第5章-表面粗糙度及檢測

表面粗糙度及其檢測KunmingUniversityofScienceandTechnology講授：劉洪喜第五章2、學(xué)習(xí)要求①從微觀幾何誤差的角度理解粗糙度輪廓的概念，了解表面粗糙度對機(jī)械零件使用性能的影響②理解規(guī)定取樣長度及評定長度的目的及中線的作用，掌握粗糙度輪廓的幅度參數(shù)及其檢測手段③了解粗糙度輪廓的間距特性參數(shù)，掌握表面粗糙度輪廓參數(shù)和參數(shù)值的選用原則和方法④熟練掌握表面粗糙度輪廓技術(shù)要求在零件圖上標(biāo)注的方法學(xué)習(xí)目的及要求1、學(xué)習(xí)目的掌握粗糙度輪廓的評定參數(shù)和標(biāo)注方法，為合理選用表面粗糙度輪廓打下基礎(chǔ)表面粗糙度

①表面粗糙度是指加工表面所具有的較小間距和微小峰谷不平度，是一種微觀幾何誤差。②產(chǎn)生的主要原因是由于加工過程中微小痕跡。③表面粗糙度對零件的功能要求、使用壽命和美觀程度都有重要影響。④相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)第一節(jié)表面粗糙度的基本概念表面輪廓一個(gè)指定平面與實(shí)際表面相交所得的輪廓線，稱為表面輪廓。通常用垂直于零件實(shí)際表面的平面與該零件實(shí)際表面相交所得到的輪廓作為評估對象，它稱為實(shí)際輪廓，如圖5-1一、粗糙度輪廓的界定表面輪廓圖5-1表面輪廓粗糙度輪廓波紋度輪廓原始輪廓λ實(shí)際表面輪廓圖5-2零件表面幾何形狀誤差及其組成成份零件表面幾何形狀誤差及其組成①零件的同一表面同時(shí)存在著粗糙度輪廓、波紋度輪廓和原始輪廓，它們之間關(guān)系如圖5-2②其形狀一般呈波浪起伏，通常以波距λ（兩波峰或兩波谷之間的距離）的大小來區(qū)分③λ<1mm的屬粗糙度輪廓，λ在1~10mm之間屬于波紋度輪廓范疇，λ>10mm則被認(rèn)為是原始輪廓。三種輪廓疊在一起即組成了表面的實(shí)際情況二、表面粗糙度對零件工作性能的影響①耐磨性零件表面越粗糙，摩擦因素越大，兩個(gè)相互運(yùn)動(dòng)的表面磨損加快；零件表面過于平滑，也使摩擦因素增大而加劇磨損②配合性質(zhì)穩(wěn)定性對于過盈配合，粗糙度輪廓能降低連接器強(qiáng)度；對于間隙配合，在零件工作過程中孔、軸表面上的微小峰被磨去，使間隙增大，改變了配合性質(zhì)③耐疲勞性零件表面越粗糙，其疲勞強(qiáng)度越低；凹谷越深，對應(yīng)力集中越敏感，特別是交變應(yīng)力作用下更易產(chǎn)生疲勞裂紋④耐腐蝕性零件表面越粗糙，表面積越大，凹谷越深，則越容易在該表面積聚腐蝕性物質(zhì)，使腐蝕加劇表面粗糙度對零件其他性能，如結(jié)合的密封性、接觸剛度、對流體流動(dòng)阻力、機(jī)器及儀器的外觀質(zhì)量等均有很大影響測量和評定粗糙度輪廓時(shí)，應(yīng)規(guī)定取樣長度、評定長度、中線和評定參數(shù)，測量截面方向一般垂直于表面主要加工痕跡的方向第二節(jié)粗糙度輪廓的評定一、取樣長度和評定長度1、取樣長度lr是測量或評定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長度，至少包含5個(gè)微峰和5個(gè)微谷，如圖5-3所示中線lnlrlrlrlrlr2、評定長度ln取標(biāo)準(zhǔn)評定長度ln=5lr。若被測表面比較均勻則可選ln＜5lr；若均勻性較差，可選ln>5lr，如圖5-3所示。取樣長度和評定長度數(shù)值如表5-1表面粗糙度輪廓中線是為了定量地評定表面粗糙度輪廓而確定的一條基準(zhǔn)線二、粗糙度輪廓中線1、輪廓最小二乘中線在一個(gè)取樣長度范圍內(nèi)，輪廓最小二乘中線是指具有理想直線形狀并劃分被測輪廓的基準(zhǔn)線，在取樣長度內(nèi)使輪廓上各點(diǎn)到該基準(zhǔn)線的距離（輪廓偏距）的平方和為最小lryi最小二乘中線圖5-4表面粗造度輪廓的最小二乘中線2、輪廓算術(shù)平均中線是指具有理想直線形狀并在取樣長度內(nèi)與輪廓走向一致的基準(zhǔn)線，該基準(zhǔn)線將輪廓?jiǎng)澐譃樯舷聝刹糠?，且使上部分的面積之和等于下部分的面積之和，如圖5-5最小二乘中線符合最小二乘原則，理論上是理想的基準(zhǔn)線，但在輪廓圖形上確定最小二乘中線的位置較困難，且算術(shù)平均中線與最小二乘中線差別很小，故通常用算術(shù)平均中線代替算術(shù)平均中線

