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表面粗糙度及其檢測,成都紡織高等?？茖W(xué)校機(jī)械系劉建新,表面粗糙度及其檢測,1概述2表面粗糙度的評定3表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注4表面粗糙度的選擇5表面粗糙度的檢測,第一節(jié)概述,經(jīng)過加工所獲得的零件表面，總會存在幾何形狀誤差。幾何形狀誤差分為宏觀幾何形狀誤差(形位公差)、表面波紋度(波度)和微觀幾何形狀誤差(表面粗糙度)三類。目前，通常是按波距的大小來劃分的。波距小于1mm的屬于表面粗糙度，波距在1~10mm的屬于表面波度，波距大于10mm的屬于形狀誤差。,第一節(jié)概述,表面粗糙度(Roughness)是表征零件表面在加工后形成的由較小間距的峰谷組成的微觀幾何形狀特性的。表面粗糙度越小，則表面越光滑。,第一節(jié)概述,表面粗糙度參數(shù)值的大小對零件的使用性能和壽命有直接影響:對摩擦和磨損的影響：表面粗糙度大---磨損大---壽命低對配合性質(zhì)的影響：表面粗糙度影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性對疲勞強(qiáng)度的影響：表面越粗糙，疲勞強(qiáng)度越低對接觸剛度的影響：表面越粗糙，接觸剛度越低對耐腐蝕性能的影響：粗糙的表面易造成表面銹蝕,第二節(jié)表面粗糙度的評定,在測量和評定表面粗糙度時，要確定取樣長度、評定長度、中線和評定參數(shù)。,2.1基本術(shù)語,1、取樣長度lr取樣長度是在測量表面粗糙度時所取的一段與輪廓總的走向一致的長度。規(guī)定和選擇這段長度是為了限制和減弱表面波紋度對表面粗糙度測量結(jié)果的影響，表面越粗糙，取樣長度應(yīng)越大。取樣長度范圍內(nèi)至少包含五個以上的輪廓峰和谷。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣長度lr見表。,2.1基本術(shù)語,2、評定長度ln評定長度是指評定表面粗糙度所需的一段長度，它可包括一個或幾個取樣長度。,2.1基本術(shù)語,2、評定長度ln由于被測表面上各處的表面粗糙度不一定很均勻，在一個取樣長度上往往不能合理地反映被測表面的粗糙度，所以需要在幾個取樣長度上分別測量，取其平均值作為測量結(jié)果，國家標(biāo)準(zhǔn)推薦ln=5lr。對均勻性好的表面，可選ln5lr。,2.1基本術(shù)語,3、中線中線是指用以評定表面粗糙度參數(shù)的給定的線。中線有以下兩種：（1）輪廓的最小二乘中線---是指具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準(zhǔn)線，在取樣長度內(nèi)，使輪廓線上各點的縱坐標(biāo)值Z(x)的平方和為最小。（2）輪廓的算術(shù)平均中線---是指具有幾何輪廓形狀，在取樣長度內(nèi)與輪廓走向一致并劃分實際輪廓為上下兩部分，且使上下兩部分的面積相等的基準(zhǔn)線。,2.1基本術(shù)語,3、中線最小二乘中線符合最小二乘原則，從理論上講是理想得基準(zhǔn)線，但在輪廓圖形上確定最小二乘中線的位置比較困難，而算術(shù)平均中線與最小二乘中線的差別很小，故通常用算術(shù)平均中線來代替最小二乘中線，用目測估計來確定輪廓的算術(shù)平均中線。當(dāng)輪廓很不規(guī)則時，算術(shù)平均中線不是唯一的中線。,2.2評定參數(shù),評定表面粗糙度的參數(shù)有幅度參數(shù)、間距參數(shù)、混合參數(shù)以及曲線和相關(guān)參數(shù)等。,2.2評定參數(shù),1、輪廓的幅度參數(shù)（1）輪廓的算術(shù)平均誤差Ra---在一個取樣長度內(nèi)，縱坐標(biāo)Z(x)絕對值的算術(shù)平均值。測得的Ra值越大，則表面越粗糙。Ra參數(shù)能充分反映表面微觀幾何形狀高度方面的特性，一般用電動輪廓儀進(jìn)行測量，因此是普遍采用的評定參數(shù)。,2.2評定參數(shù),1、輪廓的幅度參數(shù)（2）輪廓的最大高度Rz---在一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高Zp和最大輪廓谷深Zv之和的高度。