單元5-表面粗糙度及檢測(cè)

單元五 表面粗糙度與檢測(cè)

任務(wù)5.1認(rèn)識(shí)表面粗糙度任務(wù)5.2表面粗糙度參數(shù)值及選用任務(wù)5.3表面粗糙度的表示及標(biāo)注任務(wù)5.4了解表面粗糙度的檢測(cè)任務(wù)5.1認(rèn)識(shí)表面粗糙度

零件的表面粗糙度對(duì)零件的工作性能有重大影響。為了正確評(píng)定表面粗糙度和保證互換性，我國(guó)發(fā)布了GB/T3503-2000《表面粗糙度術(shù)語、定義及其參數(shù)》,GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。5.1.1表面粗糙度概述

無論是機(jī)械加工的零件表面，或者是用鑄、鍛等方法獲得的零件表面，總會(huì)存在著具有較小間距和峰谷的微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度的定義:是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。如下圖所示，加工后零件的截面輪廓形狀是復(fù)雜的，一般由表面粗糙度,表面波度和形狀誤差疊加而成，三者通常按波距(按相鄰兩個(gè)波峰或兩波谷之間的距離定義)來劃分：波距小于1mm的屬于表面粗糙度（微觀幾何形狀誤差）；波距在1～10mm的屬于表面波度；波距大于10mm的屬于形狀誤差。表面粗糙度對(duì)零件工作性能的影響：

1、對(duì)配合性質(zhì)的影響對(duì)間隙配合來說，表面粗糙則易磨損，使配合表面間的實(shí)際間隙逐漸增大；對(duì)過盈配合而言，表面粗糙會(huì)減小配合表面間的實(shí)際有效過盈，降低聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，從而降低機(jī)器的工作精度。2、對(duì)零件運(yùn)動(dòng)表面的摩擦和磨損的影響表面越粗糙，則摩擦阻力就越大，兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面峰頂間的實(shí)際有效接觸面積就越小，使單位面積上的壓力增大，磨損加快。磨損量與表面粗糙度之間的關(guān)系如下圖：

3、對(duì)零件的耐腐蝕性的影響

零表面越粗糙，則越容易在該表面上積聚腐蝕性物質(zhì)，且通過該表面的微觀凹谷向其表層滲透，使腐蝕加劇。提高零件的表面粗糙度質(zhì)量，可以增強(qiáng)其抗腐蝕的能力。

4、對(duì)零件抗疲勞強(qiáng)度的影響

零件表面越粗糙，則對(duì)應(yīng)力集中越敏感，特別是在交變應(yīng)力的作用下，在零件的溝槽或圓角處，其影響更大，零件往往因此失效。因此，對(duì)于承受交變載荷的零件，若提高零件的表面粗糙度質(zhì)量，可以明顯地提高零件的抗疲勞強(qiáng)度。

5、對(duì)零件密封性的影響粗糙不平的兩個(gè)結(jié)合面，僅在局部點(diǎn)上接觸，必然產(chǎn)生縫隙，影響密封性。提高零件的表面粗糙度質(zhì)量，可以提高其密封性。6、其它影響

此外，表面粗糙度對(duì)接觸剛度、沖擊強(qiáng)度、零件的美觀及測(cè)量精度等也有很大的影響。因此，在零件的幾何精度設(shè)計(jì)中，對(duì)表面粗糙度提出合理要求是一項(xiàng)不可缺少的重要內(nèi)容。5.1.2表面粗糙度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

1.基本術(shù)語和定義（1）表面輪廓

表面輪廓是指平面與實(shí)際表面相交所得的輪廓。根據(jù)方向不同，可分為橫向表面輪廓（如圖）和縱向表面輪廓。表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)值系列選取。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1031—1995要求優(yōu)先選用基本系列值。

（3）.評(píng)定長(zhǎng)度

（ln——修改書中圖5-1-4p126）

評(píng)定長(zhǎng)度是指為了合理且較全面地反映整個(gè)表面的表面粗糙度特征，而在測(cè)量和評(píng)定表面粗糙度時(shí)所必需的一段長(zhǎng)度，一般，評(píng)定長(zhǎng)度ln=5lr

