孔令晓版第五章-表面粗糙度与检测.ppt

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1、精度与测量,中国农业大学 刘景云,2019年6月29日,第五章,表面粗糙度与检测,表面粗糙度,第五章,第一节 表面粗糙度的评定,第二节 表面结构 的符号、代号及标注,第三节 表面粗糙度 参数值的选择,第四节 表面粗糙度检测,第一节 表面粗糙度的评定,第五章,表面粗糙度,一、基本概念,零件加工表面的实际形状，是由一系列不同高度和间距的峰谷组成，它包括宏观的形状误差、表面波度和表面粗糙度。 通常可按相邻两波峰或波谷之间的距离(即波距)加以区分，波距大于10mm的属于宏观几何形状误差；波距小于1mm的为表面粗糙度；波距在110mm的属于表面波度。,基本概念,表面粗糙度的评定,表面粗糙度的大小，对机械

2、零件的使用性能有很大的影响，主要表现在以下几个方面： 1)表面粗糙度影响零件的耐磨性。 表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积减小，压强增大，磨损就越快。 2)表面粗糙度影响配合性质的稳定性。 对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。,基本概念,表面粗糙度的评定,3)表面粗糙度影响零件的疲劳强度。 粗糙的零件表面，存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。 4)表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。 粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入列金属

3、内层，造成表面锈蚀。 5)表面粗糙度影响零件的密封性。 粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。,基本概念,表面粗糙度的评定,目前使用的国标是： GB/T 3505-2000产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 表面结构的术语、定义及参数； GB/T 10610-2009 产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 评定表面结构的规则和方法； GB/T 1031-2009产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值； GB/T 131-2006产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的表示法。,基本概念,表面粗糙度的评定,二、表面粗糙度

4、的基本术语,GB/T 35052000规定了用轮廓法确定表面结构(粗糙度、波纹度和原始轮廓)的术语定义及表面轮廓参数的定义。 在测量和评定表面粗糙度时，首先要确定评定对象：表面轮廓。 表面轮廓是指平面与实际表面相交所得的轮廓。,基本术语,表面粗糙度的评定,1取样长度lr 取样长度是指评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度。 规定和选择取样长度是为限制和削弱表面波纹度(波距在110mm之间)对表面粗糙度测量结果的影响。因此取样长度应与表面粗糙度的大小相适应(见表4-1)。 在所选取的取样长度内，一般应包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。对于微观不平度间距较大的加工表面，应选取较大的取样长度。,基本术语

5、,表面粗糙度的评定,2评定长度ln 由于加工表面有着不同程度的不均匀性，为了充分合理地反映某一表面的粗糙度特性，规定在评定时所必须的一段表面长度，它包括一个或几个取样长度，称为评定长度ln 。 在评定长度内，根据取样长度进行测量。此时可得到一个或几个测量值，取其平均值作为表面粗糙度数值的可靠值。评定长度一般按5个取样长度来确定，即ln5lr。,基本术语,表面粗糙度的评定,如被测表面加工均匀性较好时（如车、铣、刨加工表面）小于5lr的评定长度值。 较差时（如磨、研磨）也可选用大于5lr的评定长度值。,基本术语,表面粗糙度的评定,3传输带 长波轮廓滤波器的截止波长c = lr 短波轮廓滤波器的截止

6、波长s （截止波长s和c的标准化值由附表查取）,基本术语,表面粗糙度的评定,附表：轮廓算术平均偏差Ra、轮廓最大高度Rz和轮廓单元的平均宽度Rz，标准取样长度和标准评定长度（摘自GB/T 1031-2009、GB/T 10610-2009）、表示滤波器传输带s c 这两个极限值的标准化值取自GB/T 60622002。,基本术语,表面粗糙度的评定,基本术语,表面粗糙度的评定,以中线 m为基准线评定表面粗糙度各项参数值的计算制。中线包括轮廓最小二乘中线、轮廓算术平均中线两种： (1)轮廓最小二乘中线 轮廓的最小二乘中线是根据实际轮廓用最小乘法来确定，即在取样长度内，使轮廓上各点至一条假想线的距离

