08-09互换性第五章.ppt

第五章表面粗糙度 表面粗糙度 表面粗糙度是一种微观几何形状误差 指加工表面具有较小间距 一般指间距小于1mm 和微小峰谷的不平度 过去称为光洁度 危害 影响配合件接触刚性 降低机器寿命和精度 影响配合性质 工作精度 抗腐蚀性 影响手感 观感 形成原因 由于切削 磨削 加工中的刀痕 即残留断面积 塑性变形 积屑瘤 工艺系统中的振动 工件与刀具及切屑与工件的摩擦 刀具磨损等原因 致使已加工表面产生微小的峰谷 5 1概述 具体 详细来说 1 配合性质对于间隙配合 零件之间的相对运动可使轮廓峰很快被磨损 扩大了实际间隙 从而改变了设计的配合性质 对于过盈配合 由于装配而挤压轮廓峰顶 使实际过盈量减小 降低了连接强度 2 摩擦与磨损由于零件表面存在峰谷 所以实际接触区域均为峰顶 远小于理论接触面积 因而比压较大 当零件之间有相对运动时 必然导致摩擦阻力加大 磨损加快 耐磨性下降 3 接触刚度由于零件表面实际接触面积的减小 比压增大 因而易产生接触变形 从而降低了接触刚度 4 疲劳强度零件表面微观的轮廓峰越高 轮廓谷越深 则越容易引起零件的应力集中 降低其疲劳强度 对于承受交变载荷的零件 尤其是形状突变的部位 影响尤为显著 5 抗腐蚀表面越粗糙 越容易在零件表面的轮廓谷内积聚腐蚀性气体和液体 并通过微观裂纹向零件表层渗透 从而降低零件的抗腐蚀能力 6 密封性对于油缸 汽缸 活塞等零件 具有一定的密封性是最基本的要求 零件表面越粗糙 轮廓峰谷越显著 对密封性的影响就越突出 7 存油与减小摩擦某些零件并非越光越好 比如龙门刨床 龙门铣床等导轨面为了得到流体润滑摩擦或极压体润滑摩擦 值不能太小 值稍大些有利于存油 过于光滑的表面不利于润滑油的贮存 易使工作面间形成半干摩擦甚至干摩擦 反而使摩损加剧 5 2表面粗糙度评定标准一 主要术语及定义1 几何表面 geometricalsurface 亦称理想表面 物体与周围介质分割的表面称为实际表面 它是加工过程中形成的一种三维空间曲面 2 实际表面 realsurface 其表面形状由图样或其它技术文件规定 几何表面不存在任何形式的几何形状误差 3 基准面 referencesurface 用以评定表面粗糙度参数的给定面 基准面具有几何表面的形状 其方位和实际表面在空间总的走向一致 并且可用数学方法如最小二乘法 最小包容法等确定 4 基准线 referenceline 用以评定表面粗糙度参数的给定线 基准线不一定在基准面上 5 取样长度 samplinglength 用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度 称为取样长度 它在轮廓总的走向上量取 一般在内应包含五个以上的峰和谷 如图5 1所示 6 评定长度 evaluationlength 评定轮廓所必须的一段长度 它可以包括一个或几个取样长度 如图5 1 图5 1取样长度与评定长度 7 轮廓偏距 profiledeparture 在测量方向上轮廓线上的点与基准线之间的距离 称为轮廓偏距 对于实际表面 基准线与评定长度内轮廓总的走向之间的夹角极小 因此也可以认为轮廓偏距是垂直于基准线的 如图5 2所示 图5 2轮廓偏距 8 中线制 meanlinesystem 以中线为基准线评定轮廓的计算制称为中线制 中线包括轮廓的最小二乘中线和轮廓的算术平均中线 轮廓的最小二乘中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线 在取样长度内 轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和最小 轮廓的算术平均中线 arithmeticalmeanlineoftheprofile 是具有几何轮廓形状并在取样长度内与轮廓走向一致的基准线 在取样长度内由该线划分轮廓使上 下两边的面积相等 如图5 3所示 图5 3算术平均中线 二 评定参数 高度参数 Ra 轮廓算术平均偏差Rz 微观不平度十点高度Ry 轮廓最大高度间距参数 Sm 轮廓微观不平度的平均间距S 轮廓单峰平均间距综合参数 tp 轮廓的支乘承长度率 图5 4轮廓算术平均偏差 式中n为在内所测点的数目 1 高度参数 三个 1 轮廓算术平均偏差Ra在取样长度内 轮廓偏距绝对值的算术平均值 Ra 5 1 或近似为 2 微观不平度十点高度在取样长度内五个最大的轮廓峰高的平均值与五个最大轮廓谷深的平均值之和 如图5 5所示 用公式表示为 5 2 式中 第个最大轮廓峰高 第个最大轮廓谷深 图5 5微观不平度十点高度 在取样长度内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离 如图5 6所示 用公式表示为 3 轮廓最大高度 maximumheightoftheprofile Ry 图5 6Ry Sm S 5 3 2 间距特性参数 两个 1 轮廓微观不平度的平均间距微观不平度的间距是指含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度 