；若被測(cè)表面比較均勻，選ln

＜5lr

；若被測(cè)表面均勻性差，選ln

＞5lr

。(2).取樣長(zhǎng)度（lr）

取樣長(zhǎng)度是指測(cè)量或評(píng)定表面粗糙度時(shí)所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線的長(zhǎng)度，一般應(yīng)包含五個(gè)以上的輪廓峰和輪廓谷。取樣長(zhǎng)度的方向與輪廓總的走向一致。表面越粗糙，取樣長(zhǎng)度就應(yīng)越大。

選擇取樣長(zhǎng)度，可以限制和減弱其他的截面輪廓形狀誤差，尤其是表面波紋度對(duì)表面粗糙度測(cè)量結(jié)果的影響。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10610-1998《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范表面結(jié)構(gòu)輪廓法評(píng)定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》規(guī)定：測(cè)量Ra

、Rz、Rsm

值的取樣長(zhǎng)度lr與評(píng)定長(zhǎng)度ln

。Ra（μm）Rz（μm）Rsm（μm）lr

（mm）ln

（mm）（0.0006）＜Ra≤0.02（0.025）＜Rz≤0.10.013＜Rsm≤0.040.080.40.02＜Ra≤0.10.1＜Rz≤0.50.04＜Rsm≤0.130.251.250.1＜Ra≤20.5＜Rz≤100.13＜Rsm≤0.40.842＜Ra≤1010＜Rz≤500.4＜Rsm≤1.32.512.510＜Ra≤8050＜Rz≤2001.3＜Rsm≤4840

（3）.中線（m）

中線（也稱基準(zhǔn)線）是指評(píng)定表面粗糙度參數(shù)值時(shí)所取的基準(zhǔn)。GB3505-83《表面粗糙度術(shù)語表面及其參數(shù)》規(guī)定下面兩種中線作為基準(zhǔn)線：①輪廓最小二乘中線

輪廓的最小二乘中線m是指在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，具有理想直線形狀的基準(zhǔn)線，使輪廓上各點(diǎn)到該中線的距離（輪廓偏距）的平方之和為最小，即為最小。②輪廓算術(shù)平均中線

輪廓算術(shù)平均中線指具有理想直線形狀并在取樣長(zhǎng)度內(nèi)與輪廓走向一致的基準(zhǔn)線，該基準(zhǔn)線將輪廓?jiǎng)澐譃樯舷聝刹糠?，且使上部分的面積之和等于下部分的面積之和，即F1+F2+···+Fn=F’1+F’2+···+F’n

※2.評(píng)定參數(shù)

表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)由幅度參數(shù)（按照微觀不平度高度）、間距參數(shù)、混合參數(shù)以及曲線和相關(guān)參數(shù)組成。（1）、幅度參數(shù)（高度參數(shù)）——基本參數(shù)※

※

※

①輪廓算術(shù)平均偏差Ra

是指在取樣長(zhǎng)度

lr

內(nèi)，被測(cè)輪廓上各點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離Z(x)

的絕對(duì)值的算術(shù)平均值，用Ra表示，公式為：

②輪廓的最大高度Rz

是指在取樣長(zhǎng)度lr內(nèi)，被測(cè)輪廓的最大輪廓峰高Zpmax與最大輪廓谷深Zvmax之和的高度（兩值均為正），即

Rz

=Zpmax+Zvmax

幅度參數(shù)Ra、Rz

是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須標(biāo)注的參數(shù)（兩者只需取其一），故又稱基本參數(shù)。Ra、Rz

的數(shù)值越大，則表面越粗糙。

2.間距參數(shù)——附加參數(shù)

輪廓單元的平均寬度RSm

——是指在取樣長(zhǎng)度lr內(nèi)，輪廓單元寬度Xsi的平均值。RSm

的數(shù)值越大，則表面越粗糙。（輪廓單元是指一個(gè)表面粗糙度輪廓峰和一個(gè)輪廓谷的組合。）用公式表示為：

式中Xsi——第i

個(gè)輪廓單元的寬度；

m——在取樣長(zhǎng)度內(nèi)所含的輪廓單元的個(gè)數(shù)。輪廓單元寬度

3、混合參數(shù)（形狀參數(shù)）——附加參數(shù)

輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr（c）——是指在給定水平位置c上輪廓的實(shí)體材料長(zhǎng)度Ml（c）與評(píng)定長(zhǎng)度的比率，即所謂輪廓的實(shí)體材料長(zhǎng)度Ml（c）

——是指在評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)，一平行于X軸的直線從峰頂線向下移一水平截距c時(shí)，與輪廓相截所得的各段截線長(zhǎng)度之和，即

輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr（c）與零件的實(shí)際輪廓形狀有關(guān)，是反映零件表面耐磨性能的指標(biāo)。Rmr（c）是隨著水平截距的大小而變化的，其關(guān)系曲線稱為支承長(zhǎng)度率曲線，如左圖所示。對(duì)于不同的實(shí)際輪廓形狀，在相同的取樣長(zhǎng)度內(nèi)并給出相同的水平截距c，Rmr（c）越大，則表示零件表面凸起的實(shí)體部分就越大，承載面積就越大，因而接觸剛度就越高，耐磨性能就越好，例如：在右圖（a）與圖（b）中，前者耐磨性能較好，后者較差。支承長(zhǎng)度率曲線任務(wù)5.2表面粗糙度參數(shù)值及選用

1.表面粗糙度的參數(shù)值

評(píng)定表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按國(guó)標(biāo)GB/T1031—95《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》規(guī)定的參數(shù)值系列選取。參見P130表5-2-1~5-2-4。應(yīng)熟記常用參數(shù)(R10/3)：※

0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，···2.表面粗糙度的選用

※

(1).評(píng)定參數(shù)的選擇①幅度參數(shù)(Ra和Rz)的選擇：參數(shù)值在0.025~6.3μm之間的，優(yōu)先選用Ra。表面過于粗糙或太光滑時(shí)，即參數(shù)值＜0.025或＞6.3μm時(shí)，選用Rz

。②幅度參數(shù)(Rz)的選擇：當(dāng)表面不允許出現(xiàn)較深加工痕跡，防止應(yīng)力過于集中，要求保證零件的抗疲勞強(qiáng)度和密封性時(shí)，需要選用Rz。③間距參數(shù)的選擇：不能獨(dú)立選用，只有當(dāng)幅度參數(shù)不能滿足表面的功能要求時(shí)，才選取附加參數(shù)作為附加項(xiàng)目。RSm

主要在對(duì)涂漆性能有要求或沖壓成形時(shí)選用。

④混合參數(shù)的選擇：Rmr(c)主要在耐磨性、接觸剛度要求較高等場(chǎng)合選用。（2）.粗糙度評(píng)定參數(shù)數(shù)值的選擇

合理選取表面粗糙度參數(shù)值的大小，對(duì)零件的工作性能和加工成本具有重要意義。選擇總原則：在滿足零件表面使用功能前提下，應(yīng)盡量選用較大的評(píng)定參數(shù)值（除Rmr（c）外）。

A.從加工角度看

表面粗糙度的參數(shù)值與加工方法聯(lián)系緊密。表5-7列出了常用加工方法可能達(dá)到的表面粗糙度。主要掌握：

B.從設(shè)計(jì)角度看對(duì)有裝配要求的配合表面、承載交變載荷的表面等，應(yīng)選較小的表面粗糙度值；對(duì)某些非配合的表面則可以盡量選用較大的表面粗糙度值。加工方法表面粗糙度Ra/μm0.40.81.63.26.312.5磨削車削鏜孔銑削①同一零件上，工作表面粗糙度值小于非工作表面；②摩擦表面粗糙度值小于非摩擦表面；滾動(dòng)摩擦表面比滑動(dòng)摩擦表面粗糙度值??；運(yùn)動(dòng)速度高、單位面積壓力大的摩擦表面，表面粗糙度值應(yīng)??；③承受交變動(dòng)載荷的零件表面以及易引起應(yīng)力集中的部位（圓角、溝槽處），表面粗糙度值應(yīng)??；④配合性質(zhì)要求穩(wěn)定的較小間隙的配合表面和承受重載荷作用的過盈配合表面，都應(yīng)有選用較小的表面粗糙度值；⑤配合性質(zhì)相同，零件尺寸越小時(shí)，表面粗糙度值越??；同一公差等級(jí)，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙度值要??；⑥配合零件的表面粗糙度值應(yīng)與尺寸及形狀公差相協(xié)調(diào)。通常尺寸和形狀公差值小時(shí)表面粗糙度值也?。怀叽绻钶^大的表面，其表面粗糙度值不一定也很大。

