第五章：表面粗糙度

第五章表面粗糙度

第一節(jié)概述

第二節(jié)表面粗糙度的評(píng)定

第四節(jié)表面粗糙度的選擇

第五節(jié)表面粗糙度的測(cè)量

第三節(jié)表面粗糙度的符號(hào)、代號(hào)及其標(biāo)注第一節(jié)概述

被加工表面留下微小的凸凹不平痕跡微小峰谷的高低及細(xì)密程度所構(gòu)成的微觀幾何形狀特性稱為表面粗糙度一般包括表面粗糙度、表面波（紋）度和形狀誤差，三者通常按波距（間距）來(lái)劃分:①波距小于1mm的屬于表面粗糙度（微觀幾何形狀誤差）②波距在1～10mm的屬于表面波（紋）度（中間幾何形狀誤差）③波距大于10mm的屬于形狀誤差（宏觀幾何形狀誤差）

零件表面幾何形狀誤差及其組成成份完工零件實(shí)際表面輪廓表面粗糙度輪廓波紋度輪廓宏觀形狀輪廓λ實(shí)際表面輪廓波距GB/T3505—2009表面粗糙度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語(yǔ)、定義及參數(shù)GB/T1031-2009表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值GB/T131-2006機(jī)械制圖表面粗糙度符號(hào)代號(hào)及其標(biāo)注……表面粗糙度的影響1.對(duì)耐磨性的影響

表面越粗糙，零件耐磨性越差。2.對(duì)配合性質(zhì)的影響表面越粗糙，配合性質(zhì)的穩(wěn)定性越差。Ra磨損量3.對(duì)抗疲勞強(qiáng)度的影響

表面越粗糙，疲勞強(qiáng)度越差。4.對(duì)接觸剛度的影響表面越粗糙，實(shí)際接觸面積越小，接觸剛度越差。5.對(duì)抗腐蝕性能的影響

表面越粗糙，抗腐蝕性能越差。表面粗糙度大小對(duì)零件的密封性、測(cè)量精度、噴涂質(zhì)量、外形美觀、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能及表面反射能力等均有影響。GB/T3505-2009規(guī)定的與評(píng)定表面粗糙度有關(guān)的部分術(shù)語(yǔ)和定義。

部分術(shù)語(yǔ)輪廓濾波器坐標(biāo)系表面輪廓原始輪廓粗糙度輪廓取樣長(zhǎng)度評(píng)定長(zhǎng)度中線輪廓峰、輪廓谷高度和間距辨別力輪廓單元縱坐標(biāo)值第二節(jié)表面粗糙度的評(píng)定

一、有關(guān)術(shù)語(yǔ)及其定義

1．輪廓濾波器（porfilefilter）把輪廓分成長(zhǎng)波和短波成分的濾波器。（1）入s濾波器

確定存在于表面上的粗糙度與比它更短的波的成分之間相交界限的濾波器。

（2）入c濾波器

確定粗糙度與波紋度成分之間相交界限的濾波器。（3）入f濾波器

確定存在于表面上的波紋度與比它更長(zhǎng)的波的成分之間相交界限的濾波器。

把輪廓分成長(zhǎng)波和短波的濾波器。因?yàn)樵驾喞写植诙容喞?、波紋度輪廓和波長(zhǎng)更長(zhǎng)的表面形狀誤差輪廓輪廓濾波器（profilefilter）λs濾波器（λsprofilefilter）λc濾波器（λcprofilefilter）λf濾波器（λfprofilefilter）確定存在于表面上的粗糙度與比它更短的波的成分之間相交界限的濾波器。

確定存在于表面上的粗糙度與比它更短的波的成分之間相交界限的濾波器。確定存在于表面上的波紋度與比它更長(zhǎng)的波的成分之間相交界限的濾波器。粗糙度和波紋度輪廓的傳輸特性波長(zhǎng)λcλs傳輸系數(shù)/%波紋度輪廓粗糙度輪廓50100λf2

