第五章 表面粗糙度轮廓及其检测

第五章表面粗糙度轮廓及其检测学习指导本章学习目的是掌握表面粗糙度轮廓的评定参数和标注，为合理选用表面粗糙度轮廓打下基础。学习要求是从微观几何误差的角度理解表面粗糙度轮廓的概念；了解表面粗糙度轮廓对机械零件使用性能的影响。理解规定取样长度及评定长度的目的及中线的作用；掌握表面粗糙度轮廓的幅度参数及其检测手段；了解表面粗糙度轮廓的间距特性参数；掌握表面粗糙度轮廓参数和参数值的选用原则和方法。熟练掌握表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标注的方法。第一节表面粗糙度轮廓的基本概念一、表面粗糙度轮廓的界定完工零件实际表面轮廓图5-1表面轮廓表面轮廓：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。在机械加工过程中由于刀痕切削过程中切屑分离时的塑性变形、工艺系统中的高频振动刀具和被加工表面的摩擦等等原因会使被加工零件的表面产生微小的峰谷。这种被加工面所存在的较小间距和峰谷组成的微观几何形状特征，就是零件的表面粗糙度，又称微观不平度。表面粗糙度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓λ实际表面轮廓图5-2零件表面几何形状误差及其组成成份1mm1~10mm10mm波距（λ）二、表面粗糙度轮廓对零件工作性能的影响1.对耐磨性的影响表面越粗糙，摩擦阻力越大，磨损越快，耐磨性越差，但过分光滑，由于润滑油被挤出或分子间的吸附作用等原因，也会使摩擦阻力增大和加速磨损。零件应规定合理的表面粗糙度。左图：有相对运动时，两表面的凸峰相互搓切，形成阻力。另一方面，由于凸峰接触，接触面减小，单位面积压力增加，磨损增加。右图：初期磨损阶段，凸峰磨损较快，正常磨损阶段(t2)，接触面积较大，经过t2后，表面磨光，产生分子亲和力，磨损加剧。2.对耐疲劳性的影响承受交变载荷作用的零件的失效多数是由于表面产生疲劳裂纹造成的。疲劳裂纹主要是由于表面微观峰谷的波谷所造成的应力集中引起的。零件表面越粗糙，波谷越深，应力集中就越严重。因此，表面粗糙度影响零件的抗疲劳强度。3.对抗腐蚀性的影响表面越粗糙，越易在波谷处凝聚腐蚀物质，凹谷深度越大，越易存积腐蚀性物质，腐蚀作用越厉害。4.对配合性质稳定性的影响表面越粗糙，配合性越不稳定。对于有相对运动的间隙配合，工作时易于磨损，间隙增大；对于过盈配合，装配压合时，粗糙表面波峰被挤平，实际有效过盈减小。对于过渡配合，因多用压力及锤敲装配，表面粗糙度也会使配合变松。此外，表面粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观、表面光学性能、导电导热性能以及表面结合的胶合强度等都有很大影响。所以，在设计零件的几何参数精度时，必须对其提出合理的表面粗糙度要求，以保证机械零件的使用性能。第二节表面粗糙度轮廓的评定1．取样长度lr取样长度：是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度，至少包含5个微峰和5个微谷。中线lnlrlrlrlrlr图5-3取样长度和评定长度一、取样长度和评定长度2．评定长度ln取标准评定长度ln＝5lr。若被测表面比较均匀，可选ln＜5lr；若均匀性差，可选ln＞5lr。二、表面粗糙度轮廓的中线lryi最小二乘中线图5-4表面粗造度轮廓的最小二乘中线表面粗糙度轮廓中线是为了定量地评定表面粗糙度轮廓而确定的一条基准线。1．轮廓最小二乘中线算术平均中线lrF1′F2′Fi′F1F2Fi2．轮廓算术平均中线'11nniiiiFF图5-5表面粗造度轮的算术平均中线1)轮廓的算术平均偏差图5-6轮廓算术平均偏差Ra的确定Raxynyiy1y2dxylRal01niiynRa11近似为1．幅度参数三、表面粗糙度轮廓的评定参数在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之和称之为轮廓最大高度，用符号Rz表示，即Rz=Rp+Rv图5-7表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的确定Zp2lrZv6Zv5Zp6Zp5Zp4Zp3Zv4Zv3Zp1Rz中线Zv1Zv22)轮廓的最大高度一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单元。在一个取样长度lr范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的长度叫做轮廓单元的宽度，用符号Xsi表示。轮廓单元的平均宽度：是指在一个取样长度lr范围内所有轮廓单元的宽度Xsi的平均值，用符号RSm表示，即Xs6Xs5Xs4Xs3Xs2Xs1lr中线图5-8轮廓单元的宽度与轮廓单元的平均宽度miiXsmRSm112．间距特征参数第三节表面粗糙度轮廓的技术要求一、表面粗糙度轮廓技术要求的内容规定表面粗糙度轮廓的技术要求时，必须给出表面粗糙度轮廓幅度参数及允许值和测量时的取样长度值这两项基本要求，必要时可规定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或(和)加工余量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图样上可以省略标注取样长度值。二、表面粗糙度轮廓评定参数的选择在常用值范围内(Ra为0.025～6.3mm，Rz为0.1～25mm)，普遍采用Ra作为评定参数。采用Rz作为评定参数的原因是：一方面，由于触针式轮廓仪功能的限制，不适应于极光滑表面和粗糙表面；另一方面，对测量部位小、峰谷少或有疲劳强度要求的零件表面，选用Rz作为评定参数，方便、可靠。三、表面粗糙度轮廓参数允许值的选择表面粗糙度参数值的选用原则：首先满足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性。在满足功能要求的前提下，参数的允许值应尽可能大些。第四节表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标注的方法一、表面粗糙度轮廓的符号和代号1.表面粗糙度的符号a1，a2——粗糙度幅度参数代号及其数值（mm）；b——加工要求、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等；c——取样长度（mm）或波纹度（mm）；d——加工纹理方向符号；e——加工余量（mm）；f——粗糙度间距参数值（mm）(e)bc/fa1a2d图5-9表面粗糙度轮廓代号2．表面粗糙度的代号1．表面粗糙度轮廓幅度参数的标注二、表面粗糙度轮廓代号的标注方法按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样上省略标注，否则应按如图5-10a所示方法标注取样长度，图中取样长度取值为0.8mm。如果某表面的粗糙度要求按指定的加上方法(如铣削)获得时、可用文字标注见图5-10b。如果需要标注加工余量(设加工总余量为5mm)，应将其标注见图5-10c。如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹理方向符号，见图5-10d。标准规定了加工纹理方向符号，见:教材P123页图5-10所示。2．表面粗糙度轮廓技术要求其它项目的标注b)c)d)a)0.86.3铣3.23.2(5)3.2图5-10表面粗糙度其它项目的标注303012.512.53.23.23.23.2f其余2512.50.460M45c1.63.23.2ff图5-11表面粗糙度代号标注示例小结（1）表面粗糙度轮廓的概念（2）国家标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了取样长度lr、评定长度ln和中线。（3）表面粗糙度轮廓的评定参数有幅度参数（包括轮廓的算术平均偏差Ra轮廓的最大高度Rz）和间距特征参数（轮廓单元的平均宽度RSm）（4）通常只给出幅度参数Ra或Rz及允许值，必要时可规定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或(和)加工余量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图样上可以省略标注取样长度值。（5）国家标准规定了表面粗糙度轮廓的标注方法，见表5-8～表5-9及图5-9、图5-10.（6）表面粗糙度轮廓的检测主要方法有比较检验法、针描法、光切法和干涉法。