表面粗糙度及檢測.doc

第4章 表面粗糙度及檢測4.1 概 述4.1.1 表面粗糙度的概念經過機械加工的零件表面，不可能是絕對平整和光滑的，實際上存在著一定程度宏觀和微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度是反映微觀幾何形狀誤差的一個指標，即微小的峰谷高低程度及其間距狀況。表面粗糙度和宏觀幾何形狀誤差（形狀誤差）、波度誤差的區(qū)別，一般以波距小于1mm為表面粗糙度；波距在110mm為波度；波距大于10mm屬于形狀誤差，（國家尚無此劃分標準，也有按波距和波峰高度h比值劃分的，/h1000為形狀誤差）見圖4.1所示。 4.1.2 表面粗糙度對零件使用性能的影響 1. 對摩擦、磨損的影響 表面越粗糙，零件表面的摩擦系數就越大，兩相對運動的零件表面磨損越快；若表面過于光滑，磨損下來的金屬微粒的刻劃作用、潤滑油被擠出、分子間的吸附作用等，也會加快磨損。實踐證明，磨損程度和表面粗糙度關系見圖4.2。(a)表面輪廓 (b)表面波度 (c)形狀誤差圖4.1表面粗糙度概念2. 對配合性質的影響 對于有配合要求的零件表面，粗糙度會影響配合性質的穩(wěn)定性。若是間隙配合，表面越粗糙，微觀峰尖在工作時很快磨損，導致間隙增大；若是過盈配合，則在裝配時零件表面的峰頂會被擠平，從而使實際過盈小于理論過盈量，降低聯(lián)接強度。 3. 對腐蝕性的影響 圖4.2 磨損量和表面粗糙度關系金屬零件的腐蝕主要由于化學和電化學反應造成，如鋼鐵的銹蝕。粗糙的零件表面，腐蝕介質越容易存積在零件表面凹谷，再滲入金屬內層，造成銹蝕。4. 對強度的影響 粗糙的零件表面，在交變載荷作用下，對應力集中很敏感，因而降低零件的疲勞強度。5.對結合面密封性的影響 粗糙表面結合時，兩表面只在局部點上接觸，中間存在縫隙，降低密封性能。由此可見，在保證零件尺寸精度、形位公差的同時，應控制表面粗糙度。4.2 表面粗糙度的評定4.2.1 主要術語及定義1. 取樣長度l圖4.3 取樣長度和評定長度測量和評定表面粗糙度時所規(guī)定的一段基準長度，稱為取樣長度l，如圖4.3所示。規(guī)定取樣長度是為了限制和減弱宏觀幾何形狀誤差，特別是波度對表面粗糙度測量結果的影響。一般取樣長度至少包含5個輪廓峰和輪廓谷，表面越粗糙，取樣長度應越大。國家標準GB/T10311995表面粗糙度 參數及其數值規(guī)定的取樣長度和評定長度見表4-1。2. 評定長度l n 評定長度是指評定輪廓表面所必須的一段長度。由于被加工表面粗糙度不一定很均勻，為了合理、客觀反映表面質量，往往評定長度包含幾個取樣長度。 如果加工表面比較均勻，可取l n 5l，一般取l n = 5l。具體數值見表4-1。 表4-1 取樣長度和評定長度的選用值 （摘自GB/T10311995）Ra/mRz、Ry/ml /mm/ mm（= 5l）0.0080.02 0.020.10 0.102.0 2.010.0 10.080.0 0.0250.10 0.100.50 0.5010.0 10.050.0 50.03200.080.250.82.58.00.41.254.012.540.0注：為粗糙度評定參數 圖4.4 輪廓最小二乘中線示意圖3. 輪廓中線（基準線）輪廓中線是評定表面粗糙度參數值大小的一條參考線。下面介紹兩種輪廓中線：1)輪廓最小 二乘中線具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準線，在取樣長度內使輪廓上各點的輪廓偏距的平方和最小，如圖4.4所示。輪廓偏距是指輪廓線上的點到基準線的距離，如y1、y2、y3、yn 。輪廓最小二乘中線的數學表達式：= 最小值 2)輪廓算術平均中線 具有幾何輪廓形狀，在取樣長度內與輪廓走向一致的基準線，該線劃分輪廓并使上下兩部分的面積相等。如圖4.5所示。即： F1+F3+ F2n-1 = F2+F4+ F2n圖4.5 輪廓算術平均用最小二乘法確定的中線是唯一的，但比較困難。算術平均法常用目測確定中線，是一種近似的圖解，較為簡便，所以常用它替代最小二乘法，在生產中得到廣泛應用。 4.2.2 表面粗糙度的評定參數1. 輪廓算術平均偏差 在取樣長度內，輪廓偏距絕對值的算術平均值。見圖4.5所示。 圖4.6 微觀不平度十點高度Ra = 或近似為 Ra = Ra參數能較充分反映表面微觀幾何形狀，其值越大，表面越粗糙。2. 微觀不平度十點高度 在取樣長度內，五個最大的輪廓峰高的平均值與五個最大輪廓谷深的平均值之和，如圖4.6所示，Rz的數學表達式為： Rz = （ + ）圖4.6 微觀不平度十點高度Rz值越大，表面越粗糙。