表面粗糙度及檢測概要

1、表面粗糙度及檢測概要v一、表面粗糙度表面粗糙度v二、零件表面粗糙度參數(shù)值的選擇零件表面粗糙度參數(shù)值的選擇v三、表面粗糙度的測量表面粗糙度的測量一、表面粗糙度一、表面粗糙度（一）表面粗糙度：是指加工表面所具有的較小間距（一）表面粗糙度：是指加工表面所具有的較小間距和微小峰谷的一種微觀幾何形狀誤差。是反映零件和微小峰谷的一種微觀幾何形狀誤差。是反映零件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要指標(biāo)，它主要由表面微觀幾何形狀誤差的一個重要指標(biāo)，它主要由加工過程中刀具間的摩擦、切屑分出時(shí)工件表層金加工過程中刀具間的摩擦、切屑分出時(shí)工件表層金屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動等因素造屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高

2、頻振動等因素造成。成。 （二）表面粗糙度對零件使用性能的影響表面粗糙度對零件使用性能的影響表面粗糙度對機(jī)械零件的耐磨性、耐腐蝕性、配合性表面粗糙度對機(jī)械零件的耐磨性、耐腐蝕性、配合性質(zhì)、疲勞強(qiáng)度及結(jié)合面密封性等都有很大的影響。質(zhì)、疲勞強(qiáng)度及結(jié)合面密封性等都有很大的影響。 1.對耐磨性的影響對耐磨性的影響零件表面越粗糙，摩擦系數(shù)越大，兩配合表面間的實(shí)際有效接零件表面越粗糙，摩擦系數(shù)越大，兩配合表面間的實(shí)際有效接觸面積越小，單位面積壓力越大，越易磨損。但是，表面過觸面積越小，單位面積壓力越大，越易磨損。但是，表面過于光滑，不利于潤滑油的貯存，易使工作面間形成半干摩擦于光滑，不利于潤滑油的貯存，易使

3、工作面間形成半干摩擦甚至干摩擦，反而比粗糙表面更易磨損。甚至干摩擦，反而比粗糙表面更易磨損。 2.對耐腐蝕性的影響對耐腐蝕性的影響表面越粗糙，則積聚在零件表面上的腐蝕性氣體或液體就越多，表面越粗糙，則積聚在零件表面上的腐蝕性氣體或液體就越多，這些腐蝕性介質(zhì)很容易通過表面的微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層，這些腐蝕性介質(zhì)很容易通過表面的微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層，造成表面銹蝕。造成表面銹蝕。 3.對配合性質(zhì)的影響對配合性質(zhì)的影響表面粗糙度會影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。對于間隙配合，表面越表面粗糙度會影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。對于間隙配合，表面越粗糙，就越易磨損，從而會使工作過程中的配合間隙迅速增粗糙，就越易磨損，從而會

4、使工作過程中的配合間隙迅速增大，過早地失去配合精度；對于過盈配合，由于在壓入裝配大，過早地失去配合精度；對于過盈配合，由于在壓入裝配時(shí)，把粗糙表面的凸峰擠平，減小了實(shí)際過盈量，從而降低時(shí)，把粗糙表面的凸峰擠平，減小了實(shí)際過盈量，從而降低了連接的可靠性，同樣不能保證正常的工作。了連接的可靠性，同樣不能保證正常的工作。 4.對疲勞強(qiáng)度的影響對疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙的鋼質(zhì)零件，在交變負(fù)載作用下，對表面粗糙的鋼質(zhì)零件，在交變負(fù)載作用下，對應(yīng)力集中很敏感，影響零件的疲勞強(qiáng)度。應(yīng)力集中很敏感，影響零件的疲勞強(qiáng)度。5.對結(jié)合面密封性的影響對結(jié)合面密封性的影響粗糙的表面結(jié)合時(shí)，兩表面只在局部點(diǎn)上接觸，粗糙的表

