第三章 表面粗糙度
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第三章 表面粗糙度. 表面粗糙度与微观表面质量 表面粗糙度国家标准介绍 表面粗糙度的选择与应用 表面粗糙度的测量. §3.1 表面粗糙度与微观表面质量. 1 、产生的原因及定义：. 由于切削过程中的： 刀痕 切屑分离时的塑性变形 刀具和被加工表面间的摩擦 工艺系统中的高频振动等。. 加工表面上留下的凸凹不平的痕迹，这些痕迹是由许多微小的凸峰和凹谷组成的， 其 微小峰谷的高低以及细密程度构成的微观几何形状特性称为表面粗糙度。. 2 、表面粗糙度、表面波纹度、形状误差的划分. (1) 波距小于 1mm ，属于微观几何形状误差 —— 表面粗糙度。
第三章 表面粗糙度
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第三章 表面粗糙度 表面粗糙度与微观表面质量 表面粗糙度国家标准介绍 表面粗糙度的选择与应用 表面粗糙度的测量
§3.1表面粗糙度与微观表面质量 1、产生的原因及定义： 由于切削过程中的： • 刀痕 • 切屑分离时的塑性变形 • 刀具和被加工表面间的摩擦 • 工艺系统中的高频振动等。 加工表面上留下的凸凹不平的痕迹，这些痕迹是由许多微小的凸峰和凹谷组成的，其微小峰谷的高低以及细密程度构成的微观几何形状特性称为表面粗糙度。
2、表面粗糙度、表面波纹度、形状误差的划分2、表面粗糙度、表面波纹度、形状误差的划分 (1)波距小于1mm，属于微观几何形状误差——表面粗糙度。 (2)波距10mm以上的且不呈明显周期性变化的——宏观的几何形状误差。 (3)波距介于1~10mm的并呈周期性变化的——表面波纹度
3、表面粗糙度对零件性能的影响 ⑴影响零件的耐磨性 ⑵影响零件配合性质 ⑶影响零件的疲劳强度 ⑷影响零件的接触刚度 ⑸影响零件的抗腐蚀性 零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合强度等
GB/T3505 -2000 GB/T1031-1995 GB/T131-1993 GB 3505-83 术语定义及参数 GB 1031-83 参数及其数值 GB 131-83 表面粗糙代号及其注法 GB1031-68 GB131-74 4、国家标准的演变 表面光洁度 1983年称表面粗糙度 GB6060.1-85 表面粗糙度比较样块 铸造表面； GB6060.2-85 表面粗糙度比较样块 磨、车、镗、铣、插及刨加工表面； GB 6060.3-86 表面粗糙度比较样块 电火花加工表面； GB 6060.4-87 表面粗糙度比较样块 抛光加工表面； BG6060.5-88 表面粗糙度比较样块 (喷)丸、喷砂加工表面； GB6061-85 轮廓法测量表面粗糙度的仪器-术语； GB6062-85 轮廓法触针式表面粗糙度测量仪—轮廓记录仪及中级制轮廓计； GB10610—89 触针式仪器测量表面粗糙度的规则和方法； GB/T12472—2003 木制件表面粗糙度参数及其数值
§3.2 表面粗糙度GB介绍 一、主要术语及定义 1.取样长度l • 定义： • 评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度，它在轮廓总的走向上量取。 • 作用： • 为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响 • 取法： 一般在一个取样长度内应包含５个以上的波峰和波谷。
2、评定长度ln 一、主要术语及定义（2） • 定义： 在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。 • 作用： • 反映加工表面的不均匀性。 • 取法： • 最小的评定长度等于取样长度；由5个连续取样长度构成的评定长度为标准的评定长度。
3、评定基准 一、术语及定义（3） 中线制(M制):GB及ISO推荐采用 包络线制(E制):适于非切削加工表面 • 轮廓中线m： 以轮廓中线为评定表面粗糙度数值的基准线。 中线位置的确定方法有两种： （1）轮廓最小二乘中线m：在取样长度内，使轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和为最小的线。即： （2）轮廓算术平均中线m ： 在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线 。即：F1+F3+…+F2n-1= F2+F4+…+F2n
一、主要术语及定义（4） 4、表面加工纹理
二、评定参数及定义 GB规定： 三个与轮廓幅度有关的参数(基本评定参数)： • 轮廓算术平均偏差Ra • 微观不平度十点高度Rz • 轮廓最大高度Ry • 二个与轮廓间距有关的参数： • 轮廓微观不平度平均间距Sm • 轮廓单峰平均间距S 一个与微观形状有关参数: • 轮廓支承长度率tp
1、微观不平度十点高度Ｒz （1）定义 在取样长度内，５个最大的轮廓峰高ypi平均值与5个最大轮廓谷深yvi平均值之和。即： 或
Rz Rz 1、微观不平度十点高度Ｒz • 特点 优点：简单、直观 缺点：不反映形状
2、轮廓算术平均偏差Ra 定义： 在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的算术平均值，即 或
Ry 3、轮廓最大高度Ｒy • 定义：在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。 Ry =︱ypmax︱+︱yvmax︱
4、轮廓微观不平度平均间距Sm 定义： • 在取样长度内，轮廓微观不平度的间距的Smi平均值。 • 所谓Smi是指一个轮廓峰和相邻的 轮廓谷在中线上的一段长度。
5、轮廓单峰平均间距S 定义： • 在取样长度内，轮廓单峰Si间距的平均值。 • 所谓Si是指两相邻单峰的最高点之间沿中线方向上的距离。
6、轮廓支承长度率tP 定义： • 在取样长度内，一平行于中线且与峰顶线相距为C的线与轮廓峰相截所得到的各段截线之和与取样长度之比。 • 计算式如下： ηp:轮廓支承长度
tp—轮廓的形状特性参数 Ra,Sm等是相同的,但对零件功能的影响?
