第四章表面粗糙度及檢測-劉旦

1、第四章 表面粗糙度 1. 1.基本概念基本概念 零件表面的形貌可分為三種情況：零件表面的形貌可分為三種情況： 波距波距h波高波高/h1000宏觀宏觀 / h 50微觀微觀2)表面波紋度：表面波紋度：零件表面中峰谷的波長和波零件表面中峰谷的波長和波高之比等于高之比等于505010001000的不平程度稱為波紋度。的不平程度稱為波紋度。 3)形狀誤差形狀誤差 ：零件表面中峰谷的波長和波高零件表面中峰谷的波長和波高 之比大于之比大于10001000的不平程度屬于的不平程度屬于 形狀誤差。形狀誤差。1)表面粗糙度表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其波長和波高之比一

2、般小于的不平程度，其波長和波高之比一般小于 5050。屬于微觀幾何形狀誤差。屬于微觀幾何形狀誤差。 輪廓參數(shù)輪廓參數(shù)輪廓參數(shù)，與輪廓參數(shù)，與GB/T 3505標準相關的參數(shù)標準相關的參數(shù)有：有： RR輪廓（粗糙度參數(shù)）；輪廓（粗糙度參數(shù)）； WW輪廓（波紋度參數(shù)）；輪廓（波紋度參數(shù)）； PP輪廓（原始輪廓參數(shù)）。輪廓（原始輪廓參數(shù)）。 輪廓濾波器和傳輸帶輪廓濾波器和傳輸帶n粗糙度的三類輪廓各有不同的波長范圍粗糙度的三類輪廓各有不同的波長范圍, , 它它們又同時疊加在同一表面輪廓上們又同時疊加在同一表面輪廓上, , 因此因此, ,在測在測量評定三類輪廓上的參數(shù)時量評定三類輪廓上的參數(shù)時, , 必

3、須先將表面必須先將表面輪廓在特定儀器上進行濾波輪廓在特定儀器上進行濾波, , 以便分離獲得以便分離獲得所需波長范圍的輪廓。所需波長范圍的輪廓。n將輪廓分成長波和短波成分的儀器稱為將輪廓分成長波和短波成分的儀器稱為輪廓輪廓濾波器濾波器。由兩個不同截止波長的濾波器分離由兩個不同截止波長的濾波器分離獲得的輪廓波長范圍則稱為獲得的輪廓波長范圍則稱為傳輸帶傳輸帶。按濾波器的不同截止波長值按濾波器的不同截止波長值, , 由小到大順次分為由小到大順次分為 ss、c c 、和、和f f 三種。三種。應用應用ss濾波器濾波器修正后的輪廓稱為原始輪廓修正后的輪廓稱為原始輪廓( P ( P 輪廓輪廓) ;) ; 在

4、在 P P 輪廓上再應用輪廓上再應用 c c 濾波器濾波器修正后形成的輪廓即為粗修正后形成的輪廓即為粗糙度輪廓糙度輪廓( R ( R 輪廓輪廓) ;) ; 對對P P輪廓連續(xù)應用輪廓連續(xù)應用f f 和和c c 濾波器濾波器后形成的輪廓則稱為后形成的輪廓則稱為波紋度輪廓波紋度輪廓( W ( W 輪廓輪廓) ) 。 2.2.表面粗糙度對零件性能的影響表面粗糙度對零件性能的影響 影響零件的耐磨性。影響零件的耐磨性。 影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。 影響零件的疲勞強度影響零件的疲勞強度。 影響零件的抗腐蝕性。影響零件的抗腐蝕性。 影響零件的密封性。影響零件的密封性。 對零件的外觀、測量精

