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1、第5章 表面粗糙度与检测,本章学习要点,概述 表面粗糙度的基本知识 表面粗糙度的选择 表面粗糙度的标注 表面粗糙度的检测 综合实训 本章小结,5.1 概述,表面粗糙度是指加工表面上由较小间距的峰谷组成的微观几何形状误差。表面粗糙度越小，表面越光滑。,如右图所示，零件同一表面存在着叠加在一起的三种误差，即形状误差（宏观几何形状误差）、表面波度误差和表面粗糙度（微观几何形状误差）。三者之间通常可按相邻波峰和波谷之间的距离（波距）加以区分：波距大于10mm的属于形状误差；波距在110mm之间的属于表面波度误差；波距小于1mm的属于表面粗糙度。,表面粗糙度对零件的使用性能和工作寿命有很大影响，主要表现
2、在以下几个方面。,对零件耐磨性的影响 对零件配合性质的影响 对零件接触刚度的影响 对零件疲劳强度的影响 对零件耐蚀性的影响 对零件密封性的影响,5.2 表面粗糙度的基本知识,5.2.1 基本术语及定义,1表面轮廓,表面轮廓是指一个指定平面与实际表面相交所得的轮廓，如下图所示。,2取样长度lr,取样长度lr是指在X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。规定取样长度lr的目的是为了限制和减弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响：若lr过长，则表面粗糙度的测量值中可能含有表面波度的成分；若lr过短，则不能客观地反映表面粗糙度的实际情况。,如下图所示，取样长度lr应在轮廓总的走向上量取。在取样长度范围内
3、，一般应包含5个以上的轮廓峰和轮廓谷。表面越粗糙，取样长度lr应越长。,3评定长度ln,评定长度ln是指用于评定被评定轮廓的X轴方向上的长度。由于零件表面存在不均匀性，为了合理、客观地反映表面质量，评定长度ln一般包含一个或几个取样长度lr。通常取ln5lr；若被测表面均匀性较好，可选ln5lr；若被测表面均匀性较差，可选ln5lr。,在评定长度ln内，根据取样长度lr进行测量，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。,4基准线m,基准线m是指评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线，它包括轮廓最小二乘中线和轮廓算术平均中线两种。,（1）轮廓最小二乘中线,轮廓最小二乘中线简称
4、为中线，是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，在取样长度内，轮廓线上各点到该线距离Zi的平方和为最小，如下图所示，即：,（2）轮廓算术平均中线,轮廓算术平均中线是指具有几何轮廓形状，在取样长度内与轮廓走向一致，并划分轮廓为上下两部分，且使上下两部分面积相等的基准线，如下图所示，即：,最小二乘中线符合最小二乘原则，从理论上讲是理想的基准线，但在轮廓图形上确定其位置比较困难；而算术平均中线与最小二乘中线的差别很小，且可用目测方法确定，故通常用算术平均中线来代替最小二乘中线。当轮廓不规则时，算术平均中线不止一条，而最小二乘中线只有一条。,5.2.2 表面粗糙度的评定参数及其数值,1幅度参数,（1）
5、轮廓算术平均偏差Ra,Ra越大，则表面越粗糙。Ra能比较全面、客观地反映表面微观几何形状的特性，因此是普遍采用的评定参数。,（2）轮廓最大高度Rz,Rz越大，则表面越粗糙。Rz不能全面、客观地反映表面轮廓情况，但其测量、计算方便，故应用较多。,一般情况下，在测量Ra和Rz时，应按下表所示选用相应的取样长度lr和评定长度ln（表中ln5lr）。此时，取样长度值的标注在图样上或技术文件中可省略；当有特殊要求时，应给出相应的取样长度值，并在图样上或技术文件中注出。,2间距参数,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，如下图所示，其表达式为：,Rsm越小，轮廓表面越细密