表面輪廓（surfaceprofile）平面與實(shí)際表面相交所得的輪廓。

3

原始輪廓（primaryprofile）在應(yīng)用短波長(zhǎng)濾波器入s之后的總的輪廓

4

粗糙度輪廓（roughnessprofile）是對(duì)原始輪廓采用入c濾波器抑制長(zhǎng)波成分后形成的輪廓。這是故意修正的輪廓。5．取樣長(zhǎng)度lr(samplinglength)用于判別被評(píng)定輪廓不規(guī)則特征的X軸向（與中線方向一致）上的長(zhǎng)度。

是測(cè)量或評(píng)定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。一般應(yīng)至少包含5個(gè)微峰和5個(gè)微谷。中線lnlrlrlrlrlr取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度

6．評(píng)定長(zhǎng)度ln（evaluationlength）用于判別評(píng)定輪廓的x軸方向上的長(zhǎng)度。評(píng)定長(zhǎng)度應(yīng)包括一個(gè)或幾個(gè)取樣長(zhǎng)度。

為充分合理地反映整個(gè)表面的粗糙度特性，必須在多個(gè)取樣長(zhǎng)度上分別進(jìn)行測(cè)量，并取各測(cè)得值的算術(shù)平均值。一般取標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定長(zhǎng)度ln＝5lr。若被測(cè)表面比較均勻，可選ln＜5lr；若均勻性差，可選ln＞5lr。取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度數(shù)值

7．中線(Meanlines)具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準(zhǔn)線。粗糙度輪廓中線:用輪廓濾波器λc抑制了長(zhǎng)波輪廓成分相對(duì)應(yīng)的中線。(1）輪廓最小二乘中線:在取樣長(zhǎng)度內(nèi),使輪廓線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)值的平方和為最小的基準(zhǔn)。

（2）輪廓算術(shù)平均中線:

在取樣長(zhǎng)度范圍內(nèi),與輪廓走向一致，劃分實(shí)際輪廓為上、下兩部分，且使上部分面積之和等于下部分面積之和的基準(zhǔn)線。

二、評(píng)定參數(shù)分為幅值參數(shù)、間距參數(shù)、混合參數(shù)以及曲線和相關(guān)參數(shù)

1．輪廓的幅度參數(shù)(1)輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

(2)輪廓的最大高度Rz在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，最大輪廓峰高Rp和最大輪廓谷深Rv之和的高度。Rz=Rp+Rv輪廓峰是指連接兩相鄰交點(diǎn)向外的輪廓輪廓谷是指連接兩相鄰交點(diǎn)向內(nèi)的輪廓2．輪廓單元的平均寬度RSm（間距參數(shù)）

輪廓單元是輪廓峰與輪廓谷的組合。指在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓單元寬度xs的平均值：

3．輪廓的支承長(zhǎng)度率Rmr(c)在給定水平位置C上的輪廓實(shí)體材料長(zhǎng)度Ml(c)與評(píng)定長(zhǎng)度的比率

Ml(c)＝Ml1＋Ml2＋…＋Mln

★C值可用微米或C值與Rz值的百分比表示。

★輪廓的算術(shù)平均偏差Ra和輪廓的最大高度Rz是標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定必須標(biāo)注的參數(shù)，應(yīng)優(yōu)先選用Ra，當(dāng)除有高度要求外，還有密封性和耐磨性要求時(shí)還需選附加參數(shù)Rsm或Rmr(c)。疏密程度不同時(shí)，則密封性不同波峰處的尖銳度不同，則支承能力和耐磨性程度不同。

高度參數(shù)相近、疏密度不同，密封性不同高度參數(shù)相同、尖銳度不同耐磨性不同三、表面粗糙度評(píng)定參數(shù)的數(shù)值規(guī)定Ra的數(shù)值Rz的數(shù)值（μｍ）（μｍ）Rsm的數(shù)值Rmr(c)的數(shù)值(%)lr和ln（μｍ）

