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第四章表面粗糙度及检测 第一节表面粗糙度第二节零件表面粗糙度参数值的选择第三节表面粗糙的测量Tttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttt 1 第一节表面粗糙度 定义 表面粗糙度是指加工表面所具有的微小峰谷的导致微观几何形状误差 产生原因 刀具或砂轮切削后留下的刀痕 切屑分离时的塑性变形 工艺系统的高频振动及刀具和被加工表面摩擦 影响 零件的耐磨性 配合性质的稳定性 疲劳强度 抗腐蚀性 密封性 外观 测量精度 表面光学性能 导电导热性能和胶合强度 2 零件表面的形貌可分为三种情况 1 表面粗糙度 零件表面所具有的微小峰谷的不平程度 其波长和波高之比一般小于50 属于微观几何形状误差 2 表面波纹度 零件表面中峰谷的波长和波高之比等于50 1000的不平程度称为波纹度 会引起零件运转时的振动 噪声 特别是对旋转零件 如轴承 的影响是相当大的目前表面波纹度还没有制定国家标准 国际标准化组织第57技术委员会正在制定表面波纹度有关国际标准 3 形状误差 零件表面中峰谷的波长和波高之比大于1000的不平程度属于形状误差 3 一 表面粗糙度评定参数及其数值1 术语及定义 1 c滤波器 确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器 滤波除去某些波长成分而保留所需成分的处理方法 当测量信号通过 c滤波器后将抑制波纹度的影响 2 粗糙度轮廓 对原始轮廓采用 c滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓 3 粗糙度轮廓中线 用标称形式的线 穿过原始轮廓 按最小二乘法拟合所确定的中线 称为原始轮廓中线 粗糙度轮廓最小二乘法拟合确定的中线 称为粗糙度轮廓中线 4 4 取样长度l 用于判别被评定轮廓的不规则特征的x轴向上的长度 评定粗糙度的取样长度l在数值上与轮廓滤波器 c的标志波长相等 取样长度l应与表面粗糙度的大小相适应 规定取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响 一般在一个取样长度内应包含 个以上的波峰和波谷 5 评定长度ln 包含一个或几个取样长度l 常用的取样长度和评定长度与粗糙度高度参数数值的关系如下表 除Ra 10 80外 按5个取样长度来确定 5 2 评定参数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 1 轮廓算术平均偏差Ra 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平均值 即 6 2 微观不平度十点高度Rz 在取样长度内 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 也可从平行于轮廓中线的任意一根线算起 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 7 3 轮廓最大高度Ry 在取样长度内 轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离 峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点 8 高度参数是表面粗糙度的基本参数 但只有高度参数还不能完全反映出零件表面粗糙度的特性 图 a 和图 b 的高度参数值大致相同 但其波纹的疏密度不同 因此 其表面特性 如密封性 也不相同 9 下图 a 图 b 图 c 三者的粗糙度高度参数也大致相同 但其耐磨性 抗腐蚀性也不同 10 国家标准还规定了下述三个参数 当高度参数还不能满足零件粗糙度的要求时 可根据需要增选下述某些参数 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 称为轮廓单峰间距 在取样长度内 全部轮廓单峰间距的平均值 就是轮廓单峰平均间距 11 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 称轮廓微观不平度间距 在取样长度内全部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 12 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之和 称为轮廓支承长度 p p与与取样长度l之比 就是轮廓的支承长度率 13 3 评定参数的数值评定参数的选择 如无特殊要求 一般仅选用高度参数 推荐优先选用Ra值 因为Ra能充分反映零件表面轮廓的特征 以下情况下例外 当表面过于粗糙 Ra 6 3 m 或过于光滑 Ra 0 025 m 时 可选用Rz 因为此范围便于选择用于测量Rz的仪器测量 当零件材料较软时 因为Ra一般采用触针测量 当测量面积很小时 如顶尖 刀具的刃部 仪表的小元件的表面 可选用Ry值 14 糙度高度参数Ra Rz Ry 数值与光洁度等级的对照 15 二 表面粗糙度符号 代号及标注 16 a1 粗糙度高度方向参数的最大允许值 m a2 粗糙度高度方向参数的最小允许值 m 一般只给出最大允许值 写在a2位置上 b 加工方法 镀涂或其他表面处理 c 取样长度 mm d 加工纹理方向符号 e 加工余量 mm f 粗糙度间距参数 S Sm 值与轮廓支承长度率 tp 写入括号内 17 标注举例 18 标注时将其标注在可见轮廓线 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被注表面 高度参数 当选用Ra时 只需在代号中标出其参数值 Ra 本身可以省略 当选用Rz或Ry时 参数和参数值都应标出 当所有实测值不允许超过规定值时 应在图样上标注最大值或最小值 取样长度 如按国标选用 则可省略标注 表面加工纹理方向 指表面微观结构的主要方向 由所采用的加工方法或其它因素形成 必要时才规定 19 表面粗糙度标注的图例 20 第二节零件表面粗糙度参数值的选择 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 一般原则 1 同一零件上 工作表面比非工作表面粗糙度值小 2 摩擦表面比非摩擦表面要小 3 受循环载荷的表面要小 4 配合要求高 联接要求可靠 受重载的表面粗糙度值都应小 5 同一精度 小尺寸比大尺寸 轴比孔的表面粗糙度值要小 21 通常尺寸公差 表面形状公差小时 表面粗糙度参数值也小 但表面粗糙度参数值和尺寸公差 表面形状公差之间并不存在确定的函数关系 如手轮 手柄的尺寸公差值较大 但表面粗糙度参数值却较小 一般情况下 尺寸公差 表面形状公差和表面粗糙度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 6IT 则Ra 0 05IT Rz 0 2IT若T 0 4IT 则Ra 0 025IT Rz 0 1IT若T 0 25IT 则Ra 0 012IT Rz 0 05IT若T 0 25IT 则Ra 0 15T Rz 0 6T 22 第三节表面粗糙的测量 一 比较法比较法是车间常用的方法 将被测表面对照粗糙度样板 用肉眼判断或借助于放大镜 比较显微镜比较 也可用手摸 指甲划动的感觉来判断被加工表面的粗糙度 表面粗糙度样板的材料 形状及制造工艺尽可能与工件相同 这样才便于比较 否则往往会产生较大的误差 比较法一般只用于粗糙度参数值较大的近似评定 23 二 光切法利用 光切原理 来测量表面粗糙度 用双管显微镜测量 常用于测量Rz为0 5 60 m 光切原理用下图表示 被测表面是P1 P2阶梯面 其阶梯高度为h A为一扁平光束 当它从45 方向投射在阶梯表面上时 就被折成S1和S2两段 经B方向反射后 就可在显微镜内看到S1和S2两段光带的放大像S1 和S2 同样 S1与S2之间的距离h 也被放大为S1 与S2 之间的距离h 只要我们用测微目镜测出h 值 就可以根据放大关系算出h值 24 三 印模法 对于大零件的内表面 用川蜡 石蜡 塑料或低熔点合金 将被测表面印模下来 然后对复制印模表面进行测量 由于印模材料不可能填充满谷底 其测值略有缩小 可查阅资料或自行实验得出修正系数 在计算中加以修正 四 干涉法 利用光波干涉原理来测量表面粗糙度 被测表面直接参与光路 用它与标准反射