5、面結(jié)合時(shí)，兩表面只在局部點(diǎn)上接觸，中間有縫隙，影響密封性。中間有縫隙，影響密封性。由此可見，在設(shè)計(jì)零件時(shí)，確定表面粗糙度的由此可見，在設(shè)計(jì)零件時(shí)，確定表面粗糙度的要求是公差配合設(shè)計(jì)中不可缺少的一個方面。要求是公差配合設(shè)計(jì)中不可缺少的一個方面。（三）表面粗糙度的術(shù)語（三）表面粗糙度的術(shù)語1、表面輪廓：平面與實(shí)際表面相交的輪廓。、表面輪廓：平面與實(shí)際表面相交的輪廓。2、s輪廓濾波器：它是濾掉比粗糙度波長更短的波的濾波器。輪廓濾波器：它是濾掉比粗糙度波長更短的波的濾波器。3、c輪廓濾波器：它是確定粗糙度與波紋度成分之間相交界輪廓濾波器：它是確定粗糙度與波紋度成分之間相交界限的濾波器。限的濾波器。4、

6、原始輪廓：它是在應(yīng)用短波長濾波器、原始輪廓：它是在應(yīng)用短波長濾波器s之后的總的輪廓。之后的總的輪廓。5、粗糙度輪廓：它是對原始輪廓采用、粗糙度輪廓：它是對原始輪廓采用c濾波器抑制長波成分濾波器抑制長波成分以后形成的輪廓。以后形成的輪廓。6、粗糙度輪廓中線：用標(biāo)稱形式的線穿過粗糙度輪廓，按最、粗糙度輪廓中線：用標(biāo)稱形式的線穿過粗糙度輪廓，按最小二乘法擬合所確定的中線。小二乘法擬合所確定的中線。7、取樣長度、取樣長度lr：用于判別被評定輪廓的不規(guī)則特征的：用于判別被評定輪廓的不規(guī)則特征的X軸方向軸方向上的長度。評定粗糙度的取樣長度上的長度。評定粗糙度的取樣長度lr在數(shù)值上與在數(shù)值上與c輪廓濾波輪廓

7、濾波器的截止波長相等。器的截止波長相等。 8、評定長度評定長度ln：是用于評定被評定輪廓的：是用于評定被評定輪廓的X軸方向上的長度，軸方向上的長度，包含一個或幾個取樣長度，一般取包含一個或幾個取樣長度，一般取5個取樣長度。個取樣長度。 （四）粗糙度的評定參數(shù)（四）粗糙度的評定參數(shù)1、輪廓的算術(shù)平均偏差、輪廓的算術(shù)平均偏差Ra：是指在一個取樣長度內(nèi)，：是指在一個取樣長度內(nèi)，輪廓縱坐標(biāo)值輪廓縱坐標(biāo)值Z(x) 絕對值的算術(shù)平均值。絕對值的算術(shù)平均值。01( ) dlrRaZ xxlr2、輪廓的最大高度、輪廓的最大高度Rz：是指在一個取樣長度是指在一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高與最大輪廓谷深之和。內(nèi)，最

8、大輪廓峰高與最大輪廓谷深之和。3、輪廓單元的平均寬度、輪廓單元的平均寬度RSm：是指在一個取樣長度：是指在一個取樣長度內(nèi)，輪廓單元寬度值內(nèi)，輪廓單元寬度值Xs的平均值的平均值11miiRSmXsm4、輪廓支承長度率、輪廓支承長度率輪廓支承長度率輪廓支承長度率Rmr(c) ：是指在給定的水平：是指在給定的水平位置位置c上，輪廓的實(shí)體材料長度上，輪廓的實(shí)體材料長度Ml(c) 與評定與評定長度長度ln的比率。的比率。（五）評定參數(shù)的數(shù)值（五）評定參數(shù)的數(shù)值（六）表面粗糙度符號、代號及標(biāo)注（六）表面粗糙度符號、代號及標(biāo)注1、符號、代號、符號、代號2、標(biāo)注、標(biāo)注1）每一表面一般只標(biāo)注一次表面結(jié)構(gòu)要求，并

