互換性第5章表面粗糙度(新標(biāo)準(zhǔn)講稿)

2023/2/11/58SurfaceTexture第5章表面粗糙度及檢測2023/2/12/51本章學(xué)習(xí)內(nèi)容5.3表面粗糙度參數(shù)5.4表面粗糙度的表示法5.2術(shù)語和定義5.1概述5.5表面粗糙度的選用5.6表面粗糙度的測量2023/2/13/51本章所參照的主要國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T

3505-2009

產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)

表面結(jié)構(gòu)

輪廓法

術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)GB/T1031-2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值GB/T131-2006產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法新標(biāo)準(zhǔn)GB/T1031-1995表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值GB/T131-1993機(jī)械制圖表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及注法GB/T3505-2000產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語、定義及參數(shù)GB/T7220-2004產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度術(shù)語參數(shù)測量舊標(biāo)準(zhǔn)2023/2/14/515.1.1表面結(jié)構(gòu)5.1概述GeneralDescription表面結(jié)構(gòu)是由實(shí)際表面的重復(fù)或偶然的偏差所形成的表面三維形貌，包括表面粗糙度、表面波紋度、形狀誤差、紋理方向和表面缺陷。表面輪廓(形狀誤差、波紋度、表面粗糙度)表面缺陷表面結(jié)構(gòu)2023/2/15/51在加工、使用或儲(chǔ)存期間，非故意或偶然生成的實(shí)際表面的單元體、成組的單元體或不規(guī)則體。5.1.2表面缺陷(surfaceimperfection)破裂毛孔裂縫擦痕窩陷砂眼凹缺陷2023/2/16/51凸缺陷樹瘤皰疤飛邊縫脊夾雜物氧化皮2023/2/17/51環(huán)形坑劃痕切削殘余混合表面缺陷腐蝕裂紋斑點(diǎn)區(qū)域和外觀缺陷2023/2/18/515.1.3表面輪廓(surfaceprofile)一個(gè)指定平面與實(shí)際表面相交所得到的輪廓。λ>10mmλ=1～10λ<1mmλ>10mm——形狀誤差λ=1～10mm——表面波紋度λ<1mm——表面粗糙度2023/2/19/51測量表面輪廓的輪廓法原始輪廓波紋度輪廓粗糙度輪廓2023/2/110/515.1.4表面粗糙度對零件功用的影響●影響零件的耐磨性●影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性●影響零件的疲勞強(qiáng)度●影響零件的抗腐蝕性●影響零件的密封性●其他影響：對零件的外觀、測量精度、表面光學(xué)性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和膠合強(qiáng)度等也有著不同程度的影響。對于間隙配合，相對運(yùn)動(dòng)的表面因其粗糙不平而迅速磨損，致使間隙增大；對于過盈配合，表面輪廓峰頂在裝配時(shí)容易被擠平，使實(shí)際有效過盈量減小，致使聯(lián)接強(qiáng)度降低。零件表面越粗糙，凹痕就越深，當(dāng)零件承受交變荷載時(shí)，對應(yīng)力集中很敏感。使疲勞強(qiáng)度降低，導(dǎo)致零件表面產(chǎn)生裂紋而損壞。表面越粗糙，越容易將腐蝕物存于谷中，造成對工件表面的腐蝕。粗糙的表面結(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。因此，提高表面粗糙度，可提高其密封性。2023/2/111/515.2術(shù)語和定義TerminologiesandDefinitions混合參數(shù)1個(gè)間距參數(shù)1個(gè)幅度參數(shù)9個(gè)幾何參數(shù)術(shù)語14個(gè)一般術(shù)語16個(gè)表面輪廓參數(shù)定義16個(gè)一般術(shù)語和幾何參數(shù)術(shù)語術(shù)語和定義曲線和相關(guān)參數(shù)5個(gè)2023/2/112/515.2.1輪廓濾波器(profilefilter)用輪廓法測量表面輪廓時(shí)，把輪廓分為長波和短波的濾波器?！靓藄輪廓濾波器