C.選取粗糙度評(píng)定參數(shù)數(shù)值的一般原則※※※D.類比法選用表面粗糙度值在工程實(shí)際中，表面粗糙度和功能的關(guān)系十分復(fù)雜。一般尺寸公差、形狀公差小時(shí)，表面粗糙度參數(shù)值也小，但不存在確定的函數(shù)關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)可采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料，用類比法來選用。參見表5-2-6。一般情況下，它們之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)形狀公差為T，尺寸公差為IT，它們之間的關(guān)系可參照以下對(duì)應(yīng)關(guān)系：若T≈0.6IT，則Ra≤0.05IT；Rz≤0.2ITT≈0.4IT，則Ra≤0.025IT；Rz≤0.1ITT≈0.25IT，則Ra≤0.012IT；Rz≤0.05ITT＜0.25IT，則Ra≤0.15T；Rz≤0.6T

任務(wù)5.3表面粗糙度的表示及注法

表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值確定后，還應(yīng)按GB/T131-1993《機(jī)械制圖表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及其注法》的規(guī)定把表面粗糙度要求正確地標(biāo)注在零件圖上。5.3.1表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及其注法1）標(biāo)注表面粗糙度的圖形符號(hào)在零件圖上表示表面粗糙度的符號(hào)如下圖（見表5-3-1）所示：

※

2）

表面粗糙度的代號(hào)及其注法：

在表面粗糙度符號(hào)周圍，要求標(biāo)注有關(guān)參數(shù)、加工要求和其他說明等。由表面粗糙度符號(hào)和這些數(shù)值、規(guī)定等共同組成表面粗糙度的代號(hào)。表面粗糙度的代號(hào)標(biāo)注方法如下：

a——標(biāo)注表面粗糙度幅度參數(shù)值（單位為μm

）。

b——標(biāo)注表面的最后一道工序的加工方法,渡涂或其他的表面處理方法。

c——標(biāo)注取樣長(zhǎng)度（單位為mm）

d——標(biāo)注加工紋理方向

e——標(biāo)注加工余量（單位為mm）

f——標(biāo)注表面粗糙度間距參數(shù)值（mm）或輪廓的支承長(zhǎng)度率（1）.表面粗糙度幅度參數(shù)的標(biāo)注①表面粗糙度幅度參數(shù)是基本參數(shù)，采用Ra時(shí)，只標(biāo)注Ra的數(shù)值；采用Rz

時(shí)，除標(biāo)注其數(shù)值外，還要在該數(shù)值前注出Rz

。②當(dāng)允許在表面粗糙度參數(shù)的所有實(shí)測(cè)值中超過規(guī)定值的個(gè)數(shù)少于總數(shù)的16%時(shí)，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其上限值或下限值——“16%規(guī)則”。③當(dāng)要求在表面粗糙度參數(shù)的所有實(shí)測(cè)值中不得超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其最大值或最小值。

（2）.表面粗糙度附加參數(shù)的標(biāo)注

表面粗糙度的間距參數(shù)和混合特性參數(shù)為附加參數(shù)，幅度參數(shù)未標(biāo)注時(shí)，附加參數(shù)不能單獨(dú)標(biāo)注。若需要標(biāo)注附加參數(shù)時(shí)，應(yīng)在表面粗糙度的代號(hào)中的f位置標(biāo)注，數(shù)值寫在相應(yīng)的參數(shù)代號(hào)后面。如：

（3）.表面粗糙度其它項(xiàng)目的標(biāo)注①C位置——取樣長(zhǎng)度的標(biāo)注若按標(biāo)準(zhǔn)選用的取樣長(zhǎng)度，可以省略，否則應(yīng)按下圖（a）方法標(biāo)注。②b位置——加工要求的標(biāo)注如果某表面的表面粗糙度要求由指定的加工方法（如拋光、銑削等）獲得，可以用文字標(biāo)注，如下圖（b）。③e位置——加工余量的標(biāo)注按下圖（c）方法標(biāo)注④

d位置——加工紋理方向的標(biāo)注

如果需要控制零件表面的加工紋理方向，可按右圖（d）方法標(biāo)注。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了加工紋理方向的符號(hào)（下圖）。（4）.表面粗糙度的圖樣標(biāo)注在零件圖上標(biāo)注表面粗糙度代號(hào)時(shí)，代號(hào)的尖端應(yīng)指向可見輪廓線、尺寸線、尺寸界限或它們的延長(zhǎng)線上，并且必須從材料外指向零件的表面。(c)

中心孔、圓角、倒角的表面粗糙度標(biāo)注示例

任務(wù)5.4了解表面粗糙度的檢測(cè)不要將表面缺陷包括進(jìn)去（劃痕、氣孔等），注明了測(cè)量