9、盡可能標(biāo)注在）每一表面一般只標(biāo)注一次表面結(jié)構(gòu)要求，并盡可能標(biāo)注在相應(yīng)的尺寸及其公差的同一視圖上。相應(yīng)的尺寸及其公差的同一視圖上。2）除非另有說明，一般所標(biāo)注的表面結(jié)構(gòu)要求是對完工零件）除非另有說明，一般所標(biāo)注的表面結(jié)構(gòu)要求是對完工零件表面的要求表面的要求3）表面結(jié)構(gòu)的注寫和讀取方向與尺寸的注寫和讀取方向一致，）表面結(jié)構(gòu)的注寫和讀取方向與尺寸的注寫和讀取方向一致，如圖所示。如圖所示。表面結(jié)構(gòu)要求的注寫方法表面結(jié)構(gòu)要求的注寫方法4）表面要求可標(biāo)注在輪廓線上，其符號應(yīng)從）表面要求可標(biāo)注在輪廓線上，其符號應(yīng)從材料外指向并接觸表面。必要時(shí)，表面結(jié)構(gòu)材料外指向并接觸表面。必要時(shí)，表面結(jié)構(gòu)符號也可用帶箭頭或

10、黑點(diǎn)的指引線引出標(biāo)注。符號也可用帶箭頭或黑點(diǎn)的指引線引出標(biāo)注。表面結(jié)構(gòu)要求在輪廓線上的標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)要求在輪廓線上的標(biāo)注用指引線引出標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)要求用指引線引出標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)要求5）在不致引起誤解時(shí)，表面結(jié)構(gòu)要求可以標(biāo)注在給定的尺寸）在不致引起誤解時(shí)，表面結(jié)構(gòu)要求可以標(biāo)注在給定的尺寸線上，可以標(biāo)注在形位公差的上方，也可以直接標(biāo)注在延長線上，可以標(biāo)注在形位公差的上方，也可以直接標(biāo)注在延長線上，或用帶箭頭的指引線引出標(biāo)注。線上，或用帶箭頭的指引線引出標(biāo)注。 表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在尺寸線上表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在尺寸線上表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在形位公差框格的上方表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在形位公差框格的上方表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在圓柱

11、特征的延長線上表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在圓柱特征的延長線上6）圓柱和棱柱表面的結(jié)構(gòu)要求只標(biāo)注一次，）圓柱和棱柱表面的結(jié)構(gòu)要求只標(biāo)注一次，但如果圓柱和棱柱表面的表面結(jié)構(gòu)要求不同，但如果圓柱和棱柱表面的表面結(jié)構(gòu)要求不同，則應(yīng)分別單獨(dú)標(biāo)注。則應(yīng)分別單獨(dú)標(biāo)注。 圓柱和棱柱的表面結(jié)構(gòu)要求的標(biāo)注圓柱和棱柱的表面結(jié)構(gòu)要求的標(biāo)注二、零件表面參數(shù)值的選擇二、零件表面參數(shù)值的選擇 1.評定參數(shù)值的選擇原則評定參數(shù)值的選擇原則表面粗糙度評定參數(shù)值選擇的一般原則如下：表面粗糙度評定參數(shù)值選擇的一般原則如下：（1）同一零件上，工作表面的粗糙度應(yīng)比非工作表面要求嚴(yán)）同一零件上，工作表面的粗糙度應(yīng)比非工作表面要求嚴(yán)格。格。（2）對