5、度、表面光對零件的外觀、測量精度、表面光 學性能、導電導熱性學性能、導電導熱性 能和膠合強度能和膠合強度 等也有著不同程度的影響等也有著不同程度的影響。 4.1 表面粗糙度的國家標準表面粗糙度的國家標準 1.1.表面粗糙度的基本術語表面粗糙度的基本術語 1）. .取樣長度取樣長度L L：評定表面粗糙度所規(guī)定的一段：評定表面粗糙度所規(guī)定的一段 基準線長度。基準線長度。 規(guī)定取樣長度是為了規(guī)定取樣長度是為了限制和減弱表面波紋限制和減弱表面波紋度對表面粗糙測量結果的影響度對表面粗糙測量結果的影響，在數(shù)值上它與，在數(shù)值上它與c c 濾波器的標志波長相等。濾波器的標志波長相等。LF1F2y = f (

6、x )FnG1G2Gmx02）.評定長度評定長度 lnln： 為了全面、充分地反映被測表面的特性，為了全面、充分地反映被測表面的特性，在評定或測量表面輪廓時所必需的一段長度。在評定或測量表面輪廓時所必需的一段長度。 評定長度可包括評定長度可包括一個或多個取樣長度一個或多個取樣長度。 評定長度評定長度默認為默認為 5 5 個取樣長度個取樣長度, , 否則應注否則應注明個數(shù)。明個數(shù)?；鶞示€LnLLLL3 3）基準線）基準線：為了計算粗糙度值時，所用的一條線。為了計算粗糙度值時，所用的一條線。輪廓最小二乘中線：輪廓最小二乘中線：輪廓上的點到輪廓偏距的平方和為最小輪廓上的點到輪廓偏距的平方和為最小輪廓

7、算術平均中線：輪廓算術平均中線：在輪廓上找到一條直線，該直線在輪廓上找到一條直線，該直線使上、下部分的面積相等。使上、下部分的面積相等?；鶞示€基準線niiy12min輪廓的最小二乘中線輪廓的最小二乘中線m m：在取樣長度內(nèi)，使輪廓在取樣長度內(nèi)，使輪廓 上各點至一條該線的距離平方和為最小。上各點至一條該線的距離平方和為最小。 即即 輪廓算術平均中線輪廓算術平均中線m m ：在取樣長度內(nèi)，將在取樣長度內(nèi)，將 實際輪廓劃分上下兩部分，且使上下面積實際輪廓劃分上下兩部分，且使上下面積 相等的直線相等的直線 。 即：即： F1+F2+F1+F2+Fn= G1+G2+Fn= G1+G2+Gn+GnLF1F

8、2y = f ( x )FnG1G2Gmx0 2.2.表面粗糙度的評定參數(shù)表面粗糙度的評定參數(shù) 國家標準國家標準GB3505-83GB3505-83和和GB/T1031-95GB/T1031-95中規(guī)定中規(guī)定了了6 6個評定參數(shù)，其中有關高度特性的參數(shù)個評定參數(shù)，其中有關高度特性的參數(shù)3 3個，個，間距特性的參數(shù)有間距特性的參數(shù)有2 2個，形狀特性參數(shù)有個，形狀特性參數(shù)有1 1個，個，其中高度參數(shù)是主要的其中高度參數(shù)是主要的。dxxylRla0)(1niiaynR111）輪廓算術平均偏差輪廓算術平均偏差a a 在取樣長度內(nèi)，被測實際輪廓上各點至在取樣長度內(nèi)，被測實際輪廓上各點至 輪廓中線距離絕

9、對值的平均值，即輪廓中線距離絕對值的平均值，即: :Ra越大，表面越粗糙越大，表面越粗糙 2）輪廓最大高度輪廓最大高度z z 在取樣長度內(nèi)，輪廓的峰頂線和谷底線之間在取樣長度內(nèi)，輪廓的峰頂線和谷底線之間 的距離。峰頂線和谷底線平行于中線且分別通過的距離。峰頂線和谷底線平行于中線且分別通過 輪廓最高點和最低點。輪廓最高點和最低點。maxmaxzpvRyy3、表面特征代號及標注、表面特征代號及標注1)、表面粗糙度符號和代號、表面粗糙度符號和代號基本符號基本符號表示表面是用去除材料的方法獲得。如車、銑、刨、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、磨、鉆、剪

