南京理工大學(xué)互換性測量 第5章 表面粗糙度

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1、第第5章章 表面粗糙度及其檢測表面粗糙度及其檢測5.1 概述概述5.2 表面粗糙度的評定表面粗糙度的評定5.3 表面精度設(shè)計表面精度設(shè)計表面粗糙度的評定參數(shù)表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值的選用及其數(shù)值的選用5.4 表面粗糙度符號、代號及其標(biāo)注表面粗糙度符號、代號及其標(biāo)注 5.5 表面粗糙度的檢測表面粗糙度的檢測放大放大hSHT/2刨削后的表面狀態(tài)5.1 概 述5.1.1 表面粗糙度的概念 在切削加工過程中，由于遺留下來的刀痕、切削分離時塑性變形，刀具與已加工表面的摩擦以及系統(tǒng)振動等原因，在零件被加工表面上出現(xiàn)連續(xù)不斷地間距較小，高低起伏的微小峰和谷。這些微小峰和谷的高低程度和間距狀況稱為表面粗糙

2、度，又叫微觀不平度。它是一種微觀幾何形狀誤差。表面越粗糙，表示微觀幾何形狀誤差越大。表面不平度通常按照波距的大小劃分為三類誤差：表面粗糙度、表面波度和表面上宏觀形狀誤差。波距 10 mm的屬于形狀誤差(宏觀幾何形狀誤差)圖5.1 零件表面的幾何形狀誤差5.1.2表面粗糙度對零件使用性能的影響1)對摩擦和磨損的影響：粗糙的零件表面，會使支承面僅在實際輪廓表面的峰頂處相接觸（圖a），實際接觸面比理論的小得多?；瑒訒r產(chǎn)生磨損曲線如（圖b）。顯然要提高零件的耐磨性必須設(shè)法減小零件的表面粗糙度延長正常磨損階段。但是表面粗糙度過小，不利于儲存潤滑油，反而加劇了表面磨損。正常磨損階段磨損初期階段測量間隙初期

3、磨損后的間隙t正常t初期(b)(a)圖5.2 實際表面接觸情況 圖5.3 磨損量與Ra的關(guān)系2)對配合性質(zhì)的影響：對有相對運動的間隙配合，表面越粗糙工件表面越易磨損，則配合間隙很快擴大。對有連接強度要求的過盈配合：表面越粗糙越會減小配合的有效過盈，降低了配合件的連接強度。3)對抗腐蝕性的影響：表面越粗糙腐蝕介質(zhì)越易在谷地聚集，并且滲入到零件的內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕破壞。此外，減小表面粗糙度，對增加零件連接的密封性和使零件美觀性都有很大的影響。圖5.4表面粗糙度對抗腐蝕性的影響4)對疲勞強度的影響：零件粗糙表面存在許多尖角缺口和裂紋，在受交變載荷時，他們都是引起應(yīng)力集中的因素，將降低疲勞強度，增大零件破損

4、的可能性。5)對接觸剛度的影響 接觸剛度影響零件的工作精度和抗振性。這是由于表面粗糙度使表面間只有一部分面積接觸。一般情況下，實際接觸面積只有公稱接觸面積的百分之幾。因此，表面越粗糙受力后局部變形越大，接觸剛度也越低。6)對結(jié)合面密封性的影響 粗糙的表面結(jié)合時，兩表面只在局部點上接觸，中間有縫隙，影響密封性。因此，降低表面粗糙度，可提高其密封性。7)對零件其他性能的影響 表面粗糙度對零件其他性能，如對測量精度、流體流動的阻力及零件外形的美觀等都有很大的影響。1.實際輪廓實際輪廓：指平面與實際表面相交所得的輪廓線。通常指橫向?qū)嶋H輪廓，即與加工紋理方向垂直的截面上的輪廓。5.2 表面粗糙度的評定5

5、.2.1 基本術(shù)語和定義橫向?qū)嶋H輪廓2.取樣長度取樣長度 l：用于判別和測量表面粗糙度使所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長度。規(guī)定取樣長度的目的是限定和削弱其他幾何形狀形狀誤差特別是表面紋理度對測量結(jié)果的影響。表面越粗糙取樣長度越大。在取樣長度范圍內(nèi)一般包括5個以上的輪廓峰和谷。選用值見表6-5。3.評定長度評定長度 ln：評定被測量輪廓所必須的一段長度，它包括一個或幾個取樣長度，一般取其平均值。它的選用見表65l：取樣長度 ln：評定長度圖5.5 取樣長度與評定長度4 4、輪廓中線 是評定表面粗糙度大小的一條參考線。它是具有與被測量表面幾何形狀相應(yīng)的幾何輪廓形狀，并將被測量輪廓加以劃分的線。（1）輪廓的最

