表面特征的控制與評定

關(guān)于表面特征的控制與評定學習要求目的：掌握表面粗糙度輪廓的評定參數(shù)和標注，為合理選用表面粗糙度輪廓打下基礎(chǔ)要求：從微觀幾何誤差的角度理解表面粗糙度輪廓的概念；了解表面粗糙度輪廓對機械零件使用性能的影響。理解規(guī)定取樣長度及評定長度的目的及中線的作用；掌握表面粗糙度輪廓的幅度參數(shù)及其檢測手段；了解表面粗糙度輪廓的間距特性參數(shù)；掌握表面粗糙度輪廓參數(shù)和參數(shù)值的選用原則和方法。熟練掌握表面粗糙度輪廓技術(shù)要求在零件圖上標注的方法。第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面特征的含義表面粗糙度:指由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，亦稱微觀不平度。產(chǎn)生原因:加工過程中在工件表面留下的刀痕，刀具和零件表面之間的摩擦，切屑分離時工件表面層的塑性變形，切削過程中的殘留物以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動等第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面特征的劃分按相鄰兩波峰或波谷之間的距離，即按波距的大小來考慮，或按波距與波幅（峰谷高度）的比值來劃分表面粗糙度：波距小于1mm，大體呈周期變化表面波紋度：波距在1～10mm之間，并呈周期性變化表面形狀誤差：波距在10mm以上，無明顯周期變化第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度表面波紋度表面形狀誤差λ實際表面輪廓

零件表面幾何形狀誤差及其組成成份第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度對機械零件使用性能的影響影響零件的耐磨性。影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。影響零件的疲勞強度。影響零件的抗腐蝕性。影響零件的密封性。對零件的外觀、測量精度、表面光學性能、導電導熱性能和膠合強度等也有著不同程度的影響。

第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度的評定

基本術(shù)語實際表面：物體與周圍介質(zhì)分離的表面。工件的實際表面是由粗糙度、波紋度及形狀誤差疊加而成的表面。第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天ISO4287:1997中的一般術(shù)語及定義中線：具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準線粗糙度輪廓中線：用λc濾波器抑制長波輪廓成分后所對應的中線波紋度輪廓中線：用λf濾波器抑制長波輪廓成分后所對應的中線原始輪廓中線：對原始輪廓進行最小二乘擬合，按標稱形狀所獲得的中線第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天基本術(shù)語取樣長度(lr)：用于判別被評定輪廓不規(guī)則特征的x軸方向的一段基準線長度,至少包含5個以上輪廓峰和輪廓谷。評定表面粗糙度的取樣是從表面輪廓上取得規(guī)定取樣長度的目的在于限制和減弱其他幾何形狀誤差，特別是表面波度對表面粗糙度測量結(jié)果影響。一般表面越粗糙，取樣長度就越大。第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天基本術(shù)語評定長度(ln)

：用于判別被評定輪廓的X軸方向上的長度。由于零件表面粗糙度不均勻，為了合理反映表面粗糙度特征，在測量和評定表面粗糙度時規(guī)定了一段最小長度，稱為評定長度(ln)。評定長度可包含一個或幾個取樣長度,一般情況下，取ln=5lr；若被測表面比較均勻，可選ln＜5lr

；若均勻性差，可選ln>5lr

。

規(guī)定評定長度，是由于加工表面有著不同程度的不均勻性，為充分合理地反映表面粗糙度特性而設立的第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天取樣長度和評定長度第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天基本術(shù)語中線:具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準線輪廓最小二乘中線：具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準線（中線），在取樣長度內(nèi)使輪廓上各點輪廓偏距（在測量方向上輪廓線上的點至基準線的距離）的平方和最小,第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天基本術(shù)語輪廓算術(shù)平均中線：在取樣長度內(nèi),劃分實際為為上、下兩部分，且使上下兩部分面積相等的線

，即：

F1+F2+…+Fn=F’1+F’2+…+F’m

規(guī)定算術(shù)平均中線是為了用圖解法近似地確定最小二乘中線第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天評定參數(shù):幅度參數(shù)（高度參數(shù)）輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

在一個取樣長度內(nèi)縱坐標值Z(x)絕對值的算術(shù)平均值，用Ra表示，即Ra值的大小能客觀地反映被測表面的微觀幾何特性，Ra值越小，說明被測表面微小峰谷的幅度越小，表面越光滑；反之，Ra越大，說明被測表面越粗糙。Ra值是用觸針式電感輪廓儀測得的，受觸針半徑和儀器測量原理的限制，不宜用作過于粗糙或太光滑表面的評定參數(shù)，僅適用于Ra值在0.025～6.3μm的表面。第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天幅度參數(shù)輪廓最大高度Rz：在取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。輪廓峰頂為取樣長度內(nèi)平行于基準線并通過輪廓最高點的線；輪廓谷底線為取樣長度內(nèi)平行于基準線并通過輪廓最低點的線Ra和Rz是標準規(guī)定必須標注的參數(shù)(只標其一),基本參數(shù)Rz=Zpmax＋Zvmax