10、切、拋光、腐蝕、電火花加工、 氣割等氣割等 表示表面是用不去除材料方法獲得。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秩玷T、鍛、沖壓變形、熱軋、粉末冶金等?；蛘呤怯糜诒３衷獱顩r的表面（包括保持上道工序的狀況）原供應狀況的表面（包括保持上道工序的狀況） 表示所有表面具表示所有表面具有相同的表面粗有相同的表面粗糙度要求糙度要求 2)表面粗糙度的代號表面粗糙度的代號 a1a1、a2 a2 為粗糙度高度為粗糙度高度 參數(shù)的允許值（參數(shù)的允許值（mm）；）； b b 標注加工方法、鍍涂標注加工方法、鍍涂 或其它表面處理；或其它表面處理； c c 標出取樣長度

11、（標出取樣長度（mmmm）；）； d d 標出加工紋理方向符號；標出加工紋理方向符號； e e 標出加工余量（標出加工余量（mmmm）；）； f f 標出間距參數(shù)值（標出間距參數(shù)值（mmmm） 或輪廓支承長度率。或輪廓支承長度率。 a1a2bc（f）de要求標注參數(shù)要求標注參數(shù)Ra時，時， Ra的代號可以省略的代號可以省略 1.表面粗糙度（評定參數(shù)）的選擇表面粗糙度（評定參數(shù)）的選擇 評定參數(shù)的選擇：如無特殊要求，一般僅選用評定參數(shù)的選擇：如無特殊要求，一般僅選用 高度參數(shù)高度參數(shù)。推薦優(yōu)先選用推薦優(yōu)先選用RaRa值值，因為因為RaRa能充分能充分 反映零件表面輪廓的特征反映零件表面輪廓的特征

12、（RaRa為為0.0250.0256.3m6.3m） 當表面過于粗糙（當表面過于粗糙（RaRa6.3m6.3m）或過于光滑）或過于光滑 （ RaRa 0.025 m 0.025 m ）時，可選用）時，可選用RaRa用光學用光學儀儀 測量測量。當零件材料較軟時，可選用當零件材料較軟時，可選用RaRa用光學儀測量。用光學儀測量。當測量面積很小時，如頂尖、刀具的刃部、儀當測量面積很小時，如頂尖、刀具的刃部、儀 表的小元件的表面，可選用表的小元件的表面，可選用RzRz值。值。 4.2表面粗糙度（參數(shù)值）的選擇表面粗糙度（參數(shù)值）的選擇 3)3)表面粗糙度的標注表面粗糙度的標注標注時將其標注在可見輪廓線

13、、尺寸界線、引出標注時將其標注在可見輪廓線、尺寸界線、引出 線或它們的延長線上，線或它們的延長線上，符號的尖端必須從材料外符號的尖端必須從材料外 指向被注表面。指向被注表面。高度參數(shù)：當選用高度參數(shù)：當選用RaRa時，只需在代號中標出其參時，只需在代號中標出其參 數(shù)值數(shù)值，“RaRa”本身可以省略本身可以省略；當選用當選用RzRz時，參數(shù)和參數(shù)值都應標出時，參數(shù)和參數(shù)值都應標出；當所有實測值不允許超過規(guī)定值時，應在圖樣上當所有實測值不允許超過規(guī)定值時，應在圖樣上 標注最大值或最小值標注最大值或最小值。 取樣長度：如取樣長度：如按國標選用，則可省略標注按國標選用，則可省略標注；表面加工紋理方向：