总结： 高度方向的评定参数： • 轮廓算术平均偏差Ra • 微观不平度十点高度Rz • 轮廓最大高度Ry 间距参数： • 轮廓微观不平度平均间距Sm • 轮廓单峰平均间距S 形状特性参数： • 轮廓支承长度率tp
三、评定参数的数值规定及图样标注 1、评定参数的数值规定 GB规定的表面粗糙度评定参数允许值为见表3-1~表3-4： 表3-1 表3-2
1、评定参数的数值规定（续） 表3-4 选用tp时，必须同时给出轮廓水平截距C的数值。C值多用Ry百分数表示。 表3-5 取样长度、评定长度与评定参数的对应关系 若取样长度l按表3-5选定时，在图样上省略不标，否则应在图样上标注出取样长度。
2、表面粗糙度代号及标注 (1)、表面粗糙度的符号 （2）、Ra的标注 当选用Ra时，可省略代号Ra，只注出Ra值。
3.2 3.2max 3.2 3.2max 3.2 3.2max 3.2 1.6 3.2max 1.6min 2、表面粗糙度代号及标注（2） 表面粗糙度Ra的标注示例：
Ry3.2 Ry3.2max Rz6.3 Rz6.3max 3.2 Ry12.5 3.2max Ry12.5max Rz3.2max Rz1.6min Rz3.2 Rz1.6 2、表面粗糙度代号及标注（3） （3）Ry、Rz的标注 当选用Ry、Rz时，需在允许值前加注Ry、Rz。
2、表面粗糙度代号及标注（4） 根据零件表面的功能需要和表面粗糙度高度参数值的测量要求等，还可以对表面粗糙度的标注作出其它一些规定，包括l、S、Sm、tp、指定加工方法、加工纹理方向的控制和加工余量等。 （4）表面粗糙度的其它规定 α1、 α2表示粗糙度高度参数代号及数值μm。 b表示加工要求，镀涂或其它表面处理。 c表示取样长度（mm）或表面波纹度。 d表示加工纹理方向符号 e表示加工余量(mm). f表示粗糙度间距参数值(mm)或轮廓支承长度率。
两个或多个表面结构要求。 2、表面粗糙度代号及标注（5） • GB 131新修订版 单一表面结构要求的位置：表面结构参数符号，数字极限值和传输带/取样长度。 加工方法 加工余量 例1： 加工纹理和方向 图形法标注时： 例3： 例2：
3.2 3.2 3.2max 2、表面粗糙度代号及标注（6） • GB 131-1983与GB/T 131-1993标注的比较 GB 131-93：Ra 3.2μm为上限值 GB 131-83： Ra 3.2μm为最大允许值 GB 131-93：Ra 3.2μm为最大允许值 • GB 131-93规定： • 当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中，超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图中标注表面粗糙度参数的上限值或下限值； • 当要求在表面粗糙度参数所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值。
2、表面粗糙度代号及标注（7） 表面粗糙度标注方法示例 • 在同一图样上，每一表面一般只标注一次符号、代号。 • 表面粗糙度符号、代号一般注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。 • 符号的尖端必须从材料外指向表面 • 当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，统一注在图样的右上角，并加“其余”二字
§3.3表面粗糙度的选择与应用 一、评定参数的选择 二、参数允许值的确定 三、正确的图样标注
一、评定参数的选择 • 首先应考虑零件使用功能要求的侧重及各评定参数的特征，其次应考虑仪器设备条件等因素。 • 推荐优先选用Ra值，通常采用电动轮廓仪用针描法进行测量，其测量范围是0.025-6.3μm。 • Rz也是一个常用的基本评定参数，因为该参数直观易测，一般光学仪器：双管显微镜、干涉显微镜等即可测量。 • 对于某些不允许出现较大的加工痕迹的零件表面，以及对疲劳强度要求较高的表面，可以在选择大Ra或Rz的时，加选Ry 。 • 对于仪表、轴承行业中的小零件，难以取得规定的取样长度，选用Ry。 • 当某些关键零件的主要表面有更多的功能要求时,就需要选用Sm 、 S来控制微观不平度横向间距的细密度。在数值相同的情况下，对表面耐磨性有一定的要求时，需加选tp来进一步控制和保证加工表面的质量。