6、小二乘中線：在取樣長度內(nèi)，被測輪廓線上各點至一條假想線的距離的平方和為最小。這條基準(zhǔn)線稱為輪廓的最小二乘中線。（2）輪廓的算術(shù)平均中線：在取樣長度內(nèi)劃分實際輪廓為上下兩部分，且使上下兩部分面積相等的線。由于最小二乘中線比較困難，常用目測法確定輪廓的算術(shù)平均中線位置。圖5.6 輪廓中線5.2.2 表面粗糙度的評定參數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：評定參數(shù)應(yīng)從輪廓算術(shù)平均偏差(Ra)、微觀不平度十點高度(Rz)、輪廓最大高度(Ry)中選取。將輪廓微觀不平度的平均間距、輪廓單峰平均間距和輪廓支承長度率三個附加參數(shù)列于附錄中。1.高度特高度特征參數(shù)征參數(shù)1）輪廓算術(shù)平均偏差 Ra：在取樣長度l內(nèi)，被測輪

7、廓上各點至輪廓中線偏距絕對值的算術(shù)平均值 或圖5.7輪廓算術(shù)平均偏差 Ra的確定2）微觀不平度十點高度Rz：在取樣長度內(nèi)，5個最大的輪廓峰高平均值與5個最大的輪廓谷底深度平均值之和，稱為微觀不平度十點高度。3）輪廓最大高度Ry：在取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離，稱為輪廓最大高度圖5.8 微觀不平度十點高度Rz和輪廓最大高度Ry的確定2.間距特征參數(shù)間距特征參數(shù) 間距特征參數(shù)是沿著評定基準(zhǔn)線方向測量的，能直接反映表面加工紋理的細密程度。1）輪廓微觀不平度的平均間距Sm：在取樣長度上，輪廓微觀不平度的間距Smi的平均值。Smi是指輪廓峰和相鄰的輪廓谷在中線上的一段長度。2）輪廓單峰平

8、均間距S：在取樣長度內(nèi)，輪廓單峰間距的平均值Si。Si指兩相鄰單峰的在高點之間沿中線方向上的距離 圖5.9 輪廓微觀不平度平均間距Sm和輪廓單峰平均間距S的確定3.形狀特征參數(shù)形狀特征參數(shù)輪廓支承長度p：一根與中線平行且與輪廓峰頂線相距為C的線與輪廓峰相截所得到得各段截線bi 之和，稱為輪廓支承長度。輪廓支承長度率tp：輪廓支承長度p與取樣長度l之比即為輪廓支承長度率Sm、S、tp三個參數(shù)測量比較困難，只有少數(shù)零件的重要表面有特殊要求時才選用，而Ra、Rz及Ry是三個常用的基本參數(shù)。圖5.11 支承長度率圖示5.3 表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值的選用表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值的選用5.3.1

9、 評定參數(shù)及其數(shù)值的選擇1、有關(guān)表面粗糙度高度參數(shù)Ra、Rz、Ry 的允許值，見表5.2和表5.3。在常用數(shù)值范圍內(nèi)(Ra=0.0256.3um，Rz=0.125um)優(yōu)先選用Ra，一般選用第一數(shù)列。2、有關(guān)附加參數(shù)(Sm、S、tp)的允許值，見表5.4和表5.5 選用支承長度率tp時，必須同時給出輪廓水平截距C的數(shù)值。C多用Ry的百分?jǐn)?shù)表示，其系列為5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90%3、取樣長度和評定長度的選用值列于表6-5。由于加工的不均勻性，其評定長度應(yīng)根據(jù)不同的加工方法和相應(yīng)的取樣長度來確定，通常按表6-5選取。如被測面均勻性好可選用小于5l的長度，

10、反之選用大于5l的長度。在新國家標(biāo)準(zhǔn)中(GB/T131-93)不劃分粗糙度等級，只列出評定參數(shù)的允許值的數(shù)系。5.3.1 評定參數(shù)的選擇 1.高度評定參數(shù)的選用 一般情況下可從高度參數(shù)Ra、Rz、Ry中任選一個，但在常用值范圍內(nèi)(為0.0256.3，為0.125)，應(yīng)優(yōu)先選用Ra，因為Ra能較充分合理地反映零件表面的粗糙度特征。Ra值通常用電動輪廓儀測量，測量效率高。對于特別粗糙或特別光潔的表面，考慮到工作和檢測條件，可以選用Rz或Ry(Rz與Ry不能同時選用)。Rz通常用雙管顯微鏡和干涉顯微鏡測量，由于它只反映峰頂和谷底的幾個點，反映出的信息不如Ra全面，且測量效率較低。測量部位小、峰谷少或