14、指表面微觀結構的主要方向，表面加工紋理方向：指表面微觀結構的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要時才規(guī)定由所采用的加工方法或其它因素形成，必要時才規(guī)定。3)3)、表面粗糙度在圖樣上的標注方法、表面粗糙度在圖樣上的標注方法表面粗糙度高度參數(shù)值得標注示例及意義表面粗糙度高度參數(shù)值得標注示例及意義 用去除材料方法獲得用去除材料方法獲得的表面粗糙度，的表面粗糙度，Ra的的最大值為最大值為6.3m，Rz的最大值為的最大值為100m 用去除材料方法獲得用去除材料方法獲得的表面粗糙度，的表面粗糙度，Ra的的上限值為上限值為6.3m，Rz的的上限值為上限值為100m 用不去除材料方法獲用不去除材料

15、方法獲得的表面粗糙度，得的表面粗糙度， Rz的最大值為的最大值為100m 用不去除材料方法獲用不去除材料方法獲得的表面粗糙度，得的表面粗糙度， Rz的上限值為的上限值為100m 用去除材料方法獲得用去除材料方法獲得的表面粗糙度，的表面粗糙度，Ra的的最大值為最大值為6.3m，Ra的最小值為的最小值為3.2m 用去除材料方法獲得用去除材料方法獲得的表面粗糙度，的表面粗糙度，Ra的的上限值為上限值為6.3m，Ra的下限值為的下限值為3.2m 用去除材料方法獲得用去除材料方法獲得的表面粗糙度，的表面粗糙度，Ra的的最大值為最大值為6.3m 用去除材料方法獲得用去除材料方法獲得的表面粗糙度，的表面粗糙

16、度，Ra的的上限值為上限值為6.3m 用任何方法獲得的表用任何方法獲得的表面粗糙度，面粗糙度，Ra的最大的最大值為值為6.3m 用任何方法獲得的表用任何方法獲得的表面粗糙度，面粗糙度，Ra的上限的上限值為值為6.3m 意 義代 號意 義代 號GB/T 131GB/T 131名稱上的變化名稱上的變化GB/T 131-93GB/T 131-2006新概念上的變化新概念上的變化 1993版版2006版版表面粗糙度的基本符號表面粗糙度的基本符號表面結構的基本圖形符號表面結構的基本圖形符號代號的文本表示代號的文本表示 允許任何工藝允許任何工藝去除材料去除材料不去除材料不去除材料APAMRRNMR(Any

17、 Process Allow) (Material Remove)(No Material Remove)幫助記憶而杜撰的英文幫助記憶而杜撰的英文注法上的新變化注法上的新變化 1993版版2006版版有關規(guī)定的注寫位置有關規(guī)定的注寫位置補充要求的注寫位置補充要求的注寫位置na- a- 注寫表面結構的單一要求注寫表面結構的單一要求; ; na a 和和b( b( 同時存在同時存在) a ) a 注寫第一表面結構要求注寫第一表面結構要求, , b b 注寫第二表面結構要求注寫第二表面結構要求; ; nc- c- 注寫加工方法注寫加工方法“, ,車車”“”“、銑、銑”“”“、鍍、鍍”等等; ; nd

18、- d- 注寫表面紋理方向注寫表面紋理方向, , 如如“=”“=”“、”、“M”M”等等; ; ne- e- 注寫加工余量。注寫加工余量。 表面結構補充要求包括：表面結構補充要求包括： 表面結構參數(shù)代號表面結構參數(shù)代號 數(shù)值；數(shù)值； 傳輸帶取樣長度傳輸帶取樣長度MRR 0.0025-0.8/Rz 3.2 表面結構的表面結構的圖形表示圖形表示表面結構的表面結構的文本表示文本表示 傳輸帶標注包括濾波器截止波長（傳輸帶標注包括濾波器截止波長（mmmm），短波濾），短波濾波器在前，長波濾波器在后，并用連字號波器在前，長波濾波器在后，并用連字號“-”-”隔開。隔開。 傳輸帶應標注在參數(shù)代號的前面，并用斜