在取样长度内 轮廓微观不平度的间距的平均值称为轮廓微观不平度的平均间距 如图5 6所示 用公式表示为 5 4 2 轮廓的单峰平均间距 meanspacingofthelocalpeaksoftheprofile 轮廓单峰间距是指两相邻单峰的最高点之间的距离投影在中线上的长度 在取样长度内 轮廓的单峰间距的平均值称为轮廓的单峰平均间距 如图5 6所示 用公式表示为 5 5 3 形状特性参数 综合参数轮廓支承长度率 profilebearinglengthratio 在取样长度内 距峰顶线距离为C 水平截距 且平行于中线的一直线 与轮廓相截所得到的各段截线长度之和称为轮廓支承长度 轮廓支承长度与取样长度之比 称为轮廓支承长度率 如图5 6所示 用公式表示为 三 表面粗糙度评定参数的数值表国家标准中表面粗糙度评定参数数值除外均由优先数系中的派生系列R10 3确定 而取样长度和评定长度则由派生系列R10 5得到 高度特性参数的数值规定见表5 1和5 2 间距特性参数的数值规定见表5 3 形状特性参数的数值规定见表5 4 取样长度和评定长度应与高度特性参数有一定的对应关系 表5 5为推荐数值 表5 1轮廓算术平均偏差的数值 摘自GB T1031 1995 表5 2微观不平度十点高度和轮廓最大高度的数值 摘自GB T1031 1995 m 表5 3轮廓微观不平度的平均间距和轮廓的单峰平均间距的数值 摘自GB T1031 1995 mm 表5 4轮廓支承长度率的数值 摘自GB T1031 1995 注 选用必须同时给出轮廓水平截距C值 C值用微米或的百分数表示 百分数系列为 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 5 3零件表面粗糙度参数值的选择一 表面粗糙度评定参数的选用1 轮廓算术平均偏差是国家标准推荐优先选用的高度特性参数 是世界各国的表面粗糙度标准广泛采用的最基本的评定参数 能较全面地反映表面微观几何形状特征及轮廓凸峰高度 且测量方便 2 微观不平度十点高度 是反映表面微观轮廓峰的高度特征 但仅取十点是不能完整描述整个表面微观几何形状特征的 适用于光学仪器测量 当测量较困难时 可选用 3 轮廓最大高度规定了轮廓的变动范围 不涉及在最大峰高与最大谷深之间轮廓的变化状况 测量很方便 且弥补了不能测量极小面积表面的不足 因此被各国标准中广泛采用 对于需控制应力集中或疲劳强度的表面 当选用了或后 可加选 4 轮廓微观不平度的平均间距和轮廓的单峰平均间距 是反映表面微观不平度间距特性的表面粗糙度参数 将和组合在一起 可综合控制表面微观几何特性 和主要影响表面的涂漆性能 抗冲击成型引起的裂纹 抗腐蚀 减小表面流动阻力等 5 轮廓支承长度率是反映表面微观不平度形状特性的参数 是高度特性参数和间距特性参数的综合反映 能反映表面的耐磨性 接触刚度和密封性等 因此对耐磨性 接触刚度和密封性等有较高要求的重要表面 可附加的要求 二 表面粗糙度参数值的选用零件表面粗糙度参数值的选择既要满足零件表面功能要求 也要考虑到经济性 用类比法确定表面粗糙度时 其原则 1 在满足表面功能要求的前提下 尽量选用较大的表面粗糙度的数值 2 在同一零件上 工作表面 非工作表面的 例如自由表面 12 5 接触表面 6 3 基准平面 3 2 较精密件 1 6 再精 0 5 特例 机床导轨表面虽属摩擦表面 为了存油 不易太小 6 3 3 2即可 3 摩擦表面比非摩擦表面要小 滚动摩擦表面比滑动摩擦表面要小 运动速度高 单位压力大的摩擦表面比速度低 单位压力低摩擦表面要小 4 处于腐蚀性环境 条件 下工作的零件要小 5 承受循环载荷的表面沟槽 圆角等部位容易引起应力集中要小 如 曲轴小弯径处 0 63 0 8 以下 6 配合性质要求高的结合表面 要小 配合间隙小的配合表面 如液压件 活塞 缸体 要小 要求配合稳定可靠性好 受重载荷的过盈配合要小 7 一般间隙配合比过盈配合的要小8 配合性质相同 尺寸越小 要小 同一精度等级 尺寸小的结合面比尺寸大的结合面要小 轴比孔的表面要小 同一精度等级 9 外观和操作件 虽没有配合性质与精度要求 但要小 如刀具切削部分的表面 切削刃处 手表壳 仪器壳 机床手柄等要小 出口零件比自用的要小10 尺寸公差和形位公差小的 要小 虽然表面粗糙度与形位公差t 尺寸公差T三者之间不存在一定函数关系 但在正常工艺条件下 应大至遵循表5 6关系 表5 7给出了表面粗糙度评定参数与旧国家标准的对照 选择与标注时应优先采用第 系列 系列和 系列不得在一套图纸上并用 表5 7表面粗糙度评定参数与旧国家标准的对照 5 4表面粗糙度的标注表面粗糙度的符号及其意义见表5 8 表5 8表面粗糙度符号及意义 摘自GB T131 1993 说明 1 高度参数选时 代号可以省略 只标出参数值 2 当选用或时 除标出参数值外 代号或也应标出 3 高度参数的数值只有一个时 为高度参数值的上限 若有两个时 则分别为上 下限值 零件上的标注实例