表面粗糙度及檢測(cè).doc

第4章 表面粗糙度及檢測(cè)4.1 概 述4.1.1 表面粗糙度的概念經(jīng)過機(jī)械加工的零件表面，不可能是絕對(duì)平整和光滑的，實(shí)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(gè)指標(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)，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(duì)零件使用性能的影響 1. 對(duì)摩擦、磨損的影響 表面越粗糙，零件表面的摩擦系數(shù)就越大，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(rùn)滑油被擠出、分子間的吸附作用等，也會(huì)加快磨損。實(shí)踐證明，磨損程度和表面粗糙度關(guān)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(duì)配合性質(zhì)的影響 對(duì)于有配合要求的零件表面，粗糙度會(huì)影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。若是間隙配合，表面越粗糙，微觀峰尖在工作時(shí)很快磨損，導(dǎo)致間隙增大；若是過盈配合，則在裝配時(shí)零件表面的峰頂會(huì)被擠平，從而使實(shí)際過盈小于理論過盈量，降低聯(lián)接強(qiáng)度。 3. 對(duì)腐蝕性的影響 圖4.2 磨損量和表面粗糙度關(guān)系金屬零件的腐蝕主要由于化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)造成，如鋼鐵的銹蝕。粗糙的零件表面，腐蝕介質(zhì)越容易存積在零件表面凹谷，再滲入金屬內(nèi)層，造成銹蝕。4. 對(duì)強(qiáng)度的影響 粗糙的零件表面，在交變載荷作用下，對(duì)應(yīng)力集中很敏感，因而降低零件的疲勞強(qiáng)度。5.對(duì)結(jié)合面密封性的影響 粗糙表面結(jié)合時(shí)，兩表面只在局部點(diǎn)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(shí)，應(yīng)控制表面粗糙度。4.2 表面粗糙度的評(píng)定4.2.1 主要術(shù)語及定義1. 取樣長(zhǎng)度l圖4.3 取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度測(cè)量和評(píng)定表面粗糙度時(shí)所規(guī)定的一段基準(zhǔn)長(zhǎng)度，稱為取樣長(zhǎng)度l，如圖4.3所示。規(guī)定取樣長(zhǎng)度是為了限制和減弱宏觀幾何形狀誤差，特別是波度對(duì)表面粗糙度測(cè)量結(jié)果的影響。一般取樣長(zhǎng)度至少包含5個(gè)輪廓峰和輪廓谷，表面越粗糙，取樣長(zhǎng)度應(yīng)越大。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10311995表面粗糙度 參數(shù)及其數(shù)值規(guī)定的取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度見表4-1。2. 評(píng)定長(zhǎng)度l n 評(píng)定長(zhǎng)度是指評(píng)定輪廓表面所必須的一段長(zhǎng)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(zhì)量，往往評(píng)定長(zhǎng)度包含幾個(gè)取樣長(zhǎng)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(shù)值見表4-1。 表4-1 取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)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(píng)定參數(shù) 圖4.4 輪廓最小二乘中線示意圖3. 輪廓中線（基準(zhǔn)線）輪廓中線是評(píng)定表面粗糙度參數(shù)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(zhǔn)線，在取樣長(zhǎng)度內(nèi)使輪廓上各點(diǎn)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(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離，如y1、y2、y3、yn 。輪廓最小二乘中線的數(shù)學(xué)表達(dá)式：= 最小值 2)輪廓算術(shù)平均中線 具有幾何輪廓形狀，在取樣長(zhǎng)度內(nèi)與輪廓走向一致的基準(zhǔn)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(shù)平均用最小二乘法確定的中線是唯一的，但比較困難。算術(shù)平均法常用目測(cè)確定中線，是一種近似的圖解，較為簡(jiǎn)便，所以常用它替代最小二乘法，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 4.2.2 表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)1. 輪廓算術(shù)平均偏差 在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。見圖4.5所示。 圖4.6 微觀不平度十點(diǎn)高度Ra = 或近似為 Ra = Ra參數(shù)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(diǎn)高度 在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，五個(gè)最大的輪廓峰高的平均值與五個(gè)最大輪廓谷深的平均值之和，如圖4.6所示，Rz的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： Rz = （ + ）圖4.6 微觀不平度十點(diǎn)高度Rz值越大，表面越粗糙。由于測(cè)點(diǎn)少，不能充分、客觀反映實(shí)際表面狀況，但測(cè)量、計(jì)算方便，所以應(yīng)用較多。3. 輪廓最大高度 在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，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(cè)表面很小不宜用來評(píng)定的表面。 4.2.3 一般規(guī)定 在常用的參數(shù)值范圍內(nèi)，優(yōu)先選用Ra。國標(biāo)規(guī)定采用中線制評(píng)定表面粗糙度，粗糙度的評(píng)定參數(shù)一般從、中選取，如果零件表面有功能要求時(shí)，除選用上述高度特征參數(shù)外，還可選用附加的評(píng)定參數(shù)如間距特征參數(shù)（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(shù)等。由于篇幅有限，在此不作介紹。、參數(shù)見表4-2、4-3。 