11、有疲勞強度要求的零件表面可選用Ry作為評定參數(shù)。5.3.1 評定參數(shù)的選擇 2.附加評定參數(shù)的選用 附加評定參數(shù)一般情況下不作為獨立的參數(shù)選用，只有零件的表面有特殊使用要求時，僅用高度特征參數(shù)不能滿足零件表面的功能要求，才在選用了高度參數(shù)的基礎(chǔ)上，附加選用間距特征參數(shù)和形狀特征參數(shù)。圖5.11中，(b)、(c)、(d)三種表面的輪廓高度參數(shù)值相同，而密封性、光亮度和耐磨性卻相差很大?？梢?，對有特殊要求的重要表面，只控制高度參數(shù)是不夠的，還需控制間距特征參數(shù)或形狀特征參數(shù)。一般情況下，對密封性、光亮度有特殊要求的表面，應(yīng)選用附加參數(shù)Sm或S；對耐磨性有特殊要求的表面，應(yīng)選用附加參數(shù)tp。5.3.

12、2 評定參數(shù)值的選用 表面粗糙度評定參數(shù)選定后，應(yīng)規(guī)定其允許值。表面粗糙度參數(shù)值選用得適當(dāng)與否，不僅影響零件的使用性能，還關(guān)系到制造成本。一般說來，表面粗糙度參數(shù)值愈小，零件的工作性能愈好。表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)系列選取。一般只規(guī)定上限值，必要時還要給出下限值。高度特征參數(shù)值(第1系列數(shù)值)見表5.2和表5.3，間距特征參數(shù)值見表5.4，形狀特征參數(shù)值見表5.5。表5.6和表5.7分別列出了表面粗糙度的表面特征、經(jīng)濟加工方法、應(yīng)用舉例以及軸和孔的表面粗糙度參數(shù)推薦值，供選用時參考。零件的表面粗糙度是一種重要的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，它選擇不僅要根據(jù)零件的工作條件和使用

13、要求，同時還考慮實際工藝的可能性和經(jīng)濟性。具體選擇時可參考一些經(jīng)過驗證的實例，用類比法確定一般選用原則如下：1、同一零件上，工作表面的粗糙度值應(yīng)小于非工作表面。2、摩擦表面的粗糙度值應(yīng)小于非摩擦表面；滾動摩擦表面粗糙度值應(yīng)小于滑動表面；運動速度越高、單位面積受的壓力越大的表面粗糙度值應(yīng)越小。3、受交變載荷時，特別是零件圓角、溝槽處的粗糙度值應(yīng)該選用得小一些。5.3.2 評定參數(shù)值的選用 4、要求配合性質(zhì)穩(wěn)定可靠時，粗糙度數(shù)值應(yīng)該小一些；配合間隙小的間隙配合表面以及要求連接可靠、受重載荷的過盈配合表面都應(yīng)選用較小的粗糙度值。5、配合性質(zhì)相同，零件尺寸越小，其粗糙度值應(yīng)越小。同一精度等級，小尺寸比

14、大尺寸、軸比孔的粗糙度要小。6、對于配合表面，其尺寸公差、形狀公差、表面粗糙度應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)，一般情況下有一定的對應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)推薦如下：設(shè)尺寸公差代號IT；形狀公差代號t；表面粗糙度代號Ra、Rz若 t=0.6IT 則 Ra0.05IT Rz0.2IT t=0.4IT Ra0.025IT Rz0.1IT t=0.25IT Ra0.012IT Rz0.05IT t=0.25IT Ra0.15IT Rz0.6IT5.4 表面粗糙度的符號、代號及其標(biāo)注表面粗糙度的符號、代號及其標(biāo)注5.4.1 表面粗糙度的符號、代號1.表面粗糙度的符號5.82、表面粗糙高度參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差Ra值的標(biāo)注見表5.10 代號中