lrF1′F2′Fi′F1F2Fi圖5-5表面粗造度輪的算術(shù)平均中線GB/T3505-2009規(guī)定評定粗糙度輪廓的基本參數(shù)有幅度參數(shù)、間距參數(shù)、混合參數(shù)及曲線和相關(guān)參數(shù)?；拘g(shù)語和符號見表5-2三、粗糙度輪廓的評定參數(shù)1、幅度參數(shù)1）輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

是指在取樣長度內(nèi)，被評定輪廓上各點(diǎn)至基準(zhǔn)線的距離的絕對值的算術(shù)平均值，如圖5-6近似為圖5-6輪廓算術(shù)平均偏差Ra的確定Raxynyiy1y2lr2）輪廓最大高度在一個(gè)取樣長度范圍內(nèi)，最大輪廓峰高Rp與最大輪廓谷深Rv之和稱之為輪廓最大高度，通常用符號Rz表示，即Rz=Rp+Rv，如圖5-7所示Zp2lrZv6Zv5Zp6Zp5Zp4Zp3Zv4Zv3Zp1Rz中線Zv1Zv2圖5-7表面粗糙度輪廓的最大高度Rz的確定2、間距特征參數(shù)一個(gè)輪廓峰與相鄰的輪廓谷的組合叫做輪廓單元。在一個(gè)取樣長度lr范圍內(nèi)，中線與各個(gè)輪廓單元相交線段的長度叫做輪廓單元的寬度，用符號Xsi表示。輪廓單元的平均寬度是指在一個(gè)取樣長度lr范圍內(nèi)所有輪廓單元的寬度Xsi的平均值，用符號Rsm示，即Xs6Xs5Xs4Xs3Xs2Xs1lr中線圖5-8輪廓單元的寬度與輪廓單元的平均寬度輪廓單元寬度第三節(jié)表面粗糙度的技術(shù)要求一、表面粗糙度技術(shù)要求的內(nèi)容規(guī)定表面粗糙度輪廓的技術(shù)要求時(shí)，必須給出表面粗糙度輪廓幅度參數(shù)及允許值和測量時(shí)的取樣長度值這兩項(xiàng)基本要求，必要時(shí)可規(guī)定輪廓其他的評定參數(shù)、表面加工紋理方向、加工方法或（和）加工余量等附加要求。如果采用標(biāo)準(zhǔn)取樣長度，則在圖樣上可以省略標(biāo)注取樣長度值表面粗糙度值越大，表面越粗糙。如，1.6比3.2的精度高一級常用的表面粗糙度值有：0.012、0.025

、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、

6.3、12.5、25、50，100，單位μm二、表面粗糙度評定參數(shù)的選擇一般情況下，可以從幅度參數(shù)Ra和Rz中任選一個(gè)在常用值范圍內(nèi)（Ra為0.025~6.3μm),優(yōu)先選用Ra粗糙度要求特別高或者特別低（Ra0.025μm或Ra6.3μm）時(shí)，選用Rz

