第五章 表面粗糙度与检测

第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第一节表面粗糙度的概念及其对零件使用性能的影响第二节表面粗糙度的评定第三节表面粗糙度参数及其数值的选择第四节表面粗糙度的代号标注方法第五节表面粗糙度的检测第五章表面粗糙度与检测第一节表面粗糙度的概念及其对零件使用性能的影响一、表面粗糙度的概念1、表面粗糙度：指机械加工（或铸造、锻打）的零件表面上，总会存在着具有的较小间距和峰谷的微观几何形状误差。也称为微观不平度。2、表面粗糙度与形状误差和表面波度的区别：1）波距小于1mm的属于表面粗糙度2）波距在1～10mm的属于表面波度3）波距大于10mm的属于形状误差第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测二、表面粗糙度对零件使用性能的影响1、对零件耐磨性的影响：表面粗糙度大磨损大寿命低2、对配合性质的影响：表面粗糙度影响配合性质的稳定性3、对疲劳强度的影响：表面越粗糙，疲劳强度越低4、对耐腐蚀性能的影响：粗糙的表面易造成表面锈蚀5、对接触刚度、密封性、产品外观等的影响第五章表面粗糙度与检测第二节表面粗糙度的评定一、取样长度与评定长度1、取样长度l：测量和评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度。5个以上完整轮廓的峰和谷。2、评定长度ln：一个零件的表面粗糙度未必均匀，一个l内不能完全合理反映某一表面粗糙度特征，因此，在测量和评定时，需规定一段最小长度作为评定长度。一般ln=5l第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测二、基准线指评定表面粗糙度参数的给定线，包括：（1）轮廓最小二乘中线（2）轮廓算术平均中线n1i'in1iin1i2iFFminy第五章表面粗糙度与检测三、评定参数1、高度特征参数----主参数（1）轮廓算术平均偏差Ra:在一个取样长度内，被测实际轮廓上各点偏离最小二乘中线的距离的绝对值的算术平均值。特点；Ra能全面客观地反映表面微观几何形状的特征。niilxyndylRa101||)/1(第五章表面粗糙度与检测（2）微观不平度十点高度Rz：在一个取样长度内，实际轮廓上五个最大轮廓峰高平均值与五个最大轮廓谷深的平均值之和。Rz=+特点：反映表面微观几何形状特征方面不如Ｒa全面，但测量方便，应用较多。5151ipiy5151iviy基准线图3-4表面微观轮廓的高度图5－4微观不平度十点高度Rz第五章表面粗糙度与检测（3）轮廓最大高度Ry：在一个取样长度内，实际轮廓的最高峰顶线至最低谷低线之间的距离。特点：所反映表面微观几何形状特征更不全面，但测量十分简便，可与Ｒa、Ｒz联用。基准线表面微观轮廓的高度轮廓峰顶线2-轮廓峰底线轮廓最大高度Ry第五章表面粗糙度与检测2、间距特征参数（1）轮廓的单峰平均间距S：取样长度l内轮廓的单峰间距Si的平均值单峰间距Si：两相邻轮廓单峰最高点在基准线上的投影长度SinS)/1(第五章表面粗糙度与检测（2）轮廓微观不平度的平均间距Sm：取样长度l内轮廓微观不平度的间距Smi的平均值微观不平度的间距Smi：含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段基准线长度SminSm)/1(第五章表面粗糙度与检测说明：间距特征参数反映零件表面加工痕迹的细密程度，有密封功能要求的表面要使用这两个参数。第五章表面粗糙度与检测3、形状特征参数轮廓支承长度率tp：支撑长度（取样长度内bi之和）与取样长度的比值bi：一平行于基准线的线与轮廓相截得到的截线长度说明：反映零件表面耐磨性的指标。tp越大，表面凸起的实体部分大，承载面大，因此接触刚度高，表面越耐磨。ltpp/第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第三节表面粗糙度参数及其数值的选择一、表面粗糙度参数选择最常采用的是高度特征参数。当只给出高度特征参数不能满足零件的功能要求时，才附加给出间距特征参数和形状特征参数。注意事项：1)光滑表面和半光滑表面，一般用Ra;2)极光滑和极粗糙表面，宜采用Rz；3)不允许出现较大加工痕迹和受交变应力作用的表面，用Ry;4)密封性要求高的表面，使用Sm和S；5)耐磨性要求高的表面，可规定tp.第五章表面粗糙度与检测二、表面粗糙度参数值的选择国标GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及其数值》表5－2和表5－3列出了高度参数的数值系列，第一系列优选。选用原则：1)同一零件上，工作表面的粗糙度值应比非工作表面小。2)运动速度高，单位面积压力大的表面数值要小。3）承载交变应力的零件，易产生应力集中处（圆角、沟槽），数值小4)配合性质要求越稳定，小间隙配合和受重载的过盈配合，配合表面的数值小；5)防腐性、密封性要求高、外表美观的表面，粗糙度值应小。6)表面粗糙度数值与形位公差的协调关系（表5－4）7）已有专门标准对表面粗糙度作出要求的，按标准确定（齿轮齿面）8）实际工作经验不足，参表表5－5和表5－6。第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第四节表面粗第糙度的代号标准方法一、表面粗糙度的符号第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测二、表面粗糙度的代号第五章表面粗糙度与检测三、表面粗糙度的代号标准示例第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测四、表面粗糙度在零件图中的标准注意事项1）标注位置：可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线，符号的尖端必须从材料外指向材料内。2）数字书写的方向必须按机械制图中尺寸标准的规定，注意尺寸标准的“30°”禁区内应使用引线引出后标注。3）复要素的表面（齿轮齿面、花键键槽表面），代号只标准一次。4）“其余”代号标注在图样的右上角。第五章表面粗糙度与检测.2第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测五、表面粗糙度在图样上的标注实例第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五章表面粗糙度与检测第五节表面粗糙度的测量一、比较法将被测量表面与标有一定数值的粗糙度样板比较来确定被测表面粗糙度数值的方法。特点：该方法测量简便，使用于车间现场测量，常用于中等或较粗糙表面的测量。第五章表面粗糙度与检测二、光切法利用光切原理测量表面粗糙度的方法。采用仪器：光切显微镜（双管显微镜）适宜测量车、铣、刨或其他类似方法加工的金属零件的平面或外圆表面。适宜测量Rz＝0.5～80µm的表面，同时得到Ry值。三、干涉法利用光波干涉原理。