由于測點少，不能充分、客觀反映實際表面狀況，但測量、計算方便，所以應用較多。3. 輪廓最大高度 在取樣長度內，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。見圖4.7。圖中Rp為輪廓最大峰頂，Rm為輪廓最大谷深，則輪廓最大高度： Ry =Rp + Rm圖4.7 輪廓最大高度Ry常用于不可以有較深加工痕跡的零件，或被測表面很小不宜用來評定的表面。 4.2.3 一般規(guī)定 在常用的參數值范圍內，優(yōu)先選用Ra。國標規(guī)定采用中線制評定表面粗糙度，粗糙度的評定參數一般從、中選取，如果零件表面有功能要求時，除選用上述高度特征參數外，還可選用附加的評定參數如間距特征參數（輪廓單峰平均間距、輪廓微觀不平度平均間距）和形狀特征參數等。由于篇幅有限，在此不作介紹。、參數見表4-2、4-3。 表4-2 輪廓算術平均偏差 （m）系列值補充系列系列值補充系列系列值補充系列系列值補充系列0.0120.0250.0500.1000.0080.0100.0160.0200.0320.0400.0630.0800.200.400.800.1250.1600.250.320.500.631.001.63.26.31.252.02.54.05.08.010.012.5255010016.02032406380表4-3 微觀不平度十點高度Rz 、輪廓最大高度Ry的數值 （m）系列值補充系列系列值補充系列系列值補充系列系列值補充系列系列值補充系列0.0250.0320.200.1250.1600.250.321.63.21.252.02.512.52516.020322001251602503200.0500.1000.0400.0630.0800.400.80.500.631.06.34.05.08.010.0501004063804008005006301000注：優(yōu)先選用系列值。4.3 表面粗糙度符號及標注4.3.1 表面粗糙度符號和代號GB/T13193對表面粗糙度符號、代號及標注都做了規(guī)定。表4-4是表面粗糙度符號、意義及說明。表4-4 表面粗糙度符號及意義符 號意 義基本符號，表示表面用任何方法獲得。當不加注粗糙度參數值或有關說明（如表面處理、局部熱處理狀況等）時，僅適用于簡化代號標注?；痉柤右欢虅潱硎颈砻媸怯萌コ牧系姆椒ǐ@得。如車、銑、刨、磨、鉆、剪切、拋光、腐蝕、電火花加工、氣割等。基本符號加一小圓，表示表面是用不去除材料方法獲得。如鑄、鍛、沖壓變形、熱軋、粉末冶金等。或者是用于保持原供應狀況的表面（包括保持上道工序的狀況）。 在上述三個符號的長邊上加一橫線，用于標注有關參數和說明。 在上述三個符號的長邊上加一小圓，表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求4.3.2 表面粗糙度的標注對零件有表面粗糙度要求時，須同時給出表面粗糙度參數值和取樣長度的要求。如果取樣長度按表4-1標準值時，則可省略標注。 表面粗糙度數值及其有關規(guī)定在符號中的注寫位置見圖4.8。圖中a 1、a2粗糙度參數代號及數值（m）； b加工要求、鍍涂、表面處理或其它說明等； c取樣長度（mm）或波紋度（m）；圖4.8 表面粗糙度代號注法 d加工紋理方向符號； e加工余量（mm）； f粗糙度間距參數值（mm）或輪廓支承長度率。表面粗糙度高度特征參數是基本參數，Ra 值在標注時，只需標數值而不需標代號。而標注Rz 、Ry值時，應在數值前加代號，如表4-5所示。表4-5中有關表面粗糙度參數的“上限值”（或“下限值”）和“最大值”（或“最小值”）的含義是不同的?！吧舷拗怠北硎舅袑崪y值中，允許有16%的實測值可以超過規(guī)定值；而“最大值”表示不允許任何實測值超過規(guī)定值。 表4-5 表面粗糙度高度參數值得標注示例及意義代 號意 義代 號意 義用任何方法獲得的表面粗糙度，Ra的上限值為6.3m 用任何方法獲得的表面粗糙度，Ra的最大值為6.3m 用去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ra的上限值為6.3m 用去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ra的最大值為6.3m 用去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ra的上限值為6.3m，Ra的下限值為3.2m 用去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ra的最大值為6.3m，Ra的最小值為3.2m 