图7-9轮廓的支承长度率知识准备

1015202530405060708090在选用轮廓的支承长度率Rmr(c)参数时，应同时给出轮廓截面高度c值。c值可用微米（μm）或Rz的百分数表示。轮廓的支承长度率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。对于不同的实际轮廓形状，在相同的评定长度内给出相同的水平截面高度c时，Rmr(c)越大，表示零件表面凸起的实体部分越大，零件的承载面积就越大，因而接触刚度就越高，耐磨性能就越好。如图7-10所示，（a）图所示的支承长度率大于（b）图的。。图7-10不同形状轮廓的支承长度率（a）（b）知识准备4.表面粗糙度的标注4.1表面粗糙度的符号、代号4.1.1表面粗糙度的符号知识准备4.1.2表面粗糙度的代号位置a注写表面结构单一要求位置a和b注写两个或多个表面结构要求位置c注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等位置d注写表面纹理及方向位置e注写加工余量，以“㎜”为单位给出数值知识准备表7-8表面粗糙度的代号的示例及其含义知识准备注：评定参数值的判断规则有16%规则和最大规则两种。见GB/T10610-2009运用16%规则时，当被测表面测得的全部参数值中，超过给定参数值的个数不多于总个数的16%时，该表面是合格的。超过给定参数值的含义是指大于上限值和（或）小于下限值。标注如:Ra0.8运用最大规则时，被测整个表面上测得的参数值一个也不应超过给定的最大值，此时，应在参数代号后注写“max”。当参数代号后未注写“max”时，均默认为应用16%规则。标注如:Ramax0.816%规则最大规则知识准备4.2表面粗糙度代号在图样中的标注表面粗糙度要求对每一个表面一般只标注一次，并尽可能注在在相应的尺寸及其公差的同一视图上。除非另有说明，所标注的表面粗糙度要求是对完工零件的表面要求。表面粗糙度代号的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致。可以标注在轮廓线或轮廓延长线上，其符号应从材料外指向并接触表面。必要时，表面粗糙度符号也可以用带箭头或黑点的指引线引出标注。如图7-12所示为常见的标注方式。知识准备图7-12表面粗糙度的常见标注知识准备5.表面粗糙度评定参数的选择及其检测5.1表面粗糙度评定参数的选择在表面粗糙度的参数评定中，Ra和Rz两个幅度参数为基本参数，Rsm和Rmr（c）为附加参数。这些参数分别从不同角角度反映了零件的表面形貌特征。但都存在着不同程度的完整性。在具体选用时，如果零件表面没有特殊要求，一般仅选用幅度参数。如果零件表面有特殊功能要求，为保证功能和提高产品质量，可以附加选用附加参数Rsm和Rmr（c）来综合控制表面质量。5.2表面粗糙度评定参数值的选择表面粗糙度评定参数值选择的合理与否，不仅对产品的使用性能有很大的影响，而且直接关系到产品的质量和制造成本。一般来说，表面粗糙度评定参数值越小，零件的工作性能越好，使用寿命越长。但表面粗糙度评定参数值并不是越小越好。因为过小的评定参数值会增加加工难度，提高生产成本，且有时还会影响使用性能。因此，表面租糙度评定参数值的选择原则是：在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的参数允许值，以减小加工难度，降低生产成本。知识准备5.3表面粗糙度的检测测量表面粗糙度参数值时，若图样上没有特别指明测量方向，则应该在尺寸最大的方向上测量，通常在垂直于表面纹理方向的截面上测量。对没有一定纹理方向的表面，应在几个不同的方向上测量，取最大值为测量结果。此外，应注意测量时不要把表面缺陷（如气孔、划痕等）包含进去。表面粗糙度的常用检测方法有比较法、光切法、干涉法和针描法等。5.3.1比较法比较法是指将被测表面与已知高度特征参数值表面粗糙度样板进行比较。通过肉眼观察、手动触摸，或借助放大镜、显微镜等来判断被测表面粗糙度的一种检验检方法。比较时，所用表面粗糙度样板的材料、形状、加工方法及纹理方向等应尽可能与被测表面相同，以减少检测误差。如图7-13所示为一粗糙度对比样块。比较法简单易行，适用于在车间条件下使用。但由于其评定结果的准确性很大程度上取决于检测人员的经验，因此仅适用于评定表面租糙度要求不高的工件。知识准备图7-13表面粗糙度对比样块知识准备5.3.2光切法光切法是指应用光切原理来测量表面粗糙度的一种检测方法。常用的仪器为光切显微镜（又称双管显微镜），如图7-14（a）。该仪器适用于测量用车、铣、刨等加工方法所获得金属零件的平面或外圆表面。光切显微镜主要用于测量轮廓的最大高度Rz值。图7-14光切显微镜知识准备图7-14干涉显微镜3.3干涉法干涉法是指利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种检测方法。利用此方法测量时，被测表面直接参与光路，用同一标准反射镜比较，以光波波长来度量干涉条纹的弯曲程度，从而测得该表面的粗糙度值。常用的仪器为干涉显微镜，如图7-