Rz=Zp+Zv,2.2評定參數(shù),2、輪廓單元的平均寬度RSm輪廓單元是輪廓峰與輪廓谷的組合。輪廓單元的平均寬度是指在一個取樣長度內(nèi)，輪廓單元寬度Xs的平均值。RSm是評定輪廓的間距參數(shù)，其值愈小，表示輪廓表面愈細(xì)密，密封性愈好。,2.2評定參數(shù),3、輪廓的支承長度率Rmr(c)輪廓的支承長度率是指在給定水平位置c上的輪廓實體材料長度Ml(c)與評定長度的比率。,2.2評定參數(shù),3、輪廓的支承長度率Rmr(c)Rmr(c)值對應(yīng)于不同的c值，c值可用微米或c值與Rz值的百分比表示。Rmr(c)是評定輪廓的曲線和相關(guān)參數(shù)，當(dāng)c一定時，Rmr(c)值愈大，則支承能力和耐磨性更好。,2.3評定參數(shù)的數(shù)值規(guī)定,2.3評定參數(shù)的數(shù)值規(guī)定,2.3評定參數(shù)的數(shù)值規(guī)定,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,1、表面粗糙度符號,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,2、表面粗糙度的代號及其標(biāo)注,一般情況下，只注出表面粗糙度評定參數(shù)代號及其允許值即可。如對零件表面功能有特殊要求時，則還應(yīng)注出表面特征的其它規(guī)定，如取樣長度、加工紋理方向、加工方法等。,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例Ra只標(biāo)數(shù)值，本身符號不標(biāo)。Rz除標(biāo)數(shù)值外，還需在數(shù)值前標(biāo)出相應(yīng)的符號，在一個符號上可同時標(biāo)出兩個參數(shù)值。當(dāng)允許在表面粗糙度參數(shù)的所有實測值中超過規(guī)定值得個數(shù)少于總數(shù)的16%時，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注表面粗糙度參數(shù)的上限值或下限值。當(dāng)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(yīng)在圖樣上標(biāo)注表面粗糙度參數(shù)的最大值或最小值。,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例表面粗糙度在圖樣上的標(biāo)注方法如圖所示。表面粗糙度代號一般標(biāo)注于輪廓線處，但也可標(biāo)注于尺寸界線或其延長線上，符號的尖端應(yīng)從材料外指向被注表面。,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例圖(a)表示表面粗糙度代號在不同位置的表面上的標(biāo)注方法；圖(b)是表面粗糙度要求在圖樣上的標(biāo)注示例。當(dāng)零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求時，對其中使用最多的一種符號、代號可以統(tǒng)一注在圖樣的右上角，并加注“其余”兩字。,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例,零件上光滑過渡的各表面具有相同粗糙度要求時的注法,具有相同粗糙度要求的兩平面，用細(xì)實線相連時只注一次,,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例,螺紋的表面粗糙度代號注寫在尺寸線或尺寸引出線上,在指定長度上標(biāo)注表面粗糙度（如值0.8）,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例,齒輪輪齒的表面粗糙度代號注寫在分度線上,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例,鍵槽的表面粗糙度代號的注法,第三節(jié)表面粗糙度在圖樣中的標(biāo)注,3、標(biāo)注示例,表面經(jīng)特殊處理時表面粗糙度的代號的注法,第四節(jié)表面粗糙度的選擇,表面粗糙度的選擇主要包括評定參數(shù)的選擇和參數(shù)值的選擇。