12、于摩擦表面，速度越高，單位面積壓力越大，則表面）對于摩擦表面，速度越高，單位面積壓力越大，則表面粗糙度要求應(yīng)越嚴(yán)格，尤其是對滾動摩擦表面應(yīng)更嚴(yán)格。粗糙度要求應(yīng)越嚴(yán)格，尤其是對滾動摩擦表面應(yīng)更嚴(yán)格。（3）受交變負(fù)載時(shí)，特別是在零件圓角、溝槽處的表面粗糙）受交變負(fù)載時(shí)，特別是在零件圓角、溝槽處的表面粗糙度要求應(yīng)嚴(yán)格。度要求應(yīng)嚴(yán)格。（4）要求配合性質(zhì)穩(wěn)定可靠時(shí)，表面粗糙度要求應(yīng)嚴(yán)格。）要求配合性質(zhì)穩(wěn)定可靠時(shí)，表面粗糙度要求應(yīng)嚴(yán)格。（5）在確定零件配合表面的粗糙度時(shí)，應(yīng)與其尺寸公差相協(xié)）在確定零件配合表面的粗糙度時(shí)，應(yīng)與其尺寸公差相協(xié)調(diào)。調(diào)。此外，還應(yīng)考慮加工方法、應(yīng)用場合及其他特殊因素和要求。此外，

13、還應(yīng)考慮加工方法、應(yīng)用場合及其他特殊因素和要求。三、表面粗糙度的測量三、表面粗糙度的測量表面粗糙度的檢測方法，目前主要有比較法、光切法、表面粗糙度的檢測方法，目前主要有比較法、光切法、干涉法、針描法等。干涉法、針描法等。 （一）（一） 比較法比較法比較法是將被測表面與已知高度參數(shù)值的粗糙度比較比較法是將被測表面與已知高度參數(shù)值的粗糙度比較樣塊相比較，通過視覺和觸覺來判斷被測表面粗糙樣塊相比較，通過視覺和觸覺來判斷被測表面粗糙度的方法。為了使判斷比較準(zhǔn)確，選用粗糙度比較度的方法。為了使判斷比較準(zhǔn)確，選用粗糙度比較樣塊的材料、表面形狀和加工方法應(yīng)盡可能與被測樣塊的材料、表面形狀和加工方法應(yīng)盡可能與

14、被測表面相同，也可從加工零件中選出樣品，經(jīng)過檢定表面相同，也可從加工零件中選出樣品，經(jīng)過檢定合格后作為表面粗糙度比較樣塊使用。合格后作為表面粗糙度比較樣塊使用。比較法使用簡便，但判斷的準(zhǔn)確程度有限，所以適用比較法使用簡便，但判斷的準(zhǔn)確程度有限，所以適用于車間中近似評定粗糙度較大的工件于車間中近似評定粗糙度較大的工件 。（二）光切法（二）光切法光切法是利用光切原理來測量表面粗糙度數(shù)值的一種方法。光光切法是利用光切原理來測量表面粗糙度數(shù)值的一種方法。光切法所用的儀器是光切顯微鏡切法所用的儀器是光切顯微鏡(又稱為雙管顯微鏡又稱為雙管顯微鏡)，它適宜，它適宜測量輪廓單元的平均高度測量輪廓單元的平均高度

15、Rc和輪廓最大高度和輪廓最大高度Rz值，測量值，測量Rc值范圍一般為值范圍一般為0.86.3 m。 1.雙管顯微鏡的測量原理雙管顯微鏡的測量原理雙管顯微鏡的外形如圖所示，其測量原理如圖雙管顯微鏡的外形如圖所示，其測量原理如圖4-10所示。由光所示。由光源源1發(fā)出的光線經(jīng)狹縫發(fā)出的光線經(jīng)狹縫2（綠色擋板）及物鏡（綠色擋板）及物鏡3形成一個扁平形成一個扁平的光束，此光束以的光束，此光束以45的方向投射到被測表面而形成一條的方向投射到被測表面而形成一條綠色的光帶，光帶邊緣的形狀即為被測工件在綠色的光帶，光帶邊緣的形狀即為被測工件在45截面的截面的輪廓。光帶經(jīng)反射后，通過顯微鏡的物鏡輪廓。光帶經(jīng)反射后

