第5章 表面结构中的粗糙度.ppt

第5章表面结构中的粗糙度 湖南大学出版社 教学内容 5 1表面粗糙度概述5 2表面粗糙度的评定5 3表面粗糙度的符号 代号及其标注5 4表面粗糙度的选用5 5表面粗糙度的测量 本章重难点 表面粗糙度的术语 定义 标准及测量方法 5 1概述 按GB T15757 2002的术语与定义 表面结构 surfacetexture 是 出自几何表面的重复或偶然的偏差 这些偏差形成的三维形貌 注 表面结构包括在有限区域上的粗糙度 波纹度 纹理方向 表面缺陷和形状误差 5 1概述 在机械加工过程中 由于刀痕 切削过程中切屑分离时金属的塑性变形 工艺系统中的高频振动 刀具和被加工表面的摩擦等原因 致使被加工零件的表面产生微小的峰谷 这些微小峰谷的高低程度和间距状况就称为表面粗糙度 surfaceroughness 也称微观不平度 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 surfacefinish 5 1概述 表面粗糙度对零件的使用性能有着重要的影响 尤其对在高温 高速 高压条件下的机器 仪器 零件影响更大 它主要影响零件的摩擦磨损 配合性质 抗疲劳强度和密封性等 具体如下所示 5 1概述 表面越粗糙 配合表面间的有效接触面积减少 使单位面积承受的压力加大 零件相对运动时 就会加剧表面磨损 一般地说 表面越粗糙 则摩擦阻力越大 零件的磨损也越快 对于有配合要求的零件表面 无论是哪一类配合 表面粗糙度都会影响配合性质的稳定性 对于间隙配合 配合表面经跑合后 表面被磨损 扩大了实际间隙 改变了配合性质 对于过盈配合 由于在压入装配时 把微观凸峰挤平 减小了实际有效过盈 因此降低了零件间的连接强度 零件表面粗糙度越大 表面微小不平度的凹痕就越深 其底部圆弧半径愈小 对应力集中的敏感性愈大 在谷底产生的应力 较之作用在光滑表面层的平均应力要大到0 5 1 5倍 在交变载荷作用下 零件的疲劳强度就会降低 因此 降低表面粗糙度的允许值 可提高零件的疲劳强度 金属腐蚀是由于化学过程或电化学过程所引起的 零件表面越粗糙 则积累在零件表面上的腐蚀性气体和液体也越多 腐蚀作用就越厉害 随着时间的推移 因腐蚀而产生的裂缝将使零件发生突然的破坏 产生严重的后果 在承受变动负荷的情况下 腐蚀作用对疲劳强度的影响更为明显 改善表面粗糙度 对于在腐蚀性大的环境中工作的零件有重要作用 当两个表面接触时 由于粗糙度的存在 只在局部点上接触 中间缝隙影响密封性 降低表面粗糙度的允许值 可提高零件的密封性 因此 表面粗糙度在零件几何精度设计中是必不可少的 作为零件质量评定指标是十分重要的 5 1概述 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 5 2表面粗糙度的评定 确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器 确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器 确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器 把轮廓分成长波和短波的滤波器 因为原始轮廓有粗糙度轮廓 波纹度轮廓和波长更和的表面形状误差轮廓 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 2 坐标系 coordinatesystem 确定表面机构参数的坐标体系 该坐标体系通常是一右旋笛卡儿三维直角坐标体系 X轴与中线方向一致 Y轴处于实际表面上 而Z轴则在从材料到周围介质的外延方向上 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 3 表面轮廓 surfaceprofile 平面与实际表面相交所得的轮廓 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 4 原始轮廓 primaryprofile 在应用短波滤波器 s之后的总的轮廓 它是评定原始轮廓参数的基础 5 粗糙度轮廓 roughnessprofile 对原始轮廓采用 c滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓 这是故意修正的轮廓 它的频带宽是由 s和 c滤波器来限制的 它是评定粗糙度轮廓参数的基础 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 是指用来判别被评定轮廓的不规则 粗糙 特征的X轴向上的长度 在取样长度内一般应包含有五个以上的峰谷 取样长度lr的方向与轮廓走向一致 规定取样长度的目的主要是为了限制和减弱表面波度对测量结果的影响 6 取样长度lr Samplinglength 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 一般情况下 在测量不同的表面粗糙度参数时 推荐按下表选取对应的取样长度值 此时取样长度值在标注中可省略 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 7 评定长度ln Evaluationlength 是指用于判别被评定轮廓的x方向上的长度 它可包括几个取样长度 一般为5个 即ln 5l 对均匀件好的表面 可少于5个 反之可多于5个 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 8 中线 