第四章表面粗糙度及检测.ppt

第四章表面粗糙度及检测 4 1表面粗糙度的国家标准4 1 1表面粗糙度评定参数及其数值4 1 2表面粗糙度代号及标注 4 2表面粗糙度的选用1 评定参数的选用2 评定参数值的选用4 3表面粗糙度的测量 第四章表面粗糙度及检测 在机械加工过程中 由于切削过程中切屑分离时的塑性变形 工艺系统中的高频振动以及刀具与被加工表面的摩擦和挤压等原因 被加工零件的表面会产生由较小的间距和峰谷组成的微量高低不平的痕迹 这种痕迹就是零件表面的微观几何形状误差 即表面粗糙度 表面粗糙度越小 则表面越光滑 因此 表面粗糙度也可以从相反概念的角度称为表面光洁度 表面粗糙度国家标准由GB T3505 2000 表面粗糙度术语 表面及其参数 GB T1031 1995 表面粗糙度参数及其数值 GB T131 1993 机械制图表面粗糙度符号 代号及其注法 三个标准构成 4 1表面粗糙度的国家标准 4 1 1表面粗糙度评定参数及其数值国标规定了表面粗糙度评定参数及其数值和一般规定 并按国标 GB T3505 2000 表面粗糙度 术语 表面及其参数 给出了有关的术语与定义 4 1 2表面粗糙度代号及标注国标 GB131 1993 规定了零件表面粗糙度代 符 号及其在图样上的注法 在图样上给定的表面特征代 符 号 是表面完工后的要求和按功能需要给出表面特征的各项要求 4 1 1表面粗糙度评定参数及其数值 1 主要术语及定义 1 取样长度l 2 评定长度ln 3 轮廓中线m 2 评定参数及数值由高度参数 间距参数和综合参数所组成 高度参数三个 1 轮廓算术平均偏差Ra 2 微观不平度十点高度Rz 3 轮廓最大高度Ry间距参数两个 4 轮廓单峰平均间距S 5 轮廓微观不平度的平均间距Sm综合参数 6 轮廓支承长度率tp 4 1 1表面粗糙度评定参数及其数值 国标规定了表面粗糙度评定参数及其数值和一般规定 并按国标 GB T3505 2000 表面粗糙度 术语 表面及其参数 给出了有关的术语与定义 1 主要术语及定义 1 取样长度l取样长度是用于判别和测量表面粗糙度时所规定的一段基准线长度 它在轮廓总的走向上量取 规定和选择这段长度是为了限制和削弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响 常用的取样长度见表4 1 1 主要术语及定义 续 2 评定长度ln是指评定轮廓所必需的一段长度 它可包括一个或几个取样长度 即使零件上的同一个表面 该表面的各部分表面粗糙度存在不均匀性 所以需要在表面上取几个长度来评定表面粗糙度 一般取ln 5l 见表4 1 3 轮廓中线m 是评定表面粗糙度数值的基准线 是用以评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线 其位置在评定的轮廓中部 故又称为中线 它用最小二乘法确定 即是在取样长度内 使轮廓上各点至一条参考线距离的平方和为最小 这条参考基准线就是轮廓的最小二乘中线 如图4 1所示 2 评定参数及数值 国家标准规定表面粗糙度的参数由高度参数 间距参数和综合参数所组成 高度参数共有三个 1 轮廓算术平均偏差Ra在取样长度l内 轮廓的纵坐标值的绝对值的算术平均值 如图4 2所示 2 微观不平度十点高度Rz 在取样长度内五个最大的轮廓峰高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和 如图4 3所示 用公式表示为 式中ypi 第i个最大的轮廓峰高 yvi 第i个最大的轮廓谷深 2 微观不平度十点高度Rz 续 在取样长度内 也可从平行于轮廓中线m的任意一根线算起 到被测轮廓的五个最高点 峰 和五个最低点 谷 之间的平均距离 见图4 3 2 微观不平度十点高度Rz 续 3 轮廓最大高度Ry 在取样长度内 轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离 图4 4 间距参数共有两个 间距参数反应轮廓的疏 密状况 即在取样长度范围内 峰谷的数量 4 轮廓单峰平均间距S两相邻轮廓单峰的最高点在中线上的投影长度Si 图4 4 称为轮廓单峰间距 在取样长度内 轮廓单峰间距的平均值 就是轮廓单峰平均间距 5 