確定存在于表面上的粗糙度與比它更短的波的成分之間相交界限的濾波器?！靓薱輪廓濾波器

確定粗糙度與波紋度成分之間相交界限的濾波器?！靓薴輪廓濾波器

確定存在于表面上的波紋度與比它更長的波的成分之間相交界限的濾波器。2023/2/113/51λc<波長<λfλs

<波長<λc波長<λs2023/2/114/515.2.2表面輪廓與輪廓參數(shù)■原始輪廓(primaryprofile)——P輪廓

經(jīng)過λs輪廓濾波器后的總輪廓?！龃植诙容喞?roughnessprofile)——R輪廓

對原始輪廓采用λc輪廓濾波器抑制長波成分以后形成的輪廓?！霾y度輪廓(wavinessprofile)——W輪廓

對原始輪廓連續(xù)應(yīng)用λf和λc兩個(gè)輪廓濾波器以后形成的輪廓。在原始輪廓上計(jì)算得到的參數(shù)稱為P參數(shù)。在粗糙度輪廓上計(jì)算得到的參數(shù)稱為R參數(shù)。在波紋度輪廓上計(jì)算得到的參數(shù)稱為W參數(shù)。2023/2/115/51

以下僅對粗糙度輪廓上的術(shù)語、參數(shù)(基本符號(hào)為R)以及設(shè)計(jì)等有關(guān)情況加以介紹。2023/2/116/515.2.3取樣長度和評定長度◆規(guī)定取樣長度的目的是為了限制或削弱測量、評定表面粗糙度時(shí)波紋度以及形狀誤差的影響?！粼u定表面粗糙度時(shí)的取樣長度在數(shù)值上等于λc輪廓濾波器的截止波長。取樣長度的數(shù)值應(yīng)從國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系列值選取?！鋈娱L度(samplinglength)lr在X軸方向判別被評定輪廓不規(guī)則特征的長度。說明：2023/2/117/51■評定長度(evaluationlength)ln用于評定被評定輪廓的X軸方向上的(總)長度?！粼u定長度是連續(xù)的幾個(gè)取樣長度。規(guī)定評定長度的目的是為了限制或削弱評定表面粗糙度時(shí)粗糙度輪廓特性不均勻性影響?！粼u定長度的數(shù)值應(yīng)從國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系列值選取。測量Ra或Rz時(shí)，一般情況下取ln=5×lr；當(dāng)被測表面均勻性較好時(shí)可取ln<5×lr；均勻性較差時(shí)可取ln>5×lr。說明：2023/2/118/51取樣長度lr

和評定長度ln2023/2/119/515.2.4中線(meanline)

中線穿過粗糙度輪廓，是用來確定粗糙度參數(shù)的基準(zhǔn)線。它是用λc輪廓濾波器抑制長波成分后形成的輪廓的中線——最小二乘中線。具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準(zhǔn)線。注：用λc輪廓濾波器濾波后，可認(rèn)為最小二乘中線的方向就是X方向。最小二乘中線滿足，是唯一的。在取樣長度內(nèi)，使輪廓線上各點(diǎn)輪廓偏距Zi的平方和最小的線。2023/2/120/515.3表面粗糙度參數(shù)SurfaceRoughnessParameters新國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的關(guān)于表面粗糙度的常用參數(shù)有4個(gè)?！?/p>

幅度參數(shù)●

間距參數(shù)●

曲線和相關(guān)參數(shù)◆輪廓的算術(shù)平均偏差——Ra◆輪廓的最大高度——Rz◆輪廓單元的平均寬度——Rsm◆輪廓的支承長度率——Rmr(c)2023/2/121/515.3.1輪廓的算術(shù)平均偏差Ra(arithmeticalmeandeviationoftheprofile)在一個(gè)取樣長度內(nèi)縱坐標(biāo)值Z(x)絕對值的算術(shù)平均值。2023/2/122/51

Ra實(shí)際上是對粗糙度輪廓信號(hào)進(jìn)行整流、濾波后得到的結(jié)果，反映的是輪廓峰高、谷深的平均值。2023/2/123/515.3.2輪廓的最大高度Rz

(maximumheightofprofile)在一個(gè)取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高與最大輪廓谷深之和。2023/2/124/51注：舊原標(biāo)準(zhǔn)中的“輪廓最大高度”用Ry表示，Rz表示的是“微觀不平度十點(diǎn)高度”(新標(biāo)準(zhǔn)無此參數(shù))。一般情況下，表面粗糙度參數(shù)可從輪廓的算術(shù)平均偏差Ra、輪廓的最大高度Rz之間選取其一。在幅度參數(shù)(峰和谷)常用的參數(shù)值范圍內(nèi)(Ra