7、的平方和为最小 (见图)，这条假想线就是最小二乘中线。,4评定表面粗糙度的中线制,(2)轮廓算术平均中线 在取样长度内，由一条假想线将实际轮廓分成上下两部分，且使上部面积之和等于下部分面积之和，即 F1F3F2n-1F2F4F2n 这条假想的线即为轮廓算术平均中线。,基本术语,表面粗糙度的评定,在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困难。 通常用目测估计来确定轮廓算术平均中线，并以此作为评定表面粗糙度数值的基准线。,基本术语,表面粗糙度的评定,(1)轮廓峰和轮廓谷 轮廓峰是指连接(轮廓和X轴)两相邻交点向外(从材料到周围介质)的轮廓部分。 轮廓谷是指连接两相邻交点向内(从周围介质到材料)的轮廓

8、部分。 (2)轮廓单元 轮廓单元是指轮廓峰和轮廓谷的组合。,基本术语,表面粗糙度的评定,5评定几何参数的术语,(3)轮廓峰高Zp和轮廓谷深Zv 轮廓峰高Zp则是轮廓最高点距X轴线的距离。 轮廓谷深Zv则是X轴线与轮廓谷最低点之间的距离。 (4)轮廓单元的高度Zt 是指一个轮廓单元的峰高和谷深之和。 (5)轮廓单元的宽度Xs 是指X轴线与轮廓单元相交线段的长度。,基本术语,表面粗糙度的评定,(6)在水平位置c上轮廓的实体材料长度Ml(c) 在一个给定水平位置c上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和，即,基本术语,表面粗糙度的评定,表面粗糙度的评定参数，是用来定量描述零件表面

9、微观几何形状特征的。 国家标准GB/T 3505-2000规定的评定表面粗糙度的参数有高度参数、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数等。,评定参数,表面粗糙度的评定,三、表面粗糙度评定参数,表面粗糙度的评定,评定参数,(1)轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度 lr范围内，被测轮廓线上各点至基准线的距离的算术平均值，称为算术平均偏差Ra，即,1高度参数,表面粗糙度的评定,评定参数,测得值Ra越大，则表面越粗糙。 Ra能客观地反映表面微观几何形状的特性，但因受到计量器具功能的限制，不用作过于粗糙或太光滑的表面的评定参数(Ra 0.0256.3m)。,(2)轮廓最大高度Rz 在取样长度lr范围内，最大

10、轮廓峰高Rp和最大轮廓谷深Rv之和的高度，称为轮廓最大高度Rz，即 Rz Rp + Rv,表面粗糙度的评定,评定参数,Rz的值越大，也说明表面越粗糙。但它不如Ra对表面粗糙程度反映得客观、全面。 但对某些不允许出现较深加工痕迹，经常承受交变应力作用的工作表面，如齿廓表面常标注Rz参数。 此外，当被测表面很小，不宜采用Ra评定时，也常采用Rz参数。,表面粗糙度的评定,评定参数,表面粗糙度的评定,评定参数,轮廓单元的平均宽度RSm 是指在一个取样长度内轮廓单元宽度Xs的平均值 ，即,2间距参数,表面粗糙度的评定,评定参数,(1)轮廓的支承长度率Rmr(c) 轮廓的支承长度率Rmr(c)是指在给定水

11、平位置上轮廓的实体材料长度与评定长度的比率，即,3曲线和相关参数,表面粗糙度的评定,评定参数,(2)轮廓的支承长度率曲线 轮廓的支承长度率曲线是表示轮廓支承率随水平位置而变的关系曲线。 这个曲线可理解为在一个评定长度内，各个坐标值Z(x)采样累积的分布概率函数。 当c一定时，轮廓的支承长度率Rmr(c)值越大，则表明支承能力和耐磨性能更好。,在表面粗糙度的二个高度参数Ra、Rz中，标准推荐优先选用Ra。 当对表面粗糙度除了有高度要求外，还有密封性和耐磨性要求，这时就要考虑选择其他参数RSm 、Rmr(c) 等。,表面粗糙度的评定,评定参数,疏密度不同，则密封性不同。,峰处的尖锐度不同，则支承能