6、，密封性越好。,3混合参数,轮廓支承长度率Rmr（c）是指在给定水平截面高度c上，轮廓的实体材料长度Ml（c）与评定长度ln的比率，如下图所示，其表达式为：,在选用轮廓支承长度率Rmr（c）参数时，应同时给出轮廓截面高度c值。c值可用m或Rz的百分数表示。,轮廓支承长度率Rmr（c）与零件的实际轮廓形状有关，是反映零件表面耐磨性能的指标。对于不同的实际轮廓形状，在相同的评定长度内给出相同的水平截面高度c时，Rmr（c）越大，表示零件表面凸起的实体部分越大，零件的承载面积就越大，因而接触刚度就越高，耐磨性能就越好，如下图所示。,5.3 表面粗糙度的选择,5.3.1 表面粗糙度评定参数的选择,在表
7、面粗糙度的评定参数中，Ra和Rz两个幅度参数为基本参数，Rsm和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。 在具体选用时，如果零件表面没有特殊要求，一般仅选用幅度参数；如果零件表面有特殊功能要求，为了保证功能和提高产品质量，可以附加选用间距参数或混合参数来综合控制表面质量。,1轮廓算术平均偏差Ra,由于Ra既能反映加工表面的微观几何形状特征，又能反映微观凸峰高度，且测量效率高，测量时便于进行数据处理，因此，在幅度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。,2轮廓最大高度Rz,Rz反映轮
8、廓情况虽不如Ra全面、客观，但其概念简单，测量方便，同时也弥补了Ra不能测量极小表面的不足。因此，在零件加工表面过于粗糙（Ra6.3m）、过于光滑（Ra0.025m），或测量面积很小时，可以选用Rz值。,3轮廓单元的平均宽度Rsm 和轮廓支承长度率Rmr（c）,附加参数Rsm和Rmr（c）只有在幅度参数不能满足表面功能要求时，才附加使用。例如，当表面要求耐磨时，可以选用Ra、Rz和Rmr（c）；当表面要求密封性时，可以选用Rz和Rsm；当表面着重要求外观质量和可漆性时，可以选用Ra和Rsm。,5.3.2 表面粗糙度评定参数值的选择,表面粗糙度评定参数值的选择原则是：在满足功能要求的前提下，尽量
9、选用较大的参数允许值，以减小加工难度，降低生产成本。,在选择表面粗糙度评定参数值时，应根据国家标准GB/T 10312009规定的参数值系列来选择，如表5-2至表5-6所示。实际生产中，可参照一些经过验证的实例，用类比法来确定。根据类比法初步确定表面粗糙度后，再对比工作条件进行适当调整。调整时应考虑以下几点,1同一零件上，工作表面的粗糙度值（评定参数值）比非工作表面的粗糙度值小。 2摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度值小。,3运动速度高、压强大、受交变载荷的零件表面，以及容易产生应力集中的沟槽、圆角部位等，表面粗糙度值应小些。 4配合稳定性要求高的表面，如小间隙配合表面、
10、受重载荷的过盈配合表面，表面粗糙度值应小些。 5表面粗糙度应与尺寸和形状公差相协调。例如，尺寸、形状公差小时，表面粗糙度也要小些；相同公差等级时，轴的表面粗糙度值应比孔要小些。 6密封性、抗腐蚀性要求高的表面或外形要求美观的表面，表面粗糙度值要小些。 7凡有关标准已对表面粗糙度作出具体规定的，应按该标准的要求选择,5.4 表面粗糙度的标注,5.4.1 表面结构的图形符号,图样上表示表面结构的符号有五种，如下表所示。,5.4.2 表面结构的代号,在表面结构符号的基础上，注上其他有关表面特征的符号及数值，即组成了表面结构的代号,一般情况下，在表面结构代号中，只注出表面结构评定参数代号及其允许值（单
11、一要求）即可。但为了明确表面结构要求，必要时应注出补充要求。补充要求包括传输带、取样长度、加工工艺、表面纹理及方向、加工余量等。,在完整符号中，对表面结构的单一要求和补充要求应标注在右图所示指定位置。,右图中位置ae分别注写以下内容： 1位置a注写表面结构的单一要求； 2位置a和b注写两个或多个表面结构要求； 3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； 4位置d注写表面纹理及方向； 5位置e注写加工余量，以“mm”为单位给出数值,表面结构代号的示例及含义如下表所示。,5.4.3 表面结构在图样和 其他技术产品文件中的注法,表面结构要求对每一个表面一般只标注一次，并尽可能注在相应