二、参数允许值的确定 表面粗糙度参数值的选择原则是：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值（tp值反之）。 具体选用时，采用类比法确定表面粗糙度参数值，再对比具体的工作条件做适当的调整，调整过程中应注意以下几点： ① 同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小； ② 摩擦表面粗糙度要求高于非摩擦表面，滚动摩擦表面高于滑动摩擦表面，运动速度高、单位面积承受压力大的表面粗糙度要求高些； ③ 承受交变载荷的表面及容易引起应力集中的部分，粗糙度要求高些； ④ 对配合性质有稳定可靠性要求的表面，粗糙度要求应高些； ⑤ 配合性质相同时，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度要求要高些； ⑥ 对特殊用途的零件，表面粗糙度参数值的选择应按照特殊要求考虑。
二、参数值的确定方法（２） 应考虑尺寸公差、形状公差、表面粗糙度三者之间的关系 • 一般尺寸公差、形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但三者之间并不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。 • 在正常的工艺条件下，三者之间有一定的对应关系，设形状公差为T，尺寸公差为IT，它们之间的关系可参照以下对应关系： 若T≈0.6 IT，则Ra≤0.05 IT； Rz≤ 0.2 IT 若T≈0.５ IT，则Ra≤0.0４IT； Rz≤ 0.1５ IT 若T≈0.4 IT，则Ra≤0.025 IT； Rz≤ 0.1 IT 若T≈0.25 IT，则Ra≤0.012 IT； Rz≤ 0.05 IT 若T＜0.25 IT，则Ra≤0.15 T； Rz≤ 0.6 T
二、参数值的确定方法（3） 例：某齿轮减速器的轴与滚动轴承配合的轴颈，其基本尺寸的公差带代号为φ65k6，试确定其表面粗糙度参数Ra的允许值。 解：根据上述关系式，轴颈表面属于重要表面， T≈0.５ IT，则 Ra≤0.0４IT 根据表1-6：IT6=19μm Ra≤0.0４IT=0.04×19=0.76μm 查表3-1知：Ra取0.8μm 如果根据零件功能要求，不允许采用0.8μm，则可用补充系列值0.63μm
§3.4 表面粗糙度的测量 常用的表面粗糙度的测量方法有： 比较法 光切法 干涉法 针描法
比较法--用表面粗糙度样板测量 • 比较法： 将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼或借助于放大镜，比较显微镜直接进行比较，也可以用手触摸，划动感觉来判断被测表面的粗糙度。 • 多用于车间，一般只用于评定表面粗糙度值较大的工件。
光切法----用双管显微镜测量 • 双管显微镜是应用光切原理测量表面粗糙度的。 • 双管显微镜常用于测量Ra或Rz值，由于受到分辨率的限制，一般测量范围为Rz ＝1～80μm. • 双管显微镜不但适用于测量车、铣、刨及其他类似加工方法的金属表面，还可以用于测量木板、纸张、塑料、电镀层等表面的微观不平度。
干涉法----用干涉显微镜测量 • 利用光波干涉原理结合显微系统来测量表面粗糙度的一种方法。 • 常用来测量Rz的值，测量范围一般为Rz ＝0.025～0.8μm。 • 干涉显微镜不仅适用于测量高反射率的金属加工表面，也能测量低反射率的玻璃表面，但是主要是用于要求表面粗糙度参数值小的表面。
针描法----用电动轮廓仪测量 • 针描法也称触针法，是利用金刚石触针在被测表面上轻轻划过，从而测出表面粗糙度Ra值的一种方法。 • 电动轮廓仪就是利用针描测量原理设计的。电动轮廓仪的测量范围一般为Ra ＝0.025～6.3μm，仪器配有各种附件，以适应平面、内外圆柱面、锥面、球面、沟槽等形状表面测量。
表面粗糙度的测量：总结 • 比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。 • 光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。 常用于测量Rz为0.5～60μm。 • 干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量Rz和Ry值。 • 针描法：是利用金刚石触针在被测表面上轻轻划过，从而测出表面粗糙度Ra值的一种方法