第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天間距參數(shù)輪廓單元:某個輪廓峰與相鄰輪廓谷的組合輪廓單元寬度:在一個取樣長度內(nèi),中線與各個輪廓單元相交線段的長度Xsi輪廓單元的平均寬度:在一個取樣長度內(nèi)，輪廓單元寬度Xsi的平均值用Rsm表示，第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天混合參數(shù)(形狀參數(shù))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ln的比率用Rmr(c)表示，Rmr(c)=Ml(c)/ln輪廓的實體材料長度Ml(c):評定長度內(nèi),一平行于X軸的直線從峰頂線向下移動一水平截距c時,與輪廓相截所得的各段截線長度之和第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天評定參數(shù)高度（幅度）參數(shù)（Ra、Rz）是標準規(guī)定必須標注的參數(shù)（二者只需取其一），又稱為基本參數(shù)間距參數(shù)（RSm）與混合參數(shù)Rmr(c)，相對基本參數(shù)而言，稱為附加參數(shù)，它們是只有少數(shù)零件的重要表面有特殊使用要求時，才選用的附加評定參數(shù),附加參數(shù)不能單獨在圖樣上注出,只能作為幅度參數(shù)的輔助參數(shù)注出第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天5.3表面粗糙度的參數(shù)值及其選用表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標準化，設計時應按國家標準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。表5-2Ra的數(shù)值第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度的參數(shù)值表5-3Rz的數(shù)值表5-4Rsm的數(shù)值第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度的參數(shù)值表5-5Rmr(c)(％)的數(shù)值表5-6lr和ln的數(shù)值第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天幅度參數(shù)的選用幅度參數(shù)是標準規(guī)定的基本參數(shù)，可以獨立選用。對于有表面粗糙度要求的表面，必須選用一個幅度參數(shù)。對于幅度方向的表面粗糙度參數(shù)值在0.025～6.3μm的零件表面，標準推薦優(yōu)先選用Ra。這是因為Ra能夠比較全面地反映被測表面的微小峰谷特征，同時，上述范圍內(nèi)用電動輪廓儀能夠很方便地測出被測表面Ra的實際值。Rz通常用光學儀器——雙管顯微鏡或干涉顯微鏡測量。在表面粗糙度要求特別高或特別低(Ra＜0.025μm或Ra＞6.3μm＝時，選用Rz。Rz用于測量部位小、峰谷小或有疲勞強度要求的零件表面的評定。第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天間距參數(shù)的選用對附加評定參數(shù)Rsm和Rmr(c)，一般不能作為獨立參數(shù)選用，只有少數(shù)零件的重要表面有特殊使用要求時才附加選用。Rsm主要在對涂漆性能(如噴涂均勻，涂層有極好的附著性和光潔性等)有要求時選用。另外,要求沖壓成形后抗裂紋、抗振、抗腐蝕、減小流體流動摩擦阻力等情況下也可選用。例如，汽車外形薄鋼板除要控制幅度參數(shù)Ra(0.9～1.3μm)外，還需進一步控制Rsm(0.13～0.23μm)，主要作用是提高鋼板的可漆性。第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天混合參數(shù)的選用輪廓的支承長度率Rmr(c)主要在耐磨性、接觸剛度要求較高等場合附加選用。第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度參數(shù)值的選用一般來說，表面粗糙度值（評定參數(shù)值）越小，零件的工作性能越好，使用壽命也越長。表面粗糙度越小,加工成本越高選擇表面粗糙度參數(shù)值既要考慮零件的功能要求，又要考慮其制造成本。表面粗糙度參數(shù)值的選用原則為：首先，滿足零件的功能要求；其次，考慮經(jīng)濟性及工藝的可能性。第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天選擇表面粗糙度評定參數(shù)值的一般原則在滿足表面功能要求的情況下，盡可能選用較大的零件表面粗糙度參數(shù)值同一零件上，工作表面的表面粗糙度應比非工作表面要求嚴（Rmr(c)值大，其余評定參數(shù)都?。┠Σ帘砻姹确悄Σ帘砻娴谋砻娲植诙葏?shù)值要?。粷L動表面比滑動表面零件表面粗糙度參數(shù)值要??；高速運動，單位壓力大的摩擦表面粗糙度參數(shù)值較小受循環(huán)載荷的表面積及易引起應力集中的部分，零件表面粗糙度參數(shù)值較小配合性質(zhì)要求高的結(jié)合表面，間隙小的配合表面以及要求連接可靠、受重載荷的過盈配合表面等都應取較小的粗糙度參數(shù)值配合性質(zhì)相同，零件尺寸越小，則零件表面粗糙度參數(shù)值越?。煌痪鹊燃?，小尺寸比大尺寸，軸比孔零件表面粗糙度參數(shù)值要小第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天評定參數(shù)值的規(guī)定及取樣長度、評定長度的選用要點規(guī)定表面粗糙度輪廓要求時，必須給出表面粗糙度輪廓參數(shù)值和測量時的取樣長度值這兩項基本要求，必要時可規(guī)定輪廓其他的評定參數(shù)、表面加工紋理方向、加工方法或(和)加工余量等附加要求。如果采用標準取樣長度，則在圖樣上可以省略標注取樣長度值。表面粗糙度的評定不包括表面缺陷，如溝槽、氣孔和劃痕等Ra和Rz的參數(shù)值選用見表5.2和表5.3測量參數(shù)Ra和Rz時，標準推薦按表5.6選用相應的取樣長度l和評定長度ln輪廓單元的平均寬度RSm按表5.4選用輪廓的支撐長度率Rmr(c)的數(shù)值按表5.5選用第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天加工紋理符號為保證零件的功能要求，有時需對加工紋理作出規(guī)定。如對于密封表面，加工紋理需呈同心圓狀，對于相互移動的表面，加工紋理最好按一定方向呈直線狀第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