Rz用于測量部位小、峰谷小或有疲勞要求的零件表面的評定

只有當(dāng)幅度參數(shù)不能滿足表面功能要求時(shí)，才選取附加參數(shù)作為附加項(xiàng)目

Rsm(輪廓單元的平均寬度)主要在對涂漆性能、沖壓成形時(shí)抗裂紋、抗振、抗腐蝕、減小流體流動(dòng)摩擦阻力等有要求時(shí)選用三、表面粗糙度參數(shù)允許值的選擇表面粗糙度參數(shù)值的選用原則：首先滿足功能要求，其次是考慮經(jīng)濟(jì)性及工藝性。在滿足功能要求的前提下，參數(shù)的允許值應(yīng)盡可能大些。一般采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料，用類比法來選用。根據(jù)類比法初步確定后，再對比工作條件作適當(dāng)調(diào)整一般選擇原則如下（類比法選用）:在滿足表面功能要求情況下，盡可能選較大的零件表面粗糙度參數(shù)值。同一零件上，工作表面表面粗糙度參數(shù)值小于非工作表面摩擦表面比非摩擦表面；滾動(dòng)摩擦表面比滑動(dòng)摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要?。幌鄬\(yùn)動(dòng)速度高、單位面積壓力大、承受交變應(yīng)力的表面粗糙度參數(shù)值要小配合性質(zhì)要求高的結(jié)合面，間隙小的配合面及要求連接可靠、受重載荷的過盈配合面等都應(yīng)取較小的粗糙度參數(shù)值配合性質(zhì)相同，零件尺寸越小，則零件表面粗糙度值越??；同一精度等級，小尺寸比大尺寸，軸比孔表面粗糙度參數(shù)值小密封性、防腐性要求高的表面或外形美觀表面粗糙度參數(shù)值要小標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了表面粗糙度參數(shù)值的要按照執(zhí)行表5.6、5.7、5.8列出了表面粗糙度的表面特征、經(jīng)濟(jì)加工方法和應(yīng)用舉例、軸和孔的表面粗糙度參數(shù)推薦值及各種加工方法可能達(dá)到的表面粗糙度，供類比法選用參考第四節(jié)表面粗糙度技術(shù)要求在零件圖上標(biāo)注一、表面粗糙度符號和代號（GB/T131-2006）1、表面粗糙度符號2、表面粗糙度代號如圖5-9所示①位置a標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)的單一要求②a和b(同時(shí)存在)時(shí)，a注寫第一表面結(jié)構(gòu)要求,b注寫第二表面結(jié)構(gòu)要求③位置c標(biāo)注加工方法，如車銑刨磨鍍等加工方法④位置d標(biāo)注表面紋理和方向，如“=”、“X”、“M”等，見表5-12⑤位置e標(biāo)注加工余量，標(biāo)注時(shí)以mm為單位給出數(shù)值ecadb圖5-9表面粗糙度輪廓代號①在零件圖上，表面粗糙度代號周圍一般只標(biāo)注幅度參數(shù)Ra或Rz的符號和允許值（μm）；②當(dāng)要求在表面粗糙度參數(shù)的所有實(shí)測值中超過規(guī)定值的個(gè)數(shù)少于總數(shù)的16%時(shí)，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注表面粗糙度上限或下限值；③當(dāng)要求在表面粗糙度的所有實(shí)測值中不得超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注表面粗糙度最大值或最小值二、表面粗糙度代號的標(biāo)注方法1、表面結(jié)構(gòu)標(biāo)注代號及含義表5-10所示，演變見表5-11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：①16%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：一是當(dāng)給定上限值時(shí)，超過是指大于給定值;二是當(dāng)給定下限值時(shí)，超過是指小于給定值②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)代號后未標(biāo)注寫“max”字樣時(shí)，均默認(rèn)為應(yīng)用16%規(guī)則(如Ra0.8)。反之，則應(yīng)用最大規(guī)則(如Ramax0.8)表5-10表面結(jié)構(gòu)標(biāo)注代號及含義（GB/T131-2006）②如果某表面粗糙度要求按指定的加上方法（如銑削）獲得時(shí)、可用文字標(biāo)注見圖5-10b；如果需要標(biāo)注加工余量（設(shè)加工總余量為5mm），應(yīng)將其標(biāo)注見圖5-10c；如果需要控制表面加工紋理方向時(shí)，加注加工紋理方向符號，見圖5-10d。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了加工紋理方向符號，如表5-12所示圖5-10表面粗糙度其它項(xiàng)目的標(biāo)注①按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選用對應(yīng)取樣長度時(shí)，則在圖樣上省略標(biāo)注，否則應(yīng)按圖5-10a所示方法標(biāo)注取樣長度，圖中取樣長度取為0.8mm2、表面粗糙度技術(shù)要求其他項(xiàng)目的標(biāo)注表5-12加工紋理方向的符號（GB/T131-2006）③標(biāo)注方法：①在零件圖上標(biāo)注表面粗糙度代號時(shí)，該代號的尖端指向可見輪廓線、尺寸線、尺寸界線或它們的延長線上，且需從材料外指向零件表面；②表面粗糙度代號中數(shù)字及符號的方向必須按規(guī)定標(biāo)注。圖5-11表示了表面粗糙度代號在不同位置上的標(biāo)注示例第五節(jié)表面粗糙度的檢測表面粗糙度檢測方法有比較檢驗(yàn)法、針描法、光切法和顯微干涉法①比較法將被測表面和表面粗糙度樣板直接進(jìn)行比較，多用于車間，評定表面粗糙度值較大的工件③光切法是應(yīng)用光切原理來測量表面粗糙度的一種測量方法。常用儀器為光切顯微鏡。測量范圍Rz0.8~80μm

④干涉法是利用光波干涉原理測量表面粗糙度的一種方法。常用儀器是干涉顯微鏡。該方法主要用于測量Rz值。其測量范圍為Rz0.025~0.8μm。一般用于測量表面粗糙度要求高的表面②針描法是一種接觸式測量表面粗糙度的方法，最常用儀器有電動(dòng)輪廓儀和光學(xué)觸針輪廓儀，可直接顯示Ra、Rz、Rsm值小結(jié)及作業(yè)1、表面粗糙度輪廓的概念；國家標(biāo)準(zhǔn)在評定表面粗糙度輪廓的參數(shù)時(shí)，規(guī)定了取樣長度lr、評定長度ln