為0.025～6.3μm,Rz

為0.1～25μm)，推薦優(yōu)先選用Ra。根據(jù)表面功能的需要，除表面粗糙度高度參數(shù)(Ra、Rz)外可選用下面兩個(gè)附加參數(shù)（為什么見書本112頁）。當(dāng)零件表面有抗疲勞破壞要求時(shí)，可對其Rz

提出適當(dāng)要求。2023/2/125/515.3.3輪廓單元的平均間距Rsm(meanwidthoftheprofileelements)在一個(gè)取樣長度內(nèi)輪廓單元寬度Xs的平均值。2023/2/126/515.3.4輪廓支承長度率Rmr(c)(materialratiooftheprofile)在給定水平截面高度c上輪廓的實(shí)體材料長度Ml(c)與評定長度的比率。2023/2/127/51

Rmr(c)反映表面的耐磨性。在相同的水平截面高度c上，Rmr(c)越大，耐磨性越好。試比較：2023/2/128/51Ra0.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100輪廓的算術(shù)平均偏差Ra的數(shù)值(μm)Rz0.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.525501002004008001600輪廓的最大高度Rz的數(shù)值(μm)2023/2/129/51Rsm0.0060.01250.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.5輪廓的單元平均間距Rsm的數(shù)值(mm)Rmr(c)1015202530405060708090輪廓的支承長度率Rmr(c)的數(shù)值(%)2023/2/130/515.4表面粗糙度的表示法IndicationofSurfaceRoughness2023/2/131/5160°60°H2H1H1≈1.4hh——字高數(shù)字與字母高度符號(hào)的線寬高度H1高度H22.50.253.57.53.50.35510.550.571570.710211011430（最小值）■基本圖形符號(hào)■擴(kuò)展圖形符號(hào)去除材料不去除材料5.4.1標(biāo)注表面粗糙度的圖形符號(hào)2023/2/132/51■完整圖形符號(hào)去除材料不去除材料允許任何工藝■工件輪廓各表面的圖形符號(hào)2023/2/133/51表面粗糙度的標(biāo)注ecbad（1）位置a注寫表面結(jié)構(gòu)參數(shù)代號(hào)、極限值和傳輸帶（或取樣長度）。（2）位置a和b注寫兩個(gè)或多個(gè)表面結(jié)構(gòu)要求。（3）位置c注寫加工方法、表面處理或其他加工工藝要求，如：車、磨、鍍等。（4）位置d注寫表面紋理方向，如“=”、“X”、“M”等。（5）位置e注寫加工余量（單位mm）。2023/2/134/512023/2/135/51表面粗糙度代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度標(biāo)注說明：當(dāng)所有實(shí)測值不允許超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注最大值或最小值；取樣長度：如按國標(biāo)選用，則可省略標(biāo)注；表面加工紋理方向：指表面微觀結(jié)構(gòu)的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要時(shí)才規(guī)定。常見加工紋理方向符號(hào)如下：

=（紋理平行于標(biāo)注代號(hào)）⊥（紋理垂直于標(biāo)注代號(hào)）

X（紋理呈兩相交的方向）M（紋理呈近似各個(gè)方向）

C（紋理呈近似同心圓）R（紋理呈近似放射狀）

P（紋理無方向或凸起的細(xì)粒狀）表面結(jié)構(gòu)代號(hào)1、參數(shù)代號(hào)的標(biāo)注4、傳輸帶的標(biāo)注2、評定長度（Ln）的標(biāo)注5、單向極限或雙向極限的標(biāo)注3、極限判斷規(guī)則的標(biāo)注表5—8表面結(jié)構(gòu)代號(hào)示例極限值判斷規(guī)則

完工零件表面按檢驗(yàn)規(guī)范測得輪廓參數(shù)值后,需與圖樣上給定的極限比較,以判定其是否合格。極限值判斷規(guī)則有兩種:16%規(guī)則:

運(yùn)用本規(guī)則時(shí),當(dāng)被檢表面測得的全部參數(shù)值中,超過極限值的個(gè)數(shù)不多于總個(gè)數(shù)16%時(shí),該表面是合格的。超過極限值有兩種含義:當(dāng)給定上限值時(shí),超過是指大于給定值;當(dāng)給定下限值時(shí),超過是指小于給定值。最大規(guī)則:

運(yùn)用本規(guī)則時(shí),被檢的整個(gè)表面上測得的參數(shù)值一個(gè)也不應(yīng)超過給定的極限值。16%規(guī)則是所有表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注的默認(rèn)規(guī)則。即當(dāng)參數(shù)代號(hào)后未標(biāo)注寫“max”字樣時(shí),均默認(rèn)為應(yīng)用16%規(guī)則(例如Ra0.8)。反之,則應(yīng)用最大規(guī)則(例如Ramax0.8)表面結(jié)構(gòu)代號(hào)新標(biāo)準(zhǔn)允許用文字的方式表達(dá)表面結(jié)構(gòu)要求。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在報(bào)告和合同的文本中可以用文字“APA”、“MRR”、“NMR”分別表示允許用任何工藝獲得表面、允許用去除材料的方法獲得表面以及允許用不去除材料的方法獲得表面。例如：對允許用去除材料的方法獲得表面、其評定輪廓的算術(shù)平均偏差為0.8這一要求，在文本中可以表示為“MRRRa0.8”。序號(hào)代號(hào)含義標(biāo)注示例1APA允許用任何工藝獲得APARa0.82MRR允許用去除材料的方法獲得MRRRa0.83NMR允許用不去除材料的方法獲得NMRRa0.8表面結(jié)構(gòu)代號(hào)表面結(jié)構(gòu)符號(hào)中注寫了具體參數(shù)代號(hào)及數(shù)值等要求后即稱為表面結(jié)構(gòu)代號(hào)。

當(dāng)應(yīng)用16％規(guī)則（默認(rèn)傳輸帶）時(shí)參數(shù)的標(biāo)注

當(dāng)應(yīng)用最大規(guī)則（默認(rèn)傳輸帶）時(shí)參數(shù)的注法

雙向極限的注法加工工藝和表面粗糙度要求的注法

鍍覆和表面粗糙度要求的注法

垂直于視圖所在投影面的表面紋理方向的注法

表面結(jié)構(gòu)要求在圖樣中的注法圖1

表面結(jié)構(gòu)要求的注寫方向

標(biāo)注在輪廓線上或指引線上圖2

表面結(jié)構(gòu)要求在輪廓線上的標(biāo)注

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)要求可標(biāo)注在輪廓線上,其符號(hào)應(yīng)從材料外指向并接觸表面,如圖2所示。必要時(shí),表面結(jié)構(gòu)也可用帶箭頭或黑點(diǎn)的指引線引出標(biāo)注,如圖3所示。標(biāo)注在輪廓線上或指引線上

圖3

用指引線引出標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)要求

標(biāo)注在特征尺寸的尺寸線上

圖4

表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在尺寸線上

在不致引起誤解時(shí),表面結(jié)構(gòu)要求可以標(biāo)注在裝配結(jié)構(gòu)給定的尺寸線上。如圖4所示。

標(biāo)注在形位公差的框格上

圖5

表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在形位公差框格的上方

標(biāo)注在延長線上

圖6

表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注在圓柱特征的延長線上

表面結(jié)構(gòu)墓多可以直接標(biāo)注在延長線上，或用帶箭頭的指引線引出標(biāo)注標(biāo)注在圓柱和棱柱表面上

圓柱和棱柱表面的表面結(jié)構(gòu)要求只標(biāo)注一次（如圖6所示）。如果每個(gè)棱柱表面有不同的表面結(jié)構(gòu)要求，則應(yīng)分別單獨(dú)標(biāo)注，如圖7所示。圖7

圓柱和棱柱的表面結(jié)構(gòu)要求的注法

有相同表面結(jié)構(gòu)要求的簡化注法

如果在工件的多數(shù)(包括全部)表面有相同的表面結(jié)構(gòu)要求時(shí),則其表面結(jié)構(gòu)要求可統(tǒng)一標(biāo)注在圖樣的標(biāo)題欄附近。此時(shí),表面結(jié)構(gòu)要求的符號(hào)后面應(yīng)有:在圓括號(hào)內(nèi)給出無任何其它標(biāo)注的基本符號(hào),不同的表面結(jié)構(gòu)要求仍應(yīng)直接標(biāo)注在圖形中,如圖8所示。圖8

