公差配合與測量技術(shù) 課件 項目七表面粗糙度及其檢測

項目七

表面粗糙度及檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)

1、能分辨表面結(jié)構(gòu)中表面粗糙度與表面波紋度、表面形狀誤差的區(qū)別2、能解讀表面粗糙度的評定參數(shù)的含義（見下圖）；3、會比較檢測表面粗糙度。如圖7-1所示的軸套零件，請解釋圖樣上的表面粗糙度標(biāo)注的含義。任務(wù)描述

圖7-1軸套零件圖知識準(zhǔn)備1.表面粗糙度概述1.1表面粗糙度的定義用機(jī)械加工或者其他方法獲得的零件表面，微觀上總會存在較小間距的峰、谷痕跡，如圖7-2所示。表面粗糙度就是表述這些峰、谷高低程度和間距狀況的微觀幾何形狀特性的指標(biāo)。圖7-2表面粗糙度的概念知識準(zhǔn)備表面粗糙度反映的是實際表面幾何形狀誤差的微觀特性，有別于表面波紋度和形狀誤差。三者通常以波距（相鄰兩波峰，或兩波谷之間的距離）的大小來劃分，也有按波距與波高之比來劃分的。波距小于1mm的屬于表面粗糙度（表面微觀形狀誤差）；波距在1~10mm的屬于表面波紋度;波距大于10mm的屬于形狀誤差。三者的區(qū)別如圖7-3所示圖7-3表面粗糙度、波紋度和形狀誤差三者的區(qū)別知識準(zhǔn)備1.2輪廓濾波器和傳輸帶將輪廓分成長波和短波的儀器—稱為輪廓濾波器。濾波器由截止波長值表示，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傳輸帶（默認(rèn)不注）。按濾波器的不同截止波長值，由小到大順次分為λs、λc和λf三種。原始輪廓（P輪廓）：應(yīng)用λs濾波器修正后的輪廓；粗糙度輪廓（R輪廓）：在P輪廓上再應(yīng)用λc濾波器修正后形成的輪廓；波紋度輪廓（W輪廓）：對P輪廓連續(xù)應(yīng)用λf和λc濾波器后形成的輪廓。知識準(zhǔn)備1.3表面粗糙度的產(chǎn)生及其影響表面粗糙度產(chǎn)生的原因主要有：在切削加工過程中，刀具和被加工表面間的相對運動軌跡（即刀痕）、刀具和被加工表面間的摩擦、切削過程中切屑分離時表層金屬材料的塑性變形以及工藝系統(tǒng)的高頻振動等等。表面粗糙度對零件的使用性能和工作壽命有很大影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）對零件耐磨性的影響。（2）對零件配合性質(zhì)的影響。（3）對零件接觸剛度的影響。（4）對零件疲勞強(qiáng)度的影響。（5）對零件耐蝕性的影響。（6）對零件密封性的影響。知識準(zhǔn)備2.相關(guān)術(shù)語2.1表面輪廓表面輪廓是指一個指定平面與實際表面相交所得的輪廓，如圖7-4所示。

圖7-4表面輪廓的定義知識準(zhǔn)備2.2取樣長度lr取樣長度lr是指在X軸方向判別被評定輪廓不規(guī)則特征的長度。規(guī)定取樣長度的目的是為了限制和減弱表面波度對表面粗糙度測量結(jié)果的影響。若是取樣長度lr過長，則表面粗糙度的測量值中可能含有表面波度的成分；若是取樣長度lr過短，則不能客觀地反映表面粗糙度的實際情況。在取樣長度lr范圍內(nèi)，一般應(yīng)有包含5個以上的輪廓峰和輪廓谷，表面越粗糙，一般來說取樣長度lr應(yīng)越長。取樣長度lr的數(shù)值一般應(yīng)該從表7-1給出的數(shù)值中進(jìn)行選取。0.080.250.82.5825

知識準(zhǔn)備2.3評定長度ln評定長度ln是指用于評定被評定輪廓的X軸方向上的長度，如圖7-5所示。由于零件表面存在不均勻性，為了合理、客觀地反映表面質(zhì)量，評定長度ln一般包含一個或幾個取樣長度lr,通常取ln=5lr。若被測表面均勻性較好，可選ln<5lr;若被測表面均勻性較差，可選ln>5lr。圖7-5取樣長度和評定長度在評定長度ln內(nèi)，根據(jù)取樣長度lr進(jìn)行測量，可得到一個或幾個測量值，取其平均值作為表面粗糙度數(shù)值的可靠值。知識準(zhǔn)備2.4基準(zhǔn)線m基準(zhǔn)線m是指評定表面粗糙度參數(shù)值大小的一條參考線，它包括輪廓最小二乘中線和輪廓算術(shù)平均中線兩種。2.4.1輪廓最小二乘中線