1、評定參數(shù)的選擇國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，輪廓的幅度參數(shù)(如Ra或Rz)是必須標(biāo)注的參數(shù)，而其它參數(shù)(如RSm、Rmr(c))是附加參數(shù)。一般情況下選擇Ra或Rz就可以滿足要求。1）對有特殊要求的少數(shù)零件的重要表面（如要求噴涂均勻、涂層有較好的附著性和光澤表面）需要控制RSm數(shù)值。2）對于有較高支撐剛度和耐磨性的表面，應(yīng)規(guī)定Rmr(c)參數(shù)。,第四節(jié)表面粗糙度的選擇,如無特殊要求，一般僅選用幅度參數(shù)1）在Ra=0.025～6.3μｍ范圍內(nèi)，優(yōu)先選用Ra。表面過于粗糙或太光滑時，多采用Rz。2）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，需選Rz。,第四節(jié)表面粗糙度的選擇,2、評定參數(shù)值的選擇表面粗糙度評定參數(shù)值的選擇，不但與零件的使用性能有關(guān)，還與零件的制造及經(jīng)濟(jì)性有關(guān)。選用的原則：在滿足零件表面功能的前提下，評定參數(shù)的允許值盡可能大（除Rmr(c)外），以減小加工困難，降低生產(chǎn)成本。,第四節(jié)表面粗糙度的選擇,2、評定參數(shù)值的選擇表面粗糙度參數(shù)值的選擇通常采用類比法。具體選擇時應(yīng)注意以下幾點：（1）在同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度值小。（2）摩擦表面比非摩擦表面、滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的表面粗糙度值小。（3）運動速度高、單位面積壓力大、受交變載荷的零件表面，以及最易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位（如溝槽、園角、臺肩等），表面粗糙度值均應(yīng)小些。,第四節(jié)表面粗糙度的選擇,2、評定參數(shù)值的選擇（4）配合要求高的表面，表面粗糙度值應(yīng)小些。（5）對防腐性能、密封性能要求高的表面，表面粗糙度值應(yīng)小些。（6）配合零件表面的粗糙度與尺寸公差、形位公差應(yīng)協(xié)調(diào)。一般應(yīng)符合：尺寸公差>形位公差＞表面粗糙度；軸的粗糙度值小于孔。（7）還需考慮其他一些因素和要求。,第五節(jié)表面粗糙度的檢測,常用的表面粗糙度的檢測方法：比較法光切法干涉法針描法,第五節(jié)表面粗糙度的檢測,1、比較法將被測表面與粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣板相比較,通過視覺,觸感或其它方法進(jìn)行比較后,對被測表面的粗糙度作出評定的方法。用比較法評定表面粗糙度雖然不能精確地得出被測表面的粗糙度的數(shù)值，但由于器具簡單，使用方便且能滿足一般生產(chǎn)要求，故常用于生產(chǎn)現(xiàn)場。,第五節(jié)表面粗糙度的檢測,1、比較法,第五節(jié)表面粗糙度的檢測,2、光切法利用“光切原理”測量表面粗糙度的方法.光切顯微鏡又稱雙管顯微鏡。光切法一般用于測量表面粗糙度的RZ參數(shù)，參數(shù)的測量范圍依儀器的型號不同而有所差異。,第五節(jié)表面粗糙度的檢測,3、干涉法利用光波干涉原理來測量表面粗糙度的方法.主要用于測量表面粗糙度的Rz值,可以測到較小的參數(shù)值,通常測量范圍0.03—1μm。常用的測量儀器是干涉顯微鏡。,Rz連續(xù)變焦體視顯微鏡,第五節(jié)表面粗糙度的檢測,4、針描法觸針法又稱感觸法，實驗室是利用金剛石針尖與被測表面相接觸，當(dāng)針尖以一定的速度沿著被測表面移動時，被測量表面的微觀不平將使指針在垂直于表面輪廓方向產(chǎn)生上下移動，將這種上下移動轉(zhuǎn)換為電量并加以處理。人們可對記錄裝置記錄得到的實際輪廓圖進(jìn)行分析計算，或直接從儀器的指示儀表中獲得參數(shù)值。采用針描法測量表面粗糙度的儀器叫電動輪廓儀，它可以直接指示值Ra，也可經(jīng)放大器記錄出圖形，作為Rz等多種參數(shù)的評定依據(jù)。,