meanlines 具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线 9 粗糙度轮廓中线 meanlinesfortheroughnessprofile 用轮廓滤波器 c抑制了长波轮廓成分相对应的中线 根据建立中线的方法不同 中线有以下两种 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 1 轮廓最小二乘中线 leastsquareameanlineoftheprofile 在取样长度内 使轮廓线上各点到该线的纵坐标值Z x 的平方和最小 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 2 轮廓算数平均中线 arithmeticalmeanlineoftheprofile 在取样长度内 与轮廓走向一致 并将轮廓划分为上 下两部分面积相等的基准线 即 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 显然 对于一个实际轮廓 其最小二乘中线是唯一的 而一般情况下 算术平均中线不是唯一的 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 10 轮廓峰 profilepeak 连接 轮廓和X轴 两相邻交点向外 从材料到周围介质 的轮廓部分 11 轮廓谷 profilevalley 连接 轮廓和X轴 两相邻交点向内 从周围介质到材料 的轮廓部分 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 12 高度和间距辨别力 heightand orspacingdiscrimimation 应计入被评定轮廓的轮廓峰和轮廓谷的最小高度和最小间距 在这里 最小高度通常用Rz或任一振幅参数的百分率表示 最小间距则以lr的百分率表示 13 轮廓单元 profileelement 轮廓峰和轮廓谷的组合 5 2 1评定表面粗糙度的几个术语和定义 14 纵坐标值Z x ordinatevalueZ x 被评定轮廓在任一位置距X轴的高度 若Z x 是在X轴的下方视为负值 反之视为正值 15 在水平位置C上轮廓的实体材料长度Ml c materiallengthofprofileatthelevelCMl c 在水平给定位置C上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所得到的各段截线长度之和 5 2 2表面粗糙度的评定参数 GB T3505 2000中规定的有关评定表面粗糙度的参数有幅度参数 Z轴方向 9项 间距参数 X轴方向 1项 混合参数1项以及曲线和相关参数5项 共4大类16项 这里选择介绍下面几种 这几种评定参数有的已在GB T3505 1983中出现过 5 2 2表面粗糙度的评定参数 幅度参数 1 评定轮廓的算术平均偏差Ra arithmeticalmeandeviationoftheassessedRa 在一个取样长度内 纵坐标Z x 绝对值的算术平均值 5 2 2表面粗糙度的评定参数 幅度参数 2 轮廓的最大高度Rz maximumheightofprofileRz 在一个取样长度内 最大轮廓峰高Zp与最大谷深Zv之和的高度 必须指出 这一参数与GB T3505 1983中的 不平度的十点高度 Rz是不同的 不要混淆 5 2 2表面粗糙度的评定参数 幅度参数 3 轮廓单元的平均线高度RC meanheightofprofileelementsRC 在一个取样长度内轮廓单元高度Zt的平均值 5 2 2表面粗糙度的评定参数 幅度参数 选择此参数需要注意 高度和间距辨别力 除非另有规定 省略标注的高度分辨力应为RZ的10 间距分辨力为lr的1 此两条件需同时满足 5 2 2表面粗糙度的评定参数 间距参数 轮廓单元的平均宽度RSm meanwidthoftheprofileelementsRSm 在一个取样长度内轮廓单元宽度Xs的平均值 同理 选择此参数也需要注意 高度和间距分辨力 条件与Rc相同 5 2 2表面粗糙度的评定参数 曲线和相关参数 轮廓的支撑长度率Rmr c materialratiooftheprofileRmr c 在给定水平位置C上轮廓的实体材料长度Ml c 与评定长度之比 即 这里应指出的是 此参数是在评定长度而不是在取样长度上定义的 因为这样提供的曲线和相关参数更稳定 GB T3505 2000所规定的所有表面粗糙度评定参数 在实际中根据需要选用 但幅度参数Ra或 和 Rz是必须标注的 从Ra和Rz的定义可以看出 Ra所反映的轮廓信息量比Rz要多 所以Ra参数是首选 如果零件表面有密封性和耐磨性要求 则还要考虑标间距参数或曲线和相关参数 5 2 2表面粗糙度的评定参数 5 3表面粗糙度符号 代号及其标注 5 3 1表面粗糙度的符号 按GB T131 2006 标注的基本原则 在图样上表示表面粗糙度的符号时 需在图样上用细实线画出 在同一个图上 每个表面一般只标注一次表面粗糙度代号 用不去除材料的方法获得的或是保持原供应状况的表面 一般只标注相应的表面粗糙符号 表面粗糙代号一般注在可见轮廓线 尺寸界线或他们的延长线上 符号尖端从材料外指向表面 5 3 1表面粗糙度的符号 5 3 2表面粗糙度的表示法 表面粗糙度代号是以表面粗糙度符号 参数 参数值及其它有关要求的标注组合形成的 其表面特征各项规定的注写位置如图所示 位置a注写表面结构的单一要求 位置a和b注写两个或多个表面结构要求 在位置a注写第一个表面结构要求 