第三節(jié)表面結(jié)構(gòu)要求的圖形符號(hào)及標(biāo)注1．表面結(jié)構(gòu)要求的圖形符號(hào)a和b—注寫(xiě)兩個(gè)或多個(gè)表面結(jié)構(gòu)要求c—注寫(xiě)加工方法（車、磨、鍍等）d—注寫(xiě)表面紋理和方向（=、X、M）等e—注寫(xiě)加工余量（mm）a—注寫(xiě)表面結(jié)構(gòu)的單一要求標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)參數(shù)代號(hào)、極限值和傳輸帶或取樣長(zhǎng)度，為避免誤解，傳輸帶或取樣長(zhǎng)度后應(yīng)有一斜線，之后是表面結(jié)構(gòu)參數(shù)代號(hào)，最后是數(shù)值，在參數(shù)代號(hào)和極限值之間應(yīng)留空格。傳輸帶式兩個(gè)定義的濾波器之間的波長(zhǎng)范圍2．表面結(jié)構(gòu)要求的完整圖形符號(hào)3、表面結(jié)構(gòu)要求標(biāo)注示例

1）標(biāo)注極限值中的一個(gè)數(shù)值且默認(rèn)為上限值

2）同時(shí)標(biāo)注上、下限值

3）標(biāo)注傳輸帶時(shí)的標(biāo)注

傳輸帶（mm）標(biāo)注在幅度參數(shù)符號(hào)的前面，并用斜線“/”隔開(kāi)。

4）需指定評(píng)定長(zhǎng)度時(shí)的標(biāo)注

應(yīng)在幅度參數(shù)符號(hào)的后面注寫(xiě)取樣長(zhǎng)度的個(gè)數(shù)5）采用極限值判斷規(guī)則時(shí)的標(biāo)注

6）附加評(píng)定參數(shù)和加工方法的標(biāo)注

若采用16%規(guī)則（是默認(rèn)規(guī)則），則圖樣上不需注出（見(jiàn)上幾例）。而若采用最大規(guī)則，則應(yīng)在幅度參數(shù)符號(hào)Ra或Rz之后標(biāo)注一個(gè)“max”符號(hào)說(shuō)明示意圖符號(hào)說(shuō)明示意圖=紋理平行于標(biāo)注代號(hào)的視圖的投影面C紋理呈近似同心圓⊥紋理垂直于標(biāo)注代號(hào)的視圖的投影面R紋理呈近似放射形╳紋理呈兩相交的方向P紋理無(wú)方向或呈凸起的細(xì)粒狀M紋理呈多方向加工紋理方向符號(hào)若表中所列符號(hào)不能清楚地表明所要求的紋理方向，應(yīng)在圖樣上用文字說(shuō)明

7）需注寫(xiě)加工余量和加工紋理方向時(shí)的標(biāo)注

┴

第四節(jié)表面粗糙度的選擇

既要滿足零件表面的使用要求，也要考慮經(jīng)濟(jì)合理性，是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。一、評(píng)定參數(shù)項(xiàng)目的選擇首先應(yīng)考慮對(duì)零件使用功能的要求,其次應(yīng)考慮檢測(cè)的方便性及儀器設(shè)備條件等因素。

在高度評(píng)定參數(shù)中，Ra參數(shù)最常用，因?yàn)樗从齿喞畔⒆疃?，能較完整、全面地表達(dá)零件表面微觀幾何特征。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦：在常用數(shù)值（Ra0.025～6.3μm，Rz0.1～25μm）內(nèi)，應(yīng)優(yōu)先選用Ra參數(shù)。Ra參數(shù)通常采用電動(dòng)輪廓儀用針描法測(cè)量。

Rz也是一個(gè)常用的基本評(píng)定參數(shù)。該參數(shù)直觀易測(cè)，用一般光學(xué)儀器，如雙管顯微鏡、干涉顯微鏡等，即可測(cè)得。但該參數(shù)通常反映輪廓的表面信息有限，不如Ra參數(shù)全面。

當(dāng)不足一個(gè)取樣長(zhǎng)度，選用Rz；當(dāng)有更多的功能要求時(shí)，應(yīng)加選附加評(píng)定參數(shù)。