12、力和耐磨性也不同。,表面粗糙度的评定参数已标准化，设计时应按国家标准GB/T1031-2009产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值规定的参数值系列进行选取(见表4-25)。,表面粗糙度的评定,参数的数值,四、表面粗糙度参数的数值,第二节 表面结构 的符号、代号及标注,第五章,表面粗糙度,一、表面结构的符号及代号,国标GB/T131-2006规定了零件表面结构符号 、代号及其在图样上的标注。 1表面结构的图形符号 按GB/131-2006，在图样上表示表面结构图形符号有五种，见表所示。,符号及代号,符号、代号及标注,2表面结构的代号 为了明确表面结构要求，除了标注

13、表面结构参数和数值外，必要时应标注补充要求。由表面结构符号和补充要求，共同组成表面结构的代号。,符号及代号,符号、代号及标注,表面结构补充要求包括：表面结构参数代号；数值；传输带/取样长度。,符号及代号,符号、代号及标注,位置a：注写表面结构的单一要求。标注表面结构参数代号、极限值和传输带或取样长度。如：,位置a和b：注写两个或多个表面结构要求。在位置a注写第一个表面结构要求，方法同a。在位置b注写第二个表面结构要求。如：,位置 c：注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等。如车、磨、镀等加工表面。,位置 d：注写表面纹理和方向。 如：“”、“X”、“M”,位置 e：注写加工余量。,通

14、常图样只标注高度参数(Ra、Rz)，其余各项规定在需要时才标注。 1)高度参数的标注 当选用Ra、 Rz时，其参数代号不可省略。 注写表面结构的单一要求。为了避免误解，在参数代号和极限值间应插入空格。 传输带或取样长度后应有一斜线“/”，之后是表面结构参数代号，最后是数值。,符号及代号,符号、代号及标注,若评定长度内的取样长度等于5lr(默认值)，则可省略标注，不等于5lr时应在相应参数代号后标注其个数。 当参数代号中没有标注传输带时，表面结构要求采用默认的传输带。,符号及代号,符号、代号及标注,如果表面结构参数没有定义默认传输带、默认的短波滤波器或默认的取样长度(长波滤波器)，则表面结构标注

15、应该指定传输带，即短波滤波器或长波滤波器，以保证表面结构明确的要求。 传输带标注，包括滤波器截止波长(mm)，短波滤波器s在前，长波滤波器c在后，并用连字号“-”隔开。,符号及代号,符号、代号及标注,表面结构要求中给定极限值的判断规则有两种： 16%规则和最大规则。 16%规则是表面结构要求标注的默认规则，若采用最大规则，参数代号中应加上“max”。 16%规则和最大规则的意义是：当允许在表面结构要求的所有实测值中，超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图样上标注参数的上限值或下限值；当要求在表面结构要求的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注参数的最大值或最小值。,符号及代号,符号、

16、代号及标注,在完整符号中表示双向极限时应标注极限代号，上限值在上方用U表示，下极限在下方用L表示，上下极限值为16规则或最大化规则的极限值。 若同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，可以不加U、L。当只标注参数代号、参数值和传输带时，它们应默认为参数的上限值(16规则或最大化规则的极限值)；当参数代号、参数值和传输带作为参数的单向下限值(16规则或最大化规则的极限值)标注时，参数代号前应加L。,符号及代号,符号、代号及标注,2)其它各项规定的标注 表面加工纹理是指表面微观结构的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成。 必要时才规定加工纹理。常见的加工纹理方向符号见表。,符号及代号,符号

17、、代号及标注,1表面结构符号、代号的标注位置与方向 总的原则是使表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致。,标注方法,符号、代号及标注,二、表面结构要求 在图样上的标注方法,1)标注在轮廓线上或指引线上 表面结构要求可标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向并接触表面。必要时，表面结构符号也可用带箭头或黑点的指引线引出标注。,标注方法,符号、代号及标注,2)标注在特征尺寸的尺寸线上 在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上。,3)标注在形位公差的框格上 表面结构要求可标注在形位公差框格的上方。,标注方法,符号、代号及标注,4)标注在延长线上 表面结构要求可以直接标注在延长线