16、，通過顯微鏡的物鏡4成像于目鏡成像于目鏡5前前的分劃板的分劃板6上。目鏡上。目鏡5中看到的影像是與被測表面成中看到的影像是與被測表面成45方方向截面上的輪廓曲線，并經(jīng)物鏡放大了向截面上的輪廓曲線，并經(jīng)物鏡放大了M倍，故表面的實(shí)際倍，故表面的實(shí)際粗糙度最大高度粗糙度最大高度h與影像與影像h的關(guān)系為的關(guān)系為 cos45hhM圖圖4-10 雙管顯微鏡的測量原理雙管顯微鏡的測量原理1光源；光源；2狹縫；狹縫；3、4物鏡；物鏡；5目鏡；目鏡；6分劃板分劃板由圖由圖4-10（c）可知，測微器中的十字線與測微器讀）可知，測微器中的十字線與測微器讀數(shù)方向成數(shù)方向成45，當(dāng)用十字線中的任一直線與影像峰、，當(dāng)用十

17、字線中的任一直線與影像峰、谷相切來測量波高時(shí)，波高谷相切來測量波高時(shí)，波高h(yuǎn)=hcos 45。其中。其中，h為測微器兩次讀數(shù)的差值，被測表面的粗糙度最為測微器兩次讀數(shù)的差值，被測表面的粗糙度最大高度為大高度為 2cos 4512hhhMM（三）干涉法（三）干涉法干涉法是利用光波干涉原理來測量表面粗糙度數(shù)值的干涉法是利用光波干涉原理來測量表面粗糙度數(shù)值的一種方法。干涉法所用的儀器是干涉顯微鏡，通常一種方法。干涉法所用的儀器是干涉顯微鏡，通常用來測量用來測量Rc和和Rz值，測量值，測量Rc值的范圍一般為值的范圍一般為0.41 m。1.干涉顯微鏡的測量原理干涉顯微鏡的測量原理 干涉顯微鏡的外形如圖干

18、涉顯微鏡的外形如圖4-22所示，其測量原理如圖所示，其測量原理如圖4-23所示。由光源所示。由光源1發(fā)出的光線，經(jīng)聚光濾色鏡組發(fā)出的光線，經(jīng)聚光濾色鏡組2聚聚光和濾色，再經(jīng)反射鏡光和濾色，再經(jīng)反射鏡3轉(zhuǎn)向，通過光欄轉(zhuǎn)向，通過光欄4、5和物和物鏡鏡6，投射于分光鏡，投射于分光鏡7的半透明半反射膜后分成兩路的半透明半反射膜后分成兩路光束，一路光束透過分光鏡光束，一路光束透過分光鏡7和補(bǔ)償鏡和補(bǔ)償鏡10、物鏡、物鏡11射向工件被測表面射向工件被測表面P2，經(jīng)，經(jīng)P2反射后原路返回，再反射后原路返回，再射在分光鏡上，射向觀察目鏡射在分光鏡上，射向觀察目鏡16。另一路光束由分。另一路光束由分光鏡光鏡7反射，經(jīng)濾色片反射，經(jīng)濾色片8、物鏡、物鏡9射向標(biāo)準(zhǔn)反射鏡射向標(biāo)準(zhǔn)反射鏡P1，再由再由P1反射也經(jīng)原路返回，透過分光鏡，射向觀察反射也經(jīng)原路返回，透過分光鏡，射向觀察目鏡目鏡16。圖圖4-11 干涉顯微鏡的外形干涉顯微鏡的外形1光源；光源；2光源調(diào)節(jié)螺釘；光源調(diào)節(jié)螺釘；3、5工作臺微動千分尺；工作臺微動千分尺；4工作臺；工作臺；6工作臺固定螺釘；工作臺固定螺釘；7儀器調(diào)修時(shí)用的手柄；儀器調(diào)修時(shí)用的手柄；8遮光板轉(zhuǎn)動手柄；遮光板轉(zhuǎn)動手柄；9調(diào)整干涉條