一般情況下，選用基本評(píng)定參數(shù)Ra或Rz控制表面粗糙程度即可滿足要求。但當(dāng)某些關(guān)鍵的主要表面有更多的功能要求時(shí)，如涂鍍性、抗腐蝕性、減小流體流動(dòng)摩擦阻力（如車身迎風(fēng)面）等，就需要加選Rsm來(lái)控制間距的細(xì)密度。對(duì)表面耐磨性有較高要求時(shí)（如軸瓦、軸承、量具等）需要加選Rmr(c)來(lái)進(jìn)一步控制加工表面的特征質(zhì)量。二、Ra參數(shù)允許值的選擇1）在同一零件上，工作表面的Ra要求應(yīng)高于非工作表面。2）摩擦表面Ra高于非摩擦表面，且滾動(dòng)摩擦Ra高于滑動(dòng)磨擦表面。3）運(yùn)動(dòng)速度愈高Ra要求愈高。4）承受交變載荷的表面及容易引起應(yīng)力集中部分，Ra要求較高。5）配合性質(zhì)的穩(wěn)定性要求較高，其Ra也應(yīng)較高。6）小尺寸結(jié)合面比大尺寸結(jié)合面要求高；軸比孔的Ra要求高。形狀公差T與尺寸公差I(lǐng)T的關(guān)系Ra與IT的關(guān)系T≈60％ITRa≤0.05ITT≈50％ITRa≤0.04ITT≈40％ITRa≤0.025ITT≈25％ITRa≤0.12ITT＜25％ITRa≤0.15IT7）尺寸公差、形狀公差與表面粗糙度之間的協(xié)調(diào)：

第五節(jié)表面粗糙度的測(cè)量

比較法：比較樣塊光切法：光切（雙管）顯微鏡干涉法：干涉顯微鏡針描法：電動(dòng)輪廓儀印模法：以上四種均可5.1表面粗糙度的測(cè)量1.與表面粗糙度樣板比較測(cè)量

表面粗糙度比較樣塊是用比較法檢查零件表面粗糙度的一種量具，應(yīng)用廣泛。用此法雖不能精確地得出被測(cè)表面的粗糙度值，但因器具簡(jiǎn)單，使用方便，能滿足一般的生產(chǎn)需要，適宜在生產(chǎn)車間中使用，用于粗糙度值Ra或Rz較大的場(chǎng)合。其評(píng)定的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)。表面粗糙度樣塊干涉顯微鏡電動(dòng)輪廓儀光切顯微鏡2.在選定截面內(nèi)，測(cè)量表面粗糙度主要儀器這類方法能夠直接測(cè)出表面粗糙度參數(shù)的數(shù)值，應(yīng)用較廣泛。光切法測(cè)量原理光切顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)3.間接評(píng)定法

利用被測(cè)表面的某種物理特性，來(lái)間接評(píng)定。如氣動(dòng)法、反射法、電容法。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快，但不能直接測(cè)出表面粗糙度參數(shù)數(shù)值，且要求測(cè)量頭與被測(cè)表面形狀、大小相似，這就需配備大量的測(cè)量頭，因此只適用于大批大量的生產(chǎn)中，應(yīng)用不廣泛。4.用印模法測(cè)量主要用于大型零件和某些內(nèi)表面的表面粗糙度測(cè)量。5、針描法