15、用數(shù)值表示(單位為微米)，Ra代號可省略。圖樣上標(biāo)注的表面粗糙參數(shù)為上限值或下限值，表示允許實測值中超過規(guī)定值的個數(shù)不大于15%。在圖樣上的表面粗糙參數(shù)后標(biāo)注最大值或最小值，表示要求所有實測值中不得超過規(guī)定值。Ra3、表面粗糙度高度參數(shù)輪廓微觀不平度十點高度Rz、輪廓最大高度Ry值(單位為微米)的標(biāo)注見表5.10續(xù)表。參數(shù)值前需標(biāo)注相應(yīng)的參數(shù)代號。Rz Ry4.表面粗糙度的代號a1、a2 粗糙度高度參數(shù)代號及其數(shù)值(單位微米)b 加工要求、鍍覆、涂覆、表面處理或其他說明 c 取樣長度(單位毫米)或波紋度(單位微米)d 加工微理方向符號(見表69)e 加工余量(單位毫米)f 粗糙度間距參數(shù)值(單

16、位毫米)或輪廓支承長度率。5、需要控制加工方向時，可在基本符號右側(cè)加注相應(yīng)的符號。5.9圖5.14 Sm、tp參數(shù)值標(biāo)注示例圖5.15 附加要求的標(biāo)注示例5.4.2 表面粗糙度要求的圖樣標(biāo)注 表面粗糙度符號、代號一般注在圖樣的可見輪廓線、尺寸界限、引出線或它們的延長線上，符號的尖端必須從材料外指向被測表面。代號中數(shù)字及符號的注寫方向，必須與尺寸數(shù)字方向一致，如圖5.16所示。當(dāng)零件的大部分表面的粗糙度值要求相同時，不必一一標(biāo)注，對其中使用最多的一種符號、代號可統(tǒng)一注在圖樣的右上角，并加注“其余”兩字，如圖5.17所示。中心孔零件圖軸套其余5.5 表面粗糙度的檢測 零件完工后，其表面的粗糙度是否

17、滿足使用要求，需要進行檢測。本節(jié)將介紹表面粗糙度檢測的基本原則和方法。5.5.1 檢測的基本原則1.測量方向的選擇 對于表面粗糙度，如未指定測量截面的方向時，則應(yīng)在高度參數(shù)最大值的方向進行測量，一般來說也就是在垂直于表面加工的紋理方向上測量。2.表面缺陷的摒棄 表面粗糙度不包括氣孔、砂眼、擦傷、劃痕等缺陷。3.測量部位的選擇 在若干有代表性的區(qū)段上測量。5.5.2 測量方法 表面粗糙度的常用檢測方法有比較法、輪廓法、光切法、干涉法、印模法等。1.用粗糙度樣塊比較比較法 用比較法檢驗表面粗糙度是生產(chǎn)車間常用的方法。它是將被測表面與粗糙度樣塊進行比較來評定表面粗糙度。比較法可用目測直接判斷或借助于

18、放大鏡、顯微鏡比較或憑觸覺、來判斷表面粗糙度。2.用電動輪廓儀測量輪廓法 觸針式電動輪廓儀是利用觸針直接在被測表面上輕輕劃過，從而測出值，測量值的范圍一般為80.02。性能比較完善的電動輪廓儀可以測量 各參數(shù)。3.用光切顯微鏡測量光切法 光切顯微鏡又稱雙管顯微鏡。它可以測量，以及規(guī)則表面(車、銑、刨等)的和S。測量的范圍一般為600.6m。4.用干涉顯微鏡測量干涉法 干涉顯微鏡是利用光波干涉原理測量表面粗糙度。干涉顯微鏡主要用來測量，兩個參數(shù)。測量的范圍一般為10.03m。5.對復(fù)制印模表面進行測量印模法 對于大零件的內(nèi)表面，也有采用印模法進行測量的，即用石蠟、低熔點合金(錫鉛等)或其他印模材料等將被測表面印模下來，然后對復(fù)制印模表面進行測量。由于印模材料不可能充滿谷底，其測量值略有縮小，可查閱有關(guān)資料或自行實驗得出修正系數(shù)，并在計算中加以修正。取樣長度和評定長度圖66輪廓的算術(shù)平均中線輪廓的算術(shù)平均中線返回返回圖65輪廓的最小二乘法輪廓的最小二乘法返回返回圖67輪廓算術(shù)平均偏差圖輪廓算術(shù)平均偏差圖返回返回或或圖69輪廓最大高度輪廓最大高度返回返回圖68微觀不平度十點誤差微觀不平度十點誤差返回返回圖610表面粗糙度的間距參數(shù)表面粗糙度的間距參數(shù)返回返回圖611輪廓支承長度輪廓支承長度返回返回