18、上，或用带箭头的指引线引出标注。,5)标注在圆柱和棱柱表面上 圆柱和棱柱表面的表面结构要求只标注一次。如果每个棱柱表面有不同的表面结构要求，则应分别单独标注。,1表面结构要求的简化注法,标注方法,符号、代号及标注,1)有相同表面结构要求的简化注法 如果在工件的多数(包括全部)表面有相同的表面结构要求，则其表面结构要求可统一标注在图样的标题栏附近。此时(除全部表面有相同要求的情况外)，表面结构要求的符号后面应有：在圆括号内给出无任何其他标注的基本符号；或在圆括号内给出不同的表面结构要求。 不同的表面结构要求应直接标注在图形中。,标注方法,符号、代号及标注,2)多个表面有共同要求的注法 当多个表面

19、具有相同的表面结构要求或图纸空间有限时，可以采用简化注法。 用带字母的完整符号的简化注法 可用带字母的完整符号，以等式的形式，在图形或标题栏附近，对有相同表面结构要求的表面进行简化标注。,标注方法,符号、代号及标注,只用表面结构符号的简化注法 可用基本符号和扩展符号，以等式的形式给出对多个表面共同的表面结构要求。,第三节 表面粗糙度 参数值的选择,第五章,表面粗糙度,正确选择表面粗糙度参数值，对保证机械产品质量及经济性具有重要意义。参数的选择既要满足零件的功能要求，又要考虑经济性，一般采用类比法。 表面粗糙度参数值的选择包括参数及参数值的选择。,参数值的选择,在表面粗糙度的评定参数中，Ra、R

20、z两个高度参数为基本参数，RSm 、Rmr(c)为附加参数。这些参数分别从不同角度反映了零件的表面形貌特征，但都存在着不同程度的不完整性。 因此，在具体选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结构特点以及测量的条件等情况适当用一个或几个作为评定参数。,参数值的选择,一、表面粗糙度 评定参数的选择,评定参数的选择,1如果没有特殊要求，一般仅选用高度参数。 在高度特性参数常用的参数值范围内(Ra为0.0256.3m、Rz为0.125m)，推荐优先选用Ra值，因为Ra能较充分地反映零件表面轮廓的特征。但以下情况不宜选用Ra。 1)当表面过于粗糙(Ra6.3m)或太光滑(Ra0.025m)时，可选用Rz

21、，因为此范围便于选择用于测量Rz的仪器进行测量。,参数值的选择,评定参数的选择,2)当零件材料较软时，不能选用Ra，因为Ra值一般采用触针测量，如果用于软材料的测量，不仅会划伤零件表面，而且测得结果也不准确。 3)如果测量面积很小，如顶尖，刀具的刃部以及仪表小元件的表面，在取样长度内，轮廓的峰或谷少于五个时。Ra也难于进行测量，这时可以选用Rz值。,参数值的选择,评定参数的选择,2当表面有特殊功能要求时，为了保证功能要求，提高产品质量，这时可以同时选用几个参数综合控制表面质量。 1)当表面要求耐磨时，可以选用Ra、Rz和Rmr(c)。 2)当表面要求承受交变应力时，可以选用Rz和Rmr(c)。

22、 3)当表面着重要求外观质量和可漆性，可选用Ra和RSm。,参数值的选择,评定参数的选择,表面粗糙度参数值选择的合理与否，不仅对产品的使用性能有很大的影响，而且直接关系到产品的质量和制造成本。 选择表面粗糙度参数值既要考虑零件的功能要求，又要考虑其制造成本，在满足功能要求的前提下，应尽可能选用较大的粗糙度数值。,参数值的选择,参数值的选择,二、表面粗糙度参数值的选择,1选择原则 1)同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参数值。 2)摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小；运动速度高、单位压力大的摩擦表面，应比运动速度低、单位压力

