單元5-表面粗糙度及檢測

單元五 表面粗糙度與檢測

任務5.1認識表面粗糙度任務5.2表面粗糙度參數(shù)值及選用任務5.3表面粗糙度的表示及標注任務5.4了解表面粗糙度的檢測任務5.1認識表面粗糙度

零件的表面粗糙度對零件的工作性能有重大影響。為了正確評定表面粗糙度和保證互換性，我國發(fā)布了GB/T3503-2000《表面粗糙度術語、定義及其參數(shù)》,GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》等國家標準。5.1.1表面粗糙度概述

無論是機械加工的零件表面，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。表面粗糙度對零件工作性能的影響：

1、對配合性質(zhì)的影響對間隙配合來說，表面粗糙則易磨損，使配合表面間的實際間隙逐漸增大；對過盈配合而言，表面粗糙會減小配合表面間的實際有效過盈，降低聯(lián)結強度，從而降低機器的工作精度。2、對零件運動表面的摩擦和磨損的影響表面越粗糙，則摩擦阻力就越大，兩個相對運動的表面峰頂間的實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系如下圖：

3、對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，可以增強其抗腐蝕的能力。

4、對零件抗疲勞強度的影響

零件表面越粗糙，則對應力集中越敏感，特別是在交變應力的作用下，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度。

5、對零件密封性的影響粗糙不平的兩個結合面，僅在局部點上接觸，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，表面粗糙度對接觸剛度、沖擊強度、零件的美觀及測量精度等也有很大的影響。因此，在零件的幾何精度設計中，對表面粗糙度提出合理要求是一項不可缺少的重要內(nèi)容。5.1.2表面粗糙度國家標準

1.基本術語和定義（1）表面輪廓

表面輪廓是指平面與實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。表面粗糙度的評定參數(shù)值已經(jīng)標準化，設計時應根據(jù)國家標準規(guī)定的參數(shù)值系列選取。國家標準GB1031—1995要求優(yōu)先選用基本系列值。

（3）.評定長度

（ln——修改書中圖5-1-4p126）

評定長度是指為了合理且較全面地反映整個表面的表面粗糙度特征，而在測量和評定表面粗糙度時所必需的一段長度，一般，評定長度ln=5lr

；若被測表面比較均勻，選ln

＜5lr

；若被測表面均勻性差，選ln

＞5lr

。(2).取樣長度（lr）

取樣長度是指測量或評定表面粗糙度時所規(guī)定的一段基準線的長度，一般應包含五個以上的輪廓峰和輪廓谷。取樣長度的方向與輪廓總的走向一致。表面越粗糙，取樣長度就應越大。

選擇取樣長度，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表面粗糙度測量結果的影響。

國家標準GB/T10610-1998《產(chǎn)品幾何技術規(guī)范表面結構輪廓法評定表面結構的規(guī)則和方法》規(guī)定：測量Ra

、Rz、Rsm

值的取樣長度lr與評定長度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（也稱基準線）是指評定表面粗糙度參數(shù)值時所取的基準。GB3505-83《表面粗糙度術語表面及其參數(shù)》規(guī)定下面兩種中線作為基準線：①輪廓最小二乘中線

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

輪廓算術平均中線指具有理想直線形狀并在取樣長度內(nèi)與輪廓走向一致的基準線，該基準線將輪廓劃分為上下兩部分，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.評定參數(shù)

表面粗糙度的評定參數(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輪廓算術平均偏差Ra

是指在取樣長度

lr

內(nèi)，被測輪廓上各點到基準線的距離Z(x)

的絕對值的算術平均值，用Ra表示，公式為：

②輪廓的最大高度Rz

是指在取樣長度lr內(nèi)，被測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

是標準規(guī)定必須標注的參數(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。（輪廓單元是指一個表面粗糙度輪廓峰和一個輪廓谷的組合。）用公式表示為：

式中Xsi——第i

個輪廓單元的寬度；

m——在取樣長度內(nèi)所含的輪廓單元的個數(shù)。輪廓單元寬度

3、混合參數(shù)（形狀參數(shù)）——附加參數(shù)

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

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

輪廓支承長度率Rmr（c）與零件的實際輪廓形狀有關，是反映零件表面耐磨性能的指標。Rmr（c）是隨著水平截距的大小而變化的，其關系曲線稱為支承長度率曲線，如左圖所示。對于不同的實際輪廓形狀，在相同的取樣長度內(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。支承長度率曲線任務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

評定表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標準化，設計時應按國標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，即參數(shù)值＜0.025或＞6.3μm時，選用Rz

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

主要在對涂漆性能有要求或沖壓成形時選用。

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合選用。（2）.粗糙度評定參數(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，應盡量選用較大的評定參數(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到的表面粗糙度。主要掌握：

B.從設計角度看對有裝配要求的配合表面、承載交變載荷的表面等，應選較小的表面粗糙度值；對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；滾動摩擦表面比滑動摩擦表面粗糙度值??；運動速度高、單位面積壓力大的摩擦表面，表面粗糙度值應??；③承受交變動載荷的零件表面以及易引起應力集中的部位（圓角、溝槽處），表面粗糙度值應??；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，表面粗糙度值越小；同一公差等級，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際中，表面粗糙度和功能的關系十分復雜。一般尺寸公差、形狀公差小時，表面粗糙度參數(shù)值也小，但不存在確定的函數(shù)關系。設計時可采用經(jīng)驗統(tǒng)計資料，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應關系，設形狀公差為T，尺寸公差為IT，它們之間的關系可參照以下對應關系：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5.3表面粗糙度的表示及注法

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

※

2）

表面粗糙度的代號及其注法：

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

a——標注表面粗糙度幅度參數(shù)值（單位為μm

）。

b——標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——標注取樣長度（單位為mm）

d——標注加工紋理方向

e——標注加工余量（單位為mm）

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

時，除標注其數(shù)值外，還要在該數(shù)值前注出Rz

。②當允許在表面粗糙度參數(shù)的所有實測值中超過規(guī)定值的個數(shù)少于總數(shù)的16%時，應在圖樣上標注其上限值或下限值——“16%規(guī)則”。③當要求在表面粗糙度參數(shù)的所有實測值中不得超過規(guī)定值時，應在圖樣上標注其最大值或最小值。

（2）.表面粗糙度附加參數(shù)的標注

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)未標注時，附加參數(shù)不能單獨標注。若需要標注附加參數(shù)時，應在表面粗糙度的代號中的f位置標注，數(shù)值寫在相應的參數(shù)代號后面。如：

（3）.表面粗糙度其它項目的標注①C位置——取樣長度的標注若按標準選用的取樣長度，可以省略，否則應按下圖（a）方法標注。②b位置——加工要求的標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，可以用文字標注，如下圖（b）。③e位置——加工余量的標注按下圖（c）方法標注④

d位置——加工紋理方向的標注

如果需要控制零件表面的加工紋理方向，可按右圖（d）方法標注。標準規(guī)定了加工紋理方向的符號（下圖）。（4）.表面粗糙度的圖樣標注在零件圖上標注表面粗糙度代號時，代號的尖端應指向可見輪廓線、尺寸線、尺寸界限或它們的延長線上，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注示例

任務5.4了解表面粗糙度的檢測不要將表面缺陷包括進去（劃痕、氣孔等），注明了測量