知識準(zhǔn)備2.4.2輪廓算術(shù)平均中線輪廓算術(shù)平均中線是指具有幾何輪廓形狀，在取樣長度內(nèi)與輪廓走向一致，并劃分輪廓為上下兩部分，且使上下兩部分面積相等的基準(zhǔn)線，如圖7-6（b）所示，即：知識準(zhǔn)備最小二乘中線符合最小二乘原則，從理論上講是理想的基準(zhǔn)線，但在輪廓圖形上確定其位置比較困難；而算術(shù)平均中線與最小二乘中線的差別很小，且可用目測方法確定，故通常用算術(shù)平均中線來代替最小二乘中線。當(dāng)輪廓不規(guī)則時，算術(shù)平均中線不止一條，而最小二乘中線只有一條。GB/T1031-2009推薦評定表面粗糙度的參數(shù)從輪廓的算術(shù)平均偏差Ra和輪廓的最大高度Rz中選取其一，且在常用的參數(shù)范圍內(nèi)（Ra為0.025μm~6.3μm，Rz為0.1μm~25μm）優(yōu)先選用Ra。根據(jù)表面功能的需要，另外還可選用附加參數(shù)輪廓單元的平均寬度Rsm和輪廓支承長度率Rmr(c)。3.表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值知識準(zhǔn)備知識準(zhǔn)備3.1輪廓的算術(shù)平均偏差Ra輪廓的算術(shù)平均偏差Ra是指在一個取樣長度內(nèi)，縱坐標(biāo)Z(x)絕對值的算術(shù)平均值，其表達(dá)式為：

或者近似為：Ra越大，則表面越粗糙。Ra能比較全面、客觀地反映表面微觀幾何形狀的特性，因此是普遍采用的評定參數(shù)。0.0120.23.2500.0250.46.31000.050.812.5

0.11.625

知識準(zhǔn)備3.2輪廓的最大高度Rz輪廓的最大高度Rz是指一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高Rp和最大輪廓谷深Rv之和，如圖7-7所示，其表達(dá)式為

特別強(qiáng)調(diào)：Zp為輪廓峰高，Zv為輪廓谷深。在圖7-7中，z_(p_6)為最大輪廓峰高Rp，z_v2為最大輪廓谷深RvRz越大，則表面越粗糙。Rz不能全面、客觀地反映表面輪廓情況，但其測量、計算方便，故應(yīng)用較多。

圖7-7輪廓的最大高度知識準(zhǔn)備

0.0250.46.310016000.050.812.5200

0.11.625400

0.23.250800

一般情況下，在測量Ra和Rz時，應(yīng)按表7-3所示選用相應(yīng)的取樣長度lr評定長度ln（表中l(wèi)n=5lr）。此時，取樣長度值的標(biāo)注在圖樣上或技術(shù)文件中可省略。當(dāng)有特殊要求時，應(yīng)給出相應(yīng)的取樣長度值，并在圖樣上或技術(shù)文件中注出。知識準(zhǔn)備

≥0.008~0.02≥0.008~0.020.080.4>0.02~0.1>0.10~0.500.251.25>0.1~2.0>0.50~10.00.84.0>2.0~10.0>10.0~50.02.512.5>10.0~80.0>50~3208.040.0知識準(zhǔn)備

0.0060.11.6

0.01250.23.2

0.0250.46.3

0.050.812.5

知識準(zhǔn)備3.4輪廓的支承長度率Rmr(c)輪廓的支承長度率Rmr(c)是指在給定水平截面高度c上，輪廓的實體材料長度Ml（c）與評定長度ln的比率，如圖7-9所示，其表達(dá)式為