轮廓微观不平度的平均间距Sm 含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度Smi 图4 4 称轮廓微观不平度间距 在取样长度内轮廓微观不平度间距的平均值 就是轮廓微观不平度的平均间距 即 综合参数综合参数与表面粗糙度的形状有关 它影响表面的耐磨程度 tp值应对应于不同的水平截距C而给出 水平截距C可用微米或C与Ry的比值的百分数表示 6 轮廓支承长度率tp平行于中线且与轮廓峰顶线相距为C的一条直线与轮廓峰相截所得到的各段截线bi 图4 4 之和 称为轮廓支承长度np np与取样长度l之比 就是轮廓的支承长度率 4 1 2表面粗糙度代号及标注 国标 GB131 93 规定了零件表面粗糙度代 符 号及其在图样上的注法 在图样上给定的表面特征代 符 号 是表面完工后的要求和按功能需要给出表面特征的各项要求 表面粗糙度的代 符 号见表4 7和图4 7 若需要标注取样长度和其他附加要求时 可按图4 7所示的位置标注 图4 8是表面粗糙度标注的图例 4 7 4 8 1 表面粗糙度的标注 在图样上表示粗糙度的符号有以下3种 1 对于用去除材料的方法获得的表面 如车 铣 钻 刨 磨 抛光 电火花加工等 采用的符号如图5 6 a 所示 2 对于用不去除材料的方法获得的表面 如铸造 锻造 冲压 粉末冶金等 采用的符号图5 6 b 所示 3 对于不拘加工方法获得的表面 采用的符号如图5 6 c 所示 当采用Ra作为评定参数时 只要在上述符号的上方写出Ra的数值 单位 m 即可 如采用Rz和 或 Ry作为评定参数 则需要在评定参数值前注明所用的参数 2 常用的标注形式 高度参数是基本评定参数 国家标准规定的表面粗糙度高度参数值的标注及其意义见表4 9 Ra只标数值 Ra本身符号不标 Ry Rz除标数值外 还需在数值前标出相应的符号 在一个符号上可同时标出两个参数值 表中 上限值 或 下限值 和 最大值 或 最小值 的含义是有区别的 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 应在图样上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的所有实测值中不得超过规定值时 应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值 3 标注示例 表面粗糙度在图样上的标注方法如图所示 表面粗糙度代 符 号一般标注于轮廓线处 但也可标注于尺寸界线或其延长线上 符号的尖端应从材料外指向被注表面 图 a 表示表面粗糙度代号在不同位置的表面上的标注方法 图 b 是表面粗糙度要求在图样上的标注示例 当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时 对其中使用最多的一种符号 代号可以统一注在图样的右上角 并加注 其余 两字 4 2表面粗糙度的选用 表面粗糙度的选用主要包括评定参数的选用和参数值的选用 1 评定参数的选用在零件选用表面粗糙度参数时 绝大多数情况下 只要选用高度特征参数即可 只有当高度特征参数不能满足零件的使用要求时 才附加给出间距特征参数或形状特征参数 例如 对零件表面的耐磨性能要求较高时 可选用高度特征参数 附加选用轮廓支承长度率 1 评定参数的选用 在高度特征参数中 轮廓算术平均偏差Ra能较全面客观地反映表面微观几何形状的特性 可优先选用 微观不平度十点高度Rz 只能反映轮廓的峰高和谷深 不能反映其尖锐或平钝的几何特性 且因为测点数偏少 反映表面微观几何形状的特性不如Ra 轮廓最大高度Ry测点数更少 一般不单独使用 常常与Ra或Rz联用 控制微观不平度谷深 从而控制微观裂纹的深度 常标注于受交变应力作用的工作表面 1 评定参数的选用 续 2 在Ra值 6 3 100 m 或Rz值 25 400 m 和Ra值 0 008 0 020 m 或Rz值 0 032 0 08 m 的范围内 用光切显微镜和干涉显微镜测Rz较为方便 所以多采用Rz 3 当表面不允许出现较深加工痕迹 防止应力过于集中 从而保证零件的疲劳强度和密封性时 应选Ry 通常Ry与及Ra一起用 1 在图样上一般只注出一个或二个高度参数 GB