19、線傳輸帶應標注在參數(shù)代號的前面，并用斜線“/”/”隔開。隔開。0.0025-0.8/Rz 3.2注法上的新變化注法上的新變化 GB/T 1031-1995 輪廓算術平均偏差輪廓算術平均偏差 RaGB/T 131-2006 輪廓的算術平均偏差輪廓的算術平均偏差 微觀不平度十點高度微觀不平度十點高度 Ry輪廓最大高度輪廓最大高度 Rz輪廓的最大高度輪廓的最大高度 RaRyRz（停止使用）（停止使用）極限值判斷規(guī)則極限值判斷規(guī)則 完工零件表面按檢驗規(guī)范測得輪廓參數(shù)值后完工零件表面按檢驗規(guī)范測得輪廓參數(shù)值后, , 需與圖樣上給定的極限比較需與圖樣上給定的極限比較, , 以判定其是否合格。以判定其是否合

20、格。極限值判斷規(guī)則有兩種極限值判斷規(guī)則有兩種: : 16%16%規(guī)則、規(guī)則、最大規(guī)則最大規(guī)則n16%16%規(guī)則規(guī)則: : 運用本規(guī)則時運用本規(guī)則時, , 當被檢表面測得的全部當被檢表面測得的全部參數(shù)值中參數(shù)值中, , 超過極限值的個數(shù)不多于總個數(shù)超過極限值的個數(shù)不多于總個數(shù) 16%16%時時, , 該表面是合格的。該表面是合格的。n最大規(guī)則最大規(guī)則: : 運用本規(guī)則時運用本規(guī)則時, , 被檢的整個表面上測被檢的整個表面上測得的參數(shù)值一個也不應超過給定的極限值得的參數(shù)值一個也不應超過給定的極限值。n超過極限值有兩種含義超過極限值有兩種含義: : 當給定上限值時當給定上限值時, , 超過是指大于給

21、定值超過是指大于給定值; ; 當給定下限值時當給定下限值時, , 超過是指小于給定值。超過是指小于給定值。n16%16%規(guī)則是所有表面結構要求標注的默認規(guī)則是所有表面結構要求標注的默認規(guī)則。即當參數(shù)代號后未標注寫規(guī)則。即當參數(shù)代號后未標注寫“max”max”字樣時字樣時, , 均默認為應用均默認為應用 16%16%規(guī)則規(guī)則( ( 例如例如 Ra0.8) Ra0.8) 。反之。反之, , 則應用最大規(guī)則則應用最大規(guī)則( ( 例如例如 Ramax0.8Ramax0.8) 代號含義去除材料，單向上限值，默認傳輸帶，去除材料，單向上限值，默認傳輸帶，R R輪廓，輪廓，算術平均偏差算術平均偏差1.6m1

22、.6m，評定長度為，評定長度為5 5個取樣長度（默認）個取樣長度（默認）,“16%,“16%規(guī)則規(guī)則” ” （默（默認）。認）。(16%(16%規(guī)則參考規(guī)則參考GB/T 10610GB/T 10610中的中的5.2)5.2)不允許去除材料，單向上限值，默認傳輸不允許去除材料，單向上限值，默認傳輸帶，帶，R R輪廓，輪廓，粗糙度的最大高度粗糙度的最大高度0.4m0.4m，評定長度為評定長度為5 5個取樣長度（默認），個取樣長度（默認），“16%16%規(guī)則規(guī)則” ” （默認）。（默認）。去除材料，單向上限值，默認傳輸帶，去除材料，單向上限值，默認傳輸帶，R R輪廓，粗糙度最大高度的最大值輪廓，粗糙

23、度最大高度的最大值0.2m0.2m，評定長度為評定長度為5 5個取樣長度（默認），個取樣長度（默認），“最最大規(guī)則大規(guī)則”( (最大規(guī)則參考最大規(guī)則參考GB/T 10610GB/T 10610中的中的5.3)5.3)。表面結構的新解釋表面結構的新解釋-1-1 表示去除材料，表示去除材料，單向上限值單向上限值，傳輸帶，傳輸帶0.008-0.8mm0.008-0.8mm，R R輪廓，算術平均偏差輪廓，算術平均偏差3.2m3.2m，評定長度為，評定長度為5 5個取樣長度（默個取樣長度（默認），認），“16%16%規(guī)則規(guī)則”。（默認）。（默認）去除材料，單向上限值，傳輸帶：根據(jù)去除材料，單向上限值，傳