用不去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ry的上限值為100m 用不去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ry的最大值為100m 用去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ra的上限值為6.3m，Rz的上限值為100m 用去除材料方法獲得的表面粗糙度，Ra的最大值為6.3m，Rz的最大值為100m4.3.3 表面粗糙度在圖樣上的標注方法圖樣上表面粗糙度符號一般標注在可見輪廓線、尺寸線或其引出線上；對于鍍涂表面，可以標注在表示線（粗點劃線）上；符號的尖端必須從材料外面指向實體表面，數字及符號的方向必須按圖4.9a、b及圖4.10規(guī)定要求標注。圖(a) 螺紋、內孔的標注 (b) 不同方向表面的標注圖4.9 表面粗糙度標注圖4.10 花鍵、齒輪粗糙度標注4.4 表面粗糙度數值的選擇零件表面粗糙度不僅對其使用性能的影響是多方面的，而且關系到產品質量和生產成本。因此在選擇粗糙度數值時，應在滿足零件使用功能要求的前提下，同時考慮工藝性和經濟性。在確定零件表面粗糙度時，除了有特殊要求的表面外，一般采用類比法選取。在選取表面粗糙度數值時，在滿足使用要求的情況下，盡量選擇大的數值，除此外，應考慮以下幾個方面：1)同一零件，配合表面、工作表面的數值小于非配合表面、非工作表面的數值。2)摩擦表面、承受重載荷和交變載荷表面的粗糙度數值應選小值。3)配合精度要求高的結合面、尺寸公差和形位公差精度要求高的表面，粗糙度選小值。4)同一公差等級的零件，小尺寸比大尺寸，軸比孔的粗糙度值要小。5)要求耐腐蝕的表面，粗糙度值應選小值。6)有關標準已對表面粗糙度要求作出規(guī)定的應按相應標準確定表面粗糙度數值。表5-6、表5-7是常用表面粗糙度數值及加工和應用，以供參考。表4-6 常用表面粗糙度推薦值表 面 特 征Ra/m 不大于經常拆卸零件的配合表面（如掛輪、滾刀等）公差等級表 面基 本 尺 寸 /mm到50大于50到5005軸0.20.4孔0.40.86軸0.40.8孔0.4-0.80.8-1.67軸0.4-0.80.8-1.6孔0.81.68軸0.81.6孔0.8-1.61.6-3.2表面特征Ra/m 不大于過盈配合的配合表面裝配a）按機械壓入法b）裝配按熱處理法公差等級表 面基 本 尺 寸 /mm到50大于50-120大于120-5005軸0.1-0.20.40.4孔0.2-0.40.80.86-7軸0.40.81.6孔0.81.61.68軸0.80.8-1.61.6-3.2孔1.61.6-3.21.6-3.2軸1.6孔1.6-3.2精密定心用配合的零件表面表 面徑 向 跳 動 公 差 /mm2.546101625Ra /m軸0.050.10.10.20.40.8孔0.10.20.20.40.81.6滑動軸承的配合表面表 面公 差 等 級液體濕摩擦條件6-910-12Ra /m 不大于軸0.4-0.80.8-3.20.1-0.4孔0.8-1.61.6-3.20.2-0.8表4-7 表面粗糙度參數、加工方法和應用舉例Ra /m加工方法應用舉例12.5-25粗車、粗銑、粗刨、鉆、毛銼、鋸斷等粗加工非配合表面。如軸端面、倒角、鉆孔、齒輪和帶輪側面、鍵槽底面、墊圈接觸面及不重要的安裝支承面6.3-12.5車、銑、刨、鏜、鉆、粗絞等 半精加工表面。如軸上不安裝軸承、齒輪等處的非配合表面，軸和孔的退刀槽、支架、襯套、端蓋、螺栓、螺母、齒頂圓、花鍵非定心表面等3.2-6.3車、銑、刨、鏜、磨、拉、粗刮、銑齒等半精加工表面。箱體、支架、套筒、非傳動用梯形螺紋等及與其他零件結合而無配合要求的表面1.6-3.2車、銑、刨、鏜、磨、拉、刮等接近精加工表面。箱體上安裝軸承的孔和定位銷的壓入孔表面及齒輪齒條、傳動螺紋、鍵槽、皮帶輪槽的工作面、花鍵結合面等0.8-1.6車、鏜、磨、拉、刮、精絞、磨齒、滾壓等要求有定心及配合的表面。如圓柱銷、圓錐銷的表面、臥式車床導軌面、與P0、P6級滾動軸承配合的表面等0.4-0.8精絞、精鏜、磨、刮、滾壓等 要求配合性質穩(wěn)定的配合表面及活動支承面。如高精度車床導軌面、高精度活動球狀接頭表面等0.2-0.4精磨、珩磨、研磨、超精加工等精密機床主軸錐孔、頂尖圓錐面、發(fā)動機曲軸和凸輪軸工作表面、高精度齒輪齒面、與P5級滾動軸承配合面等0.1-0.2精磨、研磨、普通拋光等精密機床主軸軸頸表面、一般量規(guī)工作表面、汽缸內表面、閥的工