T1031 95推荐 在Ra值 0 025 6 3 m 或Rz值 0 1 25 m 的范围内 优先选用Ra 上述范围内用电动轮廓仪能很方便地测出Ra的实际值 1 评定参数的选用 续 附加参数S Sm和tp 一般不作为独立参数选用 只有对有特殊要求的少数零件的重要表面 如使喷涂均匀 涂层有极好的附着性和光泽的表面 需要控制S Sm数值 对于要求有较高支承刚度和耐磨性的表面 应规定tp值 2 评定参数值的选用 设计零件时 应该按国家标准GB1031 83 表面粗糙度参数及其数值 规定的参数值系列选取 高度特征参数值分为第1系列和第2系列 选用时应该采用第1系列 各评定参数第1系列的数值见p98表4 2到4 5 表面粗糙度参数值选用是否恰当 不仅与零件的使用性能有关 还影响加工的经济性 因此必须加以重视 表面粗糙度参数值的选择原则是 在满足功能要求的前提下 尽量选择较大的表面粗糙度参数 除tp外 值 以减小加工困难 降低生产成本 表面粗糙度参数值的选用通常采用类比法 具体选用时应注意以下几点 1 同一零件上工作表面比非工作表面的粗糙度参数值小 重要表面的Ra或Rz数值比非重要表面要小 例如运动速度高 单位面积压力大 受交变应力作用的重要零件圆角沟槽处 应有较小的表面粗糙度 配合性质要求高的配合表面 例如小间隙配合的运动表面 受重载荷作用的过盈配合表面 应有较小的表面粗糙度 2 摩擦表面比非摩擦表面 滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小 3 承受交变载荷的表面及易引起应力集中的部分 如圆角 沟槽等 粗糙度参数值应越小 必须说明 表面粗糙度的参数值和尺寸公差 形状公差之间并不存在确定的函数关系 如机器 仪器上的手轮 手柄 外壳等部位 其尺寸和形状精度要求并不高 但表面粗糙度要求却较高 4 对配合性质稳定性要求越高的部件 其配合面的粗糙度参数值应越小 对小间隙配合表面 受重载作用的过盈配合表面 其粗糙度参数值要小 5 表面粗糙度与尺寸及形状公差应协调 通常 尺寸及形状公差小 表面粗糙度参数值也要小 同一尺寸公差的轴比孔的粗糙度参数值要小 在进行几何精度设计时 通常按表4 10 与教材p116同 来确定尺寸公差 形状公差和表面粗糙度的关系 可参考 表面粗糙度参数值的选用通常采用类比法 具体选用时应注意以下几点 t t 表面粗糙度参数值的选用通常采用类比法 具体选用时应注意以下几点 6 密封性 防腐性要求高的表面或外形美观的表面其表面粗糙度参数值都应小些 7 凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定者 如轴承 量规 齿轮等 应按标准规定选取表面粗糙度参数值 例如 与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度 应根据滚动轴承的要求确定参数值 表5 4给出了不同表面粗糙度的表面特性 经济加工方法及应用举例 可供选用表面粗糙度值时参考 4 3表面粗糙度的测量 常用的表面粗糙度的检测方法有 比较法 光切法 干涉法和针描法 一 比较法比较法是将被测零件表面与标有一定评定参数值的表面粗糙度样板直接进行比较 从而估计出被测表面粗糙度的一种测量方法 选择样板时 样板的材料 表面形状 加工方法 加工纹理方向等应尽可能与被测表面一致 比较法使用简便 适宜于车间检验 常用于对表面粗糙度要求较低的表面进行评定 4 3表面粗糙度的测量 续 二 光切法光切法是应用光切原理测量表面粗糙度的一种测量方法 常用仪器是光切显微镜 又称双管显微镜 该仪器适宜于测量用车 铣 刨等加工方法所加工的金属零件的平面或外圆表面 光切法主要用于测量Rz值 测量范围为Rz0 5 60 m 也可用于Ry的测量 三 干涉法干涉法是利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种测量方法 一般用于测量表面粗糙度要求高的表面 常用仪器是干涉显微镜 主要用于测量Rz值 测量范围为Rz0 025 m Rz0 8 m 4 3表面粗糙度的测量 续 四 印模法印模法是利用一些无流动性和弹性的塑性材料 贴合在被测表面上 将被测表面的轮廓复制成模 然后测量印模 从而来评定被测表面的粗糙