表面粗糙度輪廓技術(shù)要求在零件圖上標注的方法第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度的符號第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天a1，a2——粗糙度幅度參數(shù)代號及其數(shù)值（μm）；b——加工方法、鍍覆、涂覆、表面處理或其他說明等；c——取樣長度（mm）或波紋度（μm）；d——加工紋理符號；e——加工余量（mm）；f——粗糙度間距參數(shù)值（mm）或輪廓的支撐長度率(e)bc/fa1a2d

圖5-9表面粗糙度輪廓代號2．表面粗糙度的代號第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度幅度參數(shù)的標注表面粗糙度幅度參數(shù)是基本參數(shù)，Ra在代號中是標注在a1及a2位置，用數(shù)值表示，單位為微米（μm），參數(shù)值前省略標注參數(shù)代號Ra

。Rz也是標注在代號中的a1及a2位置，它的參數(shù)值前需標注出相應的參數(shù)代號Rz

。第33頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度輪廓幅度參數(shù)的標注第34頁,共44頁，2024年2月25日，星期天“上限值”或“下限值”是指表面粗糙度參數(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%“最大值”是指表面粗糙度參數(shù)的所有實測值不超過規(guī)定值第35頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度附加參數(shù)的標注GB/T131--93

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)，在幅度參數(shù)未標注時，附加參數(shù)不能單獨標注。若需要標注RSm值或Rmr(c)值時，應在表面粗糙度代號中的f位置標注，數(shù)值寫在相應的參數(shù)代號后面。第36頁,共44頁，2024年2月25日，星期天b)c)d)a)0.86.3銑3.23.2(5)3.2圖5-10表面粗糙度其它項目的標注12.512.53.23.23.2f其余2512.50.4M1.63.23.2ff圖5-11表面粗糙度代號標注示例符號、代號應標在可見輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長線上。符號的尖端必須從材料外指向表面。第37頁,共44頁，2024年2月25日，星期天表面粗糙度的測量比較法：將被測表面和表面粗糙度樣板直接進行比較，多用于車間，評定表面粗糙度值較大的工件。光切法：利用光切原理，用雙管顯微鏡測量。

常用于測量Rz為0.5～60μm。干涉法：利用光波干涉原理，用干涉顯微鏡測量。可測量Rz和Ry值。印模法：利用石臘、低熔點合金或其它印模材料，壓印在被測零件表面，放在顯微鏡下間接地測量被測表面的粗糙度。適用于笨重零件及內(nèi)表面。第38頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

小結(jié)

（1）表面粗糙度輪廓的概念（2）國家標準在評定表面粗糙度輪廓的參數(shù)時，規(guī)定了取樣長度lr、評定長度ln和中線。（3）表面粗糙度輪廓的評定參數(shù)有幅度參數(shù)（包括輪廓的算術(shù)平均偏差Ra輪廓的最大高度Rz）和間距特征參數(shù)（輪廓單元的平均寬度RSm）（4）通常只給出幅度參數(shù)Ra或Rz及允許值，必要時可規(guī)定輪廓其他的評定參數(shù)、表面加工紋理方向、加工方法或(和)加工余量等附加要求。如果采用標準取樣長度，則在圖樣上可以省略標注取樣長度值。（5）國家標準規(guī)定了表面粗糙度輪廓的標注方法，（6）表面粗糙度輪廓的檢測主要方法有比較檢驗法、針描法、光切法和干涉法。第39頁,共44頁，2024年2月25日，星期天本章重點:1.表面粗糙度的定義及其對機械零件使用性能的影響；2.取樣長度、評定長度和最小二乘中線的概念；3.表面粗糙度評定參數(shù)的名稱、代號及其在圖樣上的標注方法，必須要掌握基本參數(shù)的名稱、代號和標注方法；4.表面粗糙度的選用5.合理選擇與正確標注表面粗糙度參數(shù)及數(shù)值（重點中的重