24、輸帶：根據(jù)GB/T 6062GB/T 6062，取樣長度，取樣長度0.8m0.8m（ss默認默認0.0025mm0.0025mm），），R R輪廓，算術平均偏差輪廓，算術平均偏差3.2m3.2m，評定長度包含，評定長度包含3 3個取樣長度。個取樣長度。不允許去除材料，不允許去除材料，雙向極限值，雙向極限值，兩極限兩極限值均使用默認傳輸帶，值均使用默認傳輸帶，R R輪廓，上限值：輪廓，上限值：算術平均偏差算術平均偏差3.2m3.2m，評定長度為，評定長度為5 5個取個取樣長度（默認），樣長度（默認），“最大規(guī)則最大規(guī)則”；下限；下限值：算術平均偏差值：算術平均偏差0.8m0.8m，評定長度為，評

25、定長度為5 5個取樣長度（默認），個取樣長度（默認），“16%16%規(guī)則規(guī)則”（默（默認）認） 。表面結構的新解釋表面結構的新解釋-2-2 在圖形中的注法在圖形中的注法 不可向右旋轉(zhuǎn)書寫，加不可向右旋轉(zhuǎn)書寫，加指引線后水平書寫。指引線后水平書寫。向左向左旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)書寫書寫水平向上書寫水平向上書寫圖形中的簡化注法圖形中的簡化注法 大多數(shù)表面有相同表面結構要求的簡化注法（一）大多數(shù)表面有相同表面結構要求的簡化注法（一） 其余其余3.2相當于老標準中的相當于老標準中的其余其余3.2Ra3.2Rz1.6Rz6.3 2.表面粗糙度（參數(shù)值）的選擇表面粗糙度（參數(shù)值）的選擇 表面粗糙度參數(shù)值的選擇原則是：表

26、面粗糙度參數(shù)值的選擇原則是： 在滿足零件表面功能要求的前提下，盡量在滿足零件表面功能要求的前提下，盡量 選取較大的參數(shù)值選取較大的參數(shù)值。 一般原則：一般原則：同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值?。荒Σ帘砻姹确悄Σ帘砻嬉。荒Σ帘砻姹确悄Σ帘砻嬉?；受循環(huán)載荷的表面要??；受循環(huán)載荷的表面要?。慌浜弦蟾?、聯(lián)接要求可靠、受重載的表面粗糙配合要求高、聯(lián)接要求可靠、受重載的表面粗糙 度值都應?。欢戎刀紤?；同一精度，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙同一精度，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙 度值要小。度值要小。 3.3.參數(shù)值的選用方法參數(shù)值的選用方

27、法 可用類比法來確定可用類比法來確定。 一般尺寸公差、表面形狀公差小時，表面粗糙度參數(shù)一般尺寸公差、表面形狀公差小時，表面粗糙度參數(shù)值也小，但也不存在確定的函數(shù)關系。值也小，但也不存在確定的函數(shù)關系。 如機床的手輪或手柄。如機床的手輪或手柄。 一般情況下，它們之間有一定的對應關系，一般情況下，它們之間有一定的對應關系， 設形狀公差為設形狀公差為T T，尺寸公差為，尺寸公差為ITIT，它們之間的關，它們之間的關 系可參照以下對應關系：系可參照以下對應關系： 若若T0.6 ITT0.6 IT， 則則Ra0.05 ITRa0.05 IT； Rz 0.2 ITRz 0.2 IT T0.4 IT T0.4 IT， 則則Ra0.025 ITRa0.025 IT； Rz 0.1 IT Rz 0.1 IT T0.25 IT T0.25 IT， 則則Ra0.012 ITRa0.012 IT； Rz 0.05 ITRz 0.05 IT T T0.25 IT0.25 IT， 則則