12、的尺寸及其公差的同一视图上。除非另有说明，所标注的表面结构要求是对完工零件的表面要求。,1表面结构符号、代号的标注位置与方向,（1）国家标准规定，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。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，表面结构符号也可以用带箭头或黑点的指引线引出标注，如下图所示。,（2）在不致引起误解的情况下，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上，如上图所示；也可标注在形位公差框格的上方，如下图所示。,（3）表面结构要求可以直接标注在延长线上，或用带箭头的指引线从延长线上引出标注，如左图所示。,（4）圆柱和棱柱表面的表面结构要求只标注一次，如果
13、每个棱柱表面都有不同的表面结构要求，则应分别标注，如右图所示。,2表面结构的简化注法,（1）有相同表面结构要求的简化注法,如果工件的多数（包括全部）表面具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，如左图所示； 在圆括号内给出不同的表面结构要求，如右图所示。 不同的表面结构要求应直接标注在图形中，如下图所示。,（2）多个表面有共同表面结构要求的简化注法,当多个表面有共同的表面结构要求或图纸空间有限时，也可采用简化注法。,可用带字母的完整符号，以等式的形式，在图形
14、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，如左图所示。,可用表5-9所示表面结构符号，以等式的形式给出对多个表面共同的表面结构要求，如右图所示。,3两种或多种工艺共同获得的同一表面的注法,由几种不同的工艺方法获得的同一表面，当需要明确每种工艺方法的表面结构要求时，可按下图所示进行标注。,5.5 表面粗糙度的检测,5.5.1 比较法,比较法是指将被测表面与已知高度特征参数值的表面粗糙度样板进行比较，通过肉眼观察、手动触摸，或借助放大镜、显微镜等来判断被测表面粗糙度的一种检测方法。比较时，所用表面粗糙度样板的材料、形状、加工方法及纹理方向等应尽可能与被测表面相同，以减少检测误差。 比较
15、法简单易行，适用于在车间条件下使用。但由于其评定结果的准确性很大程度上取决于检测人员的经验，因此仅适用于评定表面粗糙度要求不高的工件。,5.5.2 光切法,光切法是指应用“光切原理”来测量表面粗糙度的一种检测方法。常用的仪器为光切显微镜（又称为双管显微镜）。该仪器适用于测量用车、铣及刨等加工方法所获得金属零件的平面或外圆表面。光切显微镜主要用于测量轮廓最大高度Rz值。,5.5.3 干涉法,干涉法是指利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种检测方法。利用此方法测量时，被测表面直接参与光路，用同一标准反射镜比较，以光波波长来度量干涉条纹的弯曲程度，从而测得该表面的粗糙度值。常用的仪器为干涉显微镜。干涉
16、显微镜主要用于测量轮廓最大高度Rz值。,5.5.4 针描法,针描法又称为轮廓法，是指利用仪器的触针与被测表面接触，并使触针沿被测表面轻轻滑动来测量表面粗糙度的一种检测方法。常用的仪器是电动轮廓仪。 针描法测量表面粗糙度能够直接读出轮廓算术平均偏差Ra值，且能测量平面、轴、孔和圆弧面等各种形状的表面粗糙度。但由于触针要与被测表面可靠接触，需要适当的测量力，当测量材料较软或表面粗糙度值较小时，被测表面容易产生划痕。,5.6 综合实训,5.6.1 表面粗糙度的比较,判断下列每对配合（或工件）使用性能相同时，哪一个的表面粗糙度值应小些？为什么？ （1）60H7/f6与60H7/h6 （2）30h7与90h7 （3）30H7/e6与30H7/r6 （4）40g6与40G6,1实训过程,（1）60H7/h6的表面粗糙度值应小些，因为此配合为小间隙配合，而60H7/f6为大间隙配合，为保证配合的稳定性，小间隙配合的表面粗糙度值应小些。,（2）30h7的表面粗糙度值应