表4-2 輪廓算術(shù)平均偏差 （m）系列值補(bǔ)充系列系列值補(bǔ)充系列系列值補(bǔ)充系列系列值補(bǔ)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(diǎn)高度Rz 、輪廓最大高度Ry的數(shù)值 （m）系列值補(bǔ)充系列系列值補(bǔ)充系列系列值補(bǔ)充系列系列值補(bǔ)充系列系列值補(bǔ)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(hào)及標(biāo)注4.3.1 表面粗糙度符號(hào)和代號(hào)GB/T13193對(duì)表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注都做了規(guī)定。表4-4是表面粗糙度符號(hào)、意義及說明。表4-4 表面粗糙度符號(hào)及意義符 號(hào)意 義基本符號(hào)，表示表面用任何方法獲得。當(dāng)不加注粗糙度參數(shù)值或有關(guān)說明（如表面處理、局部熱處理狀況等）時(shí)，僅適用于簡(jiǎn)化代號(hào)標(biāo)注?；痉?hào)加一短劃，表示表面是用去除材料的方法獲得。如車、銑、刨、磨、鉆、剪切、拋光、腐蝕、電火花加工、氣割等?；痉?hào)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?；蛘呤怯糜诒３衷?yīng)狀況的表面（包括保持上道工序的狀況）。 在上述三個(gè)符號(hào)的長(zhǎng)邊上加一橫線，用于標(biāo)注有關(guān)參數(shù)和說明。 在上述三個(gè)符號(hào)的長(zhǎng)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(biāo)注對(duì)零件有表面粗糙度要求時(shí)，須同時(shí)給出表面粗糙度參數(shù)值和取樣長(zhǎng)度的要求。如果取樣長(zhǎng)度按表4-1標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，則可省略標(biāo)注。 表面粗糙度數(shù)值及其有關(guān)規(guī)定在符號(hào)中的注寫位置見圖4.8。圖中a 1、a2粗糙度參數(shù)代號(hào)及數(shù)值（m）； b加工要求、鍍涂、表面處理或其它說明等； c取樣長(zhǎng)度（mm）或波紋度（m）；圖4.8 表面粗糙度代號(hào)注法 d加工紋理方向符號(hào)； e加工余量（mm）； f粗糙度間距參數(shù)值（mm）或輪廓支承長(zhǎng)度率。表面粗糙度高度特征參數(shù)是基本參數(shù)，Ra 值在標(biāo)注時(shí)，只需標(biāo)數(shù)值而不需標(biāo)代號(hào)。而標(biāo)注Rz 、Ry值時(shí)，應(yīng)在數(shù)值前加代號(hào)，如表4-5所示。表4-5中有關(guān)表面粗糙度參數(shù)的“上限值”（或“下限值”）和“最大值”（或“最小值”）的含義是不同的。“上限值”表示所有實(shí)測(cè)值中，允許有16%的實(shí)測(cè)值可以超過規(guī)定值；而“最大值”表示不允許任何實(shí)測(cè)值超過規(guī)定值。 表4-5 表面粗糙度高度參數(shù)值得標(biāo)注示例及意義代 號(hào)意 義代 號(hào)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(biāo)注方法圖樣上表面粗糙度符號(hào)一般標(biāo)注在可見輪廓線、尺寸線或其引出線上；對(duì)于鍍涂表面，可以標(biāo)注在表示線（粗點(diǎn)劃線）上；符號(hào)的尖端必須從材料外面指向?qū)嶓w表面，數(shù)字及符號(hào)的方向必須按圖4.9a、b及圖4.10規(guī)定要求標(biāo)注。圖(a) 螺紋、內(nèi)孔的標(biāo)注 (b) 不同方向表面的標(biāo)注圖4.9 表面粗糙度標(biāo)注圖4.10 花鍵、齒輪粗糙度標(biāo)注4.4 表面粗糙度數(shù)值的選擇零件表面粗糙度不僅對(duì)其使用性能的影響是多方面的，而且關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。因此在選擇粗糙度數(shù)值時(shí)，應(yīng)在滿足零件使用功能要求的前提下，同時(shí)考慮工藝性和經(jīng)濟(jì)性。在確定零件表面粗糙度時(shí)，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(shù)值時(shí)，在滿足使用要求的情況下，盡量選擇大的數(shù)值，除此外，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1)同一零件，配合表面、工作表面的數(shù)值小于非配合表面、非工作表面的數(shù)值。2)摩擦表面、承受重載荷和交變載荷表面的粗糙度數(shù)值應(yīng)選小值。3)配合精度要求高的結(jié)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(jí)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(yīng)選小值。6)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已對(duì)表面粗糙度要求作出規(guī)定的應(yīng)按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)確定表面粗糙度數(shù)值。表5-6、表5-7是常用表面粗糙度數(shù)值及加工和應(yīng)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(jīng)常拆卸零件的配合表面（如掛輪、滾刀等）公差等級(jí)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(jī)械壓入法b）裝配按熱處理法公差等級(jí)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(dòng) 公 差 /mm2.546101625Ra /m軸0.050.10.10.20.40.8孔0.10.20.20.40.81.6滑動(dòng)軸承的配合表面表 面公 差 等 級(jí)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(shù)、加工方法和應(yīng)用舉例Ra /m加工方法應(yīng)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(cè)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(dòng)用梯形螺紋等及與其他零件結(jié)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(dòng)螺紋、鍵槽、皮帶輪槽的工作面、花鍵結(jié)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(dǎo)軌面、與P0、P6級(jí)滾動(dòng)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(zhì)穩(wěn)定的配合表面及活動(dòng)支承面。如高精度車床導(dǎo)軌面、高精度活動(dòng)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(jī)床主軸錐孔、頂尖圓錐面、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和凸輪軸工作表面、高精度齒輪齒面、與P5級(jí)滾動(dòng)軸承配合面等0.1-0.2精磨、研磨、普通拋光等精密機(jī)床主軸軸頸表面、一般量規(guī)工作表面、汽缸內(nèi)表面、閥的工