23、小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。 3)受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分(如圆角、沟槽)，表面粗糙度参数值要小。,参数值的选择,参数值的选择,4)配合性质要求高的结合表面，配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。 5)配合性质相同，零件尺寸愈小则表面粗糙度参数值应愈小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。,参数值的选择,参数值的选择,2参数值的选用方法 在选择参数值时，通常可参照一些经过验证的实例，用类比法来确定。 一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小。 在实际生产中，也有例外的情况。 尺寸公差、表面形

24、状公差要求很大，但表面粗糙度值却要求很小。如机床的手轮或手柄的表面。,参数值的选择,参数值的选择,在一般正常情况下，它们之间有一定的对应关系。设表面形状公差值为 T，尺寸公差值为IT，它们之间可参照以下对应关系： 只考虑尺寸公差时，取Ra0.025IT，过盈配合的零件表面可取0.05IT。 同时考虑尺寸公差及形状公差时，则有下列对应关系： 若T0.6IT， 则Ra0.05IT； Rz0.2IT T0.4IT， 则Ra0.025IT；Rz0.1IT T0.25IT，则Ra0.012IT；Rz0.05IT T0.25IT，则Ra0.15T； Rz0.6T,参数值的选择,参数值的选择,用类比法确定表

25、面粗糙度高度参数时，可参考表4-6及表4-7。 表4-6 轴和孔的表面粗糙度参数推荐值 表4-7 表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例,参数值的选择,参数值的选择,3标注实例,参数值的选择,参数值的选择,第四节 表面粗糙度检测,第五章,表面粗糙度,表面粗糙度的评定，有定性及定量两种方法。前者主要借助于表面粗糙度样块或放大镜、显微镜，根据检验者的目测或感触，通过比较的方法来判断被测零件的表面粗糙度；后者是借助于各种检验仪器，准确地测出被测表面粗糙度的具体参数值。 常用表面粗糙度测量的方法有比较法、光切法、针描法、干涉法和印模法。,表面粗糙度检测,一、比较法,比较法是将被测表面和表面粗糙度

26、样板直接进行比较，两者的加工方法和材料应尽可能相同，否则将产生较大误差。可用肉眼或借助放大镜、比较显微镜比较；也可用手摸、指甲划动的感觉来判断被测表面的粗糙度。 这种方法多用于车间，评定一些表面粗糙度参数值较大的工件，评定的准确性在很大程度上取决于检验人员的经验。,比较法,表面粗糙度检测,二、光切法,应用“光切原理”来测量表面粗糙度的方法称之为光切法。 常用的仪器是双管显微镜。该种仪器适宜于测量车、铣、刨或其它类似加工方法所加工的零件平面和外圆表面。 常用于测量Rz值为0.560m。,光切法,表面粗糙度检测,三、干涉法,干涉法是利用光波干涉原理来测量表面粗糙度。被测表面直接参与光路，同一标准反

27、射镜比较，以光波波长来度量干涉条纹弯曲程度，从而测得该表面的粗糙度。 干涉法测量表面粗糙度的仪器是干涉显微镜。目前国内生产的干涉显微镜有6J型、6JA型等。 干涉法通常用于测量表面粗糙度参数Rz值。,干涉法,表面粗糙度检测,四、针描法,利用金刚石触针在被测表面上等速缓慢移动，由于表面粗糙不平，使触针在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动，通过机械、光学或电气装置加以放大，然后通过指示表直接读出被测表面的轮廓算术平均值Ra值，此种测量仪器称为电动轮廓仪。 由于其测量方便，迅速可靠，故获得广泛应用。 常用于测量Ra值为0.056.3m。,针描法,表面粗糙度检测,五、印模法,利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在被测零件表面，取得被测表面的复印模型，放在显微镜上间接地测量被检验表面的粗糙度。 印模法适宜于对笨重零件及内表面，如孔及横梁等不便用仪器测量的面进行测量。,印模法,表面粗糙度检测,本 章 作 业,习 题：5-1 5-2,返回主目录,返回本章第一页,谢 谢 大 家 ！,第五章,表面粗糙度,