采用的仪器：干涉显微镜。适宜测量极光滑的表面，Rz=0.025~0.8µm.第五章表面粗糙度与检测四、触针法通过针尖感触微观不平度的截面轮廓的方法，为接触式测量。测量仪器：电动轮廓测量仪测量范围：Ra=0.025~5µm表面。特点：快速可靠，操作简便，易于实现自动测量和微机数据处理；被测表面易被划伤。第五章表面粗糙度与检测课题二、（续）表面粗糙度第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。重点内容：表面粗糙度的评定、选用及标注。难点内容：表面粗糙度的评定、选用。操作技能：表面粗糙度的测量。第五章表面粗糙度与检测基本概念零件表面的形貌可分为三种情况：(1)表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其波长和波高之比一般小于50。属于微观几何形状误差。(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于50～1000的不平程度称为波纹度。会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的目前表面波纹度还没有制定国家标准。国际标准化组织第57技术委员会正在制定表面波纹度有关国际标准。(3)形状误差：零件表面中峰谷的波长和波高之比大于1000的不平程度属于形状误差。第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度对零件性能的影响影响零件的耐磨性。影响配合性质的稳定性。影响零件的疲劳强度。影响零件的抗腐蚀性。影响零件的密封性。对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度的基本术语（一）取样长度l：评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度。应与表面粗糙度的大小相适应。规定取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响，一般在一个取样长度内应包含５个以上的波峰和波谷。（标准见书P108表5-1。）评定长度ln：为了全面、充分地反映被测表面的特性，在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。评定长度可包括一个或多个取样长度。表面不均匀的表面，宜选用较长的评定长度。评定长度一般按5个取样长度来确定。基准线LnLLLL第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度的基本术语（二）评定表面粗糙度的基准线：评定表面粗糙度的一段参考线。有以下两种：轮廓的最小二乘中线m：在取样长度内，使轮廓上各点至一条该线的距离平方和为最小。即：轮廓算术平均中线m：在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线。即：F1+F3+…+F2n-1=F2+F4+…+F2nmin12niiyLF1F2y=f(x)FnG1G2Gmx0第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度的评定参数（一）国家标准GB3505-83和GB/T1031-95中规定了6个评定参数，其中有关高度特性的参数3个，间距特性的参数有2个，形状特性参数有1个，其中高度参数是主要的。（1）轮廓算术平均偏差Ｒa在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值，即dxxylRla0)(1niiaynR11第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度评定参数（二）（2）微观不平度十点高度Ｒz在取样长度内５个最大的轮廓峰高ypi平均值与5个最大轮廓谷深yvi平均值之和。55151iviipizyyR第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度评定参数（三）（3）轮廓最大高度Ｒy在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点。Ry=︱ypmax︱+︱yvmax︱第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度（评定参数）的选择评定参数的选择：如无特殊要求，一般仅选用高度参数。推荐优先选用Ra值，因为Ra能充分反映零件表面轮廓的特征。以下情况下例外：当表面过于粗糙（Ra＞6.3μm）或过于光滑（Ra＜0.025μm）时，可选用Rz，因为此范围便于选择用于测量Rz的仪器测量。当零件材料较软时，因为Ra一般采用触针测量。当测量面积很小时，如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元件的表面，可选用Ry值。第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度（参数值）的选择表面粗糙度参数值的选择原则是：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。一般原则：同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；摩擦表面比非摩擦表面要小；受循环载荷的表面要小；配合要求高、联接要求可靠、受重载的表面粗糙度值都应小；同一精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。常用表面粗糙度值与所适应的零件表面见P112表5-6、5-7。第五章表面粗糙度与检测参数值的选用方法可用类比法来确定。一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但也不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。一般情况下，它们之间有一定的对应关系，设形状公差为T，尺寸公差为IT，它们之间的关系可参照以下对应关系：若T≈0.6IT，则Ra≤0.05IT；Rz≤0.2ITT≈0.4IT，则Ra≤0.025IT；Rz≤0.1ITT≈0.25IT，则Ra≤0.012IT；Rz≤0.05ITT＜0.25IT，则Ra≤0.15T；Rz≤0.6T第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度的符号在图样上表示表面粗糙度的符号有三种：a为基本符号，表示表面可以用任何方法获得；b表示表面是用去除材料的方法获得的；c表示表面是用不去除材料的方法获得的。abc第五章表面粗糙度与检测表面粗糙度的代号a1、a2处为粗糙度高度参数的允许值（μm）；b处标注加工方法、镀涂或其它表面处理；c处标出取样长度（mm）；d标出加工纹理方向符号；e处标出加工余量（