又稱感觸法，是一種接觸式測(cè)量表面粗糙度的方法。它是利用儀器的很尖的金剛石測(cè)針與被測(cè)表面相接觸，當(dāng)測(cè)針以一定速度沿著被測(cè)表面移動(dòng)時(shí)，被測(cè)表面的微觀不平將使測(cè)針在垂直于表面輪廓方向上作上下移動(dòng)，將測(cè)針的位移參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量并加以放大和處理，就可對(duì)記錄裝置記錄得到的實(shí)際輪廓圖進(jìn)行分析計(jì)算，或直接從儀器的指示表中獲得被測(cè)表面粗糙度的有關(guān)數(shù)據(jù)。目前普遍采用的電動(dòng)輪廓儀就屬于此類儀器。它可以直接讀出Ra值，也可以經(jīng)放大器記錄圖形，作為Rz等多種參數(shù)的評(píng)定依據(jù)，并能在車間現(xiàn)場(chǎng)使用。因此，針描法得到了廣泛的應(yīng)用。課堂討論：圖例解析傳輸帶為0.008-0.8mm；評(píng)定長(zhǎng)度為5個(gè)取樣長(zhǎng)度（默認(rèn)），“最大規(guī)則”，單向上限值。上限值：Ra為3.2μｍ，評(píng)定長(zhǎng)度為5個(gè)取樣長(zhǎng)度（默認(rèn)），“最大規(guī)則”；下限值：Ra為0.8μｍ，評(píng)定長(zhǎng)度為5個(gè)取樣長(zhǎng)度（默認(rèn)）；兩極限值均使用默認(rèn)傳輸帶。單向上限值，λs=0.008mm，無(wú)長(zhǎng)波濾波器，P輪廓，輪廓總高為25μｍ，評(píng)定長(zhǎng)度等于工件長(zhǎng)度（默認(rèn)），最大規(guī)則”Ra為1.6μｍ，“16%規(guī)則”，默認(rèn)傳輸帶和評(píng)定長(zhǎng)度；Rz的最大值為6.3μｍ，傳輸帶為2.5μｍ，默認(rèn)評(píng)定長(zhǎng)度，“最大規(guī)則”；表面紋理垂直于視圖的投影面；磨削加工方法基本規(guī)定應(yīng)用示例（新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照）新標(biāo)準(zhǔn)（GB/T131-2006）舊標(biāo)準(zhǔn)（GB/T131-1993）（1）表面結(jié)構(gòu)參數(shù)的符號(hào)在任何情況下都不允許省略；（2）表面結(jié)構(gòu)參數(shù)的符號(hào)應(yīng)為大小寫(xiě)斜體而非下標(biāo)，且符號(hào)與值之間應(yīng)加空格；（3）取樣長(zhǎng)度與參數(shù)代號(hào)之間用“

/”分開(kāi);基本規(guī)定應(yīng)用示例（4）加工方法和表面處理要求應(yīng)標(biāo)在長(zhǎng)線上方；（5）傳輸帶包括濾波器截止波長(zhǎng)，短波濾波器在前，長(zhǎng)波濾波器在后，中間用“—”分開(kāi)；（6）評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)的取樣長(zhǎng)度個(gè)數(shù)不等于5時(shí)，應(yīng)在相應(yīng)參數(shù)代號(hào)后注出其個(gè)數(shù)。銑削，表面紋理呈同心圓且圓心與表面中心相交，在不誤解情況下U和L可省銅件，鍍鎳、鉻，對(duì)封閉輪廓所有表面有效3個(gè)取樣長(zhǎng)度短、長(zhǎng)濾波器分別為0.8μ和25μ,WZ為波紋度參數(shù)，評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)包含3個(gè)取樣長(zhǎng)度基本規(guī)定應(yīng)用示例新標(biāo)準(zhǔn)（GB/T131-2006）舊標(biāo)準(zhǔn)（GB/T131-1993）（1）表面結(jié)構(gòu)符（代）號(hào)一般標(biāo)注在可見(jiàn)輪廓線、尺寸界線、引出線或其延長(zhǎng)線上，符號(hào)的尖端必須從材料外指向并接觸表面；（2）表面結(jié)構(gòu)的注寫(xiě)和讀取方向與同位置的尺寸一致，必要時(shí)表面結(jié)構(gòu)符號(hào)也可用帶箭頭或黑點(diǎn)的指引線引出標(biāo)注；（3）表示封閉輪廓各表面有相同的表面結(jié)構(gòu)要求時(shí)，可在完整圖形符號(hào)上加一圓圈，標(biāo)注在圖樣上工件的封閉輪廓線上，而不是在圖形右上角統(tǒng)一標(biāo)注。在圖樣上的標(biāo)注示例加工余量的注法——所有表面均有3mm加工余量基本規(guī)定應(yīng)用示例新標(biāo)準(zhǔn)（GB/T131-2006）舊標(biāo)準(zhǔn)（GB/T131-1993）（4）在同一圖樣上，每一表面結(jié)構(gòu)要求的代號(hào)只標(biāo)注一次，并盡可能靠近有關(guān)尺寸線（5）機(jī)件上的連續(xù)表面及重復(fù)要素（孔、槽、齒等），其表面結(jié)構(gòu)代號(hào)只標(biāo)一次?；?/p>