圖7-9輪廓的支承長度率知識準(zhǔn)備

1015202530405060708090在選用輪廓的支承長度率Rmr(c)參數(shù)時，應(yīng)同時給出輪廓截面高度c值。c值可用微米（μm）或Rz的百分?jǐn)?shù)表示。輪廓的支承長度率Rmr(c)與零件的實際輪廓形狀有關(guān)，是反映零件表面耐磨性能的指標(biāo)。對于不同的實際輪廓形狀，在相同的評定長度內(nèi)給出相同的水平截面高度c時，Rmr(c)越大，表示零件表面凸起的實體部分越大，零件的承載面積就越大，因而接觸剛度就越高，耐磨性能就越好。如圖7-10所示，（a）圖所示的支承長度率大于（b）圖的。。圖7-10不同形狀輪廓的支承長度率（a）（b）知識準(zhǔn)備4.表面粗糙度的標(biāo)注4.1表面粗糙度的符號、代號4.1.1表面粗糙度的符號知識準(zhǔn)備4.1.2表面粗糙度的代號位置a注寫表面結(jié)構(gòu)單一要求位置a和b注寫兩個或多個表面結(jié)構(gòu)要求位置c注寫加工方法、表面處理、涂層或其他加工工藝要求等位置d注寫表面紋理及方向位置e注寫加工余量，以“㎜”為單位給出數(shù)值知識準(zhǔn)備表7-8表面粗糙度的代號的示例及其含義知識準(zhǔn)備注：評定參數(shù)值的判斷規(guī)則有16%規(guī)則和最大規(guī)則兩種。見GB/T10610-2009運用16%規(guī)則時，當(dāng)被測表面測得的全部參數(shù)值中，超過給定參數(shù)值的個數(shù)不多于總個數(shù)的16%時，該表面是合格的。超過給定參數(shù)值的含義是指大于上限值和（或）小于下限值。標(biāo)注如:Ra0.8運用最大規(guī)則時，被測整個表面上測得的參數(shù)值一個也不應(yīng)超過給定的最大值，此時，應(yīng)在參數(shù)代號后注寫“max”。當(dāng)參數(shù)代號后未注寫“max”時，均默認(rèn)為應(yīng)用16%規(guī)則。標(biāo)注如:Ramax0.816%規(guī)則最大規(guī)則知識準(zhǔn)備4.2表面粗糙度代號在圖樣中的標(biāo)注表面粗糙度要求對每一個表面一般只標(biāo)注一次，并盡可能注在在相應(yīng)的尺寸及其公差的同一視圖上。除非另有說明，所標(biāo)注的表面粗糙度要求是對完工零件的表面要求。表面粗糙度代號的注寫和讀取方向與尺寸的注寫和讀取方向一致?？梢詷?biāo)注在輪廓線或輪廓延長線上，其符號應(yīng)從材料外指向并接觸表面。必要時，表面粗糙度符號也可以用帶箭頭或黑點的指引線引出標(biāo)注。如圖7-12所示為常見的標(biāo)注方式。知識準(zhǔn)備圖7-12表面粗糙度的常見標(biāo)注知識準(zhǔn)備5.表面粗糙度評定參數(shù)的選擇及其檢測5.1表面粗糙度評定參數(shù)的選擇在表面粗糙度的參數(shù)評定中，Ra和Rz兩個幅度參數(shù)為基本參數(shù)，Rsm和Rmr（c）為附加參數(shù)。這些參數(shù)分別從不同角角度反映了零件的表面形貌特征。但都存在著不同程度的完整性。在具體選用時，如果零件表面沒有特殊要求，一般僅選用幅度參數(shù)。如果零件表面有特殊功能要求，為保證功能和提高產(chǎn)品質(zhì)量，可以附加選用附加參數(shù)Rsm和Rmr（c）來綜合控制表面質(zhì)量。5.2表面粗糙度評定參數(shù)值的選擇表面粗糙度評定參數(shù)值選擇的合理與否，不僅對產(chǎn)品的使用性能有很大的影響，而且直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和制造成本。一般來說，表面粗糙度評定參數(shù)值越小，零件的工作性能越好，使用壽命越長。但表面粗糙度評定參數(shù)值并不是越小越好。因為過小的評定參數(shù)值會增加加工難度，提高生產(chǎn)成本，且有時還會影響使用性能。因此，表面租糙度評定參數(shù)值的選擇原則是：在滿足功能要求的前提下，盡量選用較大的參數(shù)允許值，以減小加工難度，降低生產(chǎn)成本。知識準(zhǔn)備5.3表面粗糙度的檢測測量表面粗糙度參數(shù)值時，若圖樣上沒有特別指明測量方向，則應(yīng)該在尺寸最大的方向上測量，通常在垂直于表面紋理方向的截面上測量。對沒有一定紋理方向的表面，應(yīng)在幾個不同的方向上測量，取最大值為測量結(jié)果。此外，應(yīng)注意測量時不要把表面缺陷（如氣孔、劃痕等）包含進(jìn)去。表面粗糙度的常用檢測方法有比較法、光切法、干涉法和針描法等。5.3.1比較法比較法是指將被測表面與已知高度特征參數(shù)值表面粗糙度樣板進(jìn)行比較。通過肉眼觀察、手動觸摸，或借助放大鏡、顯微鏡等來判斷被測表面粗糙度的一種檢驗檢方法。比較時，所用表面粗糙度樣板的材料、形狀、加工方法及紋理方向等應(yīng)盡可能與被測表面相同，以減少檢測誤差。如圖7-13所示為一粗糙度對比樣塊。比較法簡單易行，適用于在車間條件下使用。但由于其評定結(jié)果的準(zhǔn)確性很大程度上取決于檢測人員的經(jīng)驗，因此僅適用于評定表面租糙度要求不高的工件。知識準(zhǔn)備圖7-13表面粗糙度對比樣塊知識準(zhǔn)備5.3.2光切法光切法是指應(yīng)用光切原理來測量表面粗糙度的一種檢測方法。常用的儀器為光切顯微鏡（又稱雙管顯微鏡），如圖7-14（a）。該儀器適用于測量用車、銑、刨等加工方法所獲得金屬零件的平面或外圓表面。光切顯微鏡主要用于測量輪廓的最大高度Rz值。圖7-14光切顯微鏡知識準(zhǔn)備圖7-14干涉顯微鏡3.3干涉法干涉法是指利用光波干涉原理測量表面粗糙度的一種檢測方法。利用此方法測量時，被測表面直接參與光路，用同一標(biāo)準(zhǔn)反射鏡比較，以光波波長來度量干涉條紋的彎曲程度，從而測得該表面的粗糙度值。常用的儀器為干涉顯微鏡，如圖7-