在位置b注写第二个表面结构要求 如果要注写第三个或更多个表面结构要求 图形符号应在垂直方向扩大 以空出足够的空间 扩大图形符号时a和b的位置随之上移 位置c注写加工方法 表面处理 涂层或其他加工工艺要求等 位置d注写表面纹理和方向 注写所要求的表面纹理和纹理的方向 如 x M 位置e注写加工余量 以毫米为单位给出数值 5 3 2表面粗糙度的表示法 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 在图样上标注表面粗糖度符号 代号时 一般应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 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 当在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求时 应在图样符号右上角折线处加一圆圈 标注在图样中工件的封闭轮廓线上 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 5 3 4表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 5 3 3表面粗糙度符号 代号在图样上的标注示例 5 4表面粗糙度的选用 零件表面粗糙度参数的选用 应满足零件表面的功能要求 同时考虑工艺的可行性和经济性 表面粗糙度参数值选杼的合理与否 不仅对产品的使用性能有很大的影响 而且直接影响到产品的质最和制造成本 表面粗糙度的选择包括参数项目和参数数值 5 4 1评定参数的选择 表面粗糙度是一项重要的技术经济指标 它的合理选用不仅影响产品的使用性能和寿命 而且直接关系到产品的质量和经济效益等 所以在选择表面粗糙度时 既要满足零件表面的使用要求 也要考虑其经济合理性 评定参数的选取 首先应考虑对零件使用功能的要求 其次应考虑检测的方便性及仪器设备条件等因素 5 4 1评定参数的选择 在高度评定参数中 Ra参数最常用 因为它反映轮廓信息最多 能较完整 全面地表达零件表面微观几何特征 国家标准推荐 在常用数值 Ra0 025 6 3 m Rz0 1 25 m 内 应优先选用Ra参数 Ra参数通常采用电动轮廓仪用针描法测量 5 4 1评定参数的选择 Rz也是一个常用的基本评定参数 该参数直观易测 用一般光学仪器 如双管显微镜 干涉显微镜等 即可测得 但该参数通常反映轮廓的表面信息有限 不如Ra参数全面 此外 对于仪表 轴承行业中的小零件 往往测量能够长度不是一个取样长度 也选用Rz参数 5 4 1评定参数的选择 一般情况下 选用基本评定参数Ra或Rz控制表面粗糙程度即可满足要求 但当某些关键的主要表面有更多的功能要求时 如涂镀性 抗腐蚀性 减小流体流动摩擦阻力 如车身迎风面 等 就需要加选RSm来控制间距的细密度 对表面耐磨性有较高要求时 如轴瓦 轴承 量具等 需要加选Rmr c 来进一步控制加工表面的特征质量 5 4 1评定参数的选择 5 4 2评定参数值的选用 在满足功能性能要求的前提下 尽可能选用较大的粗糙度参数值 在工程实际中 由于表面粗糙度和功能的关系十分复杂 因而很难准确地确定参数的允许值 在具体设计时 除有特殊要求的表面外 一般多采用经验统计资料用类比法选取 5 4 2评定参数值的选用 根据类比法初步确定表面粗糙度后 再对比工作条件做适当调整 这时应注意下述一些原则 1 同一零件上 工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参数值 5 4 2评定参数值的选用 2 摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小 滚动摩擦表面滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小 运动速度高 单位压力大的摩擦表面 应比运动速度低 单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小 5 4 2评定参数值的选用 3 受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分 如圆角 沟槽 表面粗糙度参数值要小 5 4 2评定参数值的选用 4 配合性质要求高的结合表面 配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠 受重载的过盈配合表面等 都应选取较小的粗糙度参数值 5 4 2评定参数值的选用 5 配合性质相同 零件尺寸愈小则表面粗糙度参数值应愈小 同一精度等级 小尺寸比大尺寸 轴比孔的表面粗糙度参数值要小 6 要求防腐蚀 密封性能好 或者要求外表美观的表面粗糙度数值应较小 5 4 2评定参数值的选用 7 凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定 如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度 则应按该标准确定表面粗糙度参数值 5 4 2评定参数值的选用 5 4 2评定参数值的选用 8 在确定表面粗糙度参数值时 应注意它与尺寸公差和形位公差相协调 一般尺寸公差 表面形状公差小时 表面粗糙度参数值也小 但它们之间不存在确定的函数关系 5 4 2评定参数值的选用 5 4 2评定参数值的选用 5 4 2评定参数值的选用 5 4 3表面粗糙度评定参数的数值规定 5 5表面粗糙度的测量 表面粗糙度样块9339