大多數(shù)表面有相同表面結(jié)構(gòu)要求的簡化注法（一）圖9

大多數(shù)表面有相同表面結(jié)構(gòu)要求的簡化注法（二）

圖10

在圖紙空間有限時(shí)的簡化注法只用表面結(jié)構(gòu)符號(hào)的簡化注法

圖11

多個(gè)表面結(jié)構(gòu)要求的簡化標(biāo)注兩種或多種工藝獲得的同一表面的注法

由幾種不同的工藝方法獲得的同一表面，當(dāng)需要明確每種工藝方法獲得的同一表面。當(dāng)需要明確每種工藝方法的表面結(jié)構(gòu)要求時(shí)，可按圖12進(jìn)行標(biāo)注。圖12

多種工藝方法獲得的同一表面的標(biāo)注可按圖12(a)所示進(jìn)行標(biāo)注(圖中Fe表示基體材料為鋼,Ep表示加工工藝為電鍍)。圖12(b)所示為三個(gè)連續(xù)的加工工序的表面結(jié)構(gòu)、尺寸和表面處理的標(biāo)注。第一道工序:單向上限值,Rz=1.6μm,“16%規(guī)則”(默認(rèn)),默認(rèn)評定長度,表面紋理沒有要求,用去除材料的工藝。第二道工序:鍍鉻,無其它表面結(jié)構(gòu)要求。第三道工序:一個(gè)單向上限值,僅對長度50mm的圓柱表面有效,Rz=6.3μm,“16%規(guī)則”(默認(rèn)),默認(rèn)評定長度,表面紋理沒有要求,磨削加工工藝?？刂票砻婀δ艿淖钌贅?biāo)注圖13技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注的控制元素a上限或下限符號(hào)U或LB濾波器類型“x”。標(biāo)準(zhǔn)濾波器是高斯濾波器(GB/T18777)。以前的標(biāo)準(zhǔn)濾波器是2RC濾波器。將來也可能對其他的濾波器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在轉(zhuǎn)換期間，在圖樣上標(biāo)注濾波器類型對某些公司比較方便。濾波器類型可以標(biāo)注為“高斯濾波器”或“2RC"。濾波器名稱并沒有標(biāo)準(zhǔn)化，但這里所建議的標(biāo)注名稱是明確的，無爭議的。c傳輸帶標(biāo)注為短波或長波濾波器。d輪廓(R、W或P。e特征／參數(shù)。f評定長度包含若干取樣長度，詳見6.30當(dāng)使用圖形參數(shù)時(shí)，評定長度標(biāo)注在表面結(jié)構(gòu)參數(shù)代號(hào)前兩個(gè)斜線之間。g極限判斷規(guī)則(“16％規(guī)則”或“最大化規(guī)則”）。h以微米為單位的極限值。i加工工藝類型。j表面結(jié)構(gòu)紋理。k加工工藝。2023/2/156/515.5表面粗糙度的選用ApplicationaboutSurfaceRoughness2023/2/157/515.5.1表面粗糙度參數(shù)的選用如無特殊要求，只規(guī)定幅度參數(shù)之一即可。1、推薦優(yōu)先選用輪廓的算術(shù)平均偏差Ra值，因?yàn)镽a能充分反映零件表面輪廓的特征；表面過于粗糙、太光滑或有抗疲勞破壞要求時(shí)，多采用輪廓的最大高度Rz。2、當(dāng)表面不允許出現(xiàn)較深加工痕跡，防止應(yīng)力過于集中，要求保證零件的抗疲勞強(qiáng)度和密封性時(shí)，應(yīng)選擇Ra與Rz聯(lián)用。3、當(dāng)測量面積很小時(shí)，如頂尖、刀具的刃部、儀表的小元件的表面，可選用Rz值。2023/2/158/515.5.1表面粗糙度參數(shù)的選用附加參數(shù)一般不單獨(dú)使用。1）對有特殊要求的少數(shù)零件的重要表面（如要求噴涂均勻、涂層有較好的附著性和光澤表面）需要控制輪廓單元的平均寬度Rsm數(shù)值。2）對于有較高支撐剛度和耐磨性的表面，應(yīng)規(guī)定輪廓的支承長度率Rmr(c)參數(shù)。2023/2/159/515.5.2表面粗糙度參數(shù)數(shù)值的選用選用原則