表面粗糙度及其表示方法

IVI Training Materials Part 1 8企业内部资料 严禁外流 中日表面粗糙度及其表示方法概要中日表面粗糙度及其表示方法概要 1 有关表面粗糙度的相关说明 表面粗糙度是由切削过程中刀具在工件表面上留下的刀痕而产生的 它是机械零件的一个主 要几何精度指标 对零件的性能会产生重要的影响 零件表面粗糙度直接影响零件的配合性质的 稳定性 耐磨性 疲劳强度 抗腐蚀性以及密封性等 因此 关于表面粗糙度测量的研究就一直 没有停止 传统的测量方法有比较法 针描法 光切法 干涉法和印模法等多种 主要是使用样板 电动轮廓仪 光切显微镜 干涉显微镜等多种工具和计量仪器 除样板比较法外 其它各种测量 方法都需在计量室内由专业人员进行测量操作 这很不利于工件加工过程中的现场实时检测和操 作 因此现在还只能留用在原来的样板评定方式 当有争议发生时 再通过计量部门的专业计量来 判定表面粗糙度的具体数值 因此 给实际工作带来诸多不便 表面粗糙度标准的提出和发展与 工业生产技术的发展密切相关 它经历了由定性评定到定量评定两个阶段 表面粗糙度对机器零 件表面性能的影响从 1918 年开始首先受到注意 在飞机和飞机发动机设计中 由于要求用最少材 料达到最大的强度 人们开始对加工表面的刀痕和刮痕对疲劳强度的影响加以研究 但由于测量 困难 当时没有定量数值上的评定要求 只是根据目测感觉来确定 在 20 世纪 20 30 年代 世 界上很多工业国家广泛采用三角符号 的组合来表示不同精度的加工表面 为研究表面粗糙度对零件性能的影响和度量表面微观不平度的需要 从 20 年代末到 30 年代 德国 美国和英国等国的一些专家设计制作了轮廓记录仪 轮廓仪 同时也产生出了光切式显微 镜和干涉显微镜等用光学方法来测量表面微观不平度的仪器 给从数值上定量评定表面粗糙度创 造了条件 从 30 年代起 已对表面粗糙度定量评定参数进行了研究 如美国的 Abbott 就提出了 用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度 1936 年出版了 Schmaltz 论述表面 粗糙度的专著 对表面粗糙度的评定参数和数值的标准化提出了建议 但粗糙度评定参数及其数 值的使用 真正成为一个被广泛接受的标准还是从 40 年代各国相应的国家标准发布以后开始的 首先是美国在 1940 年发布了 ASA B46 1 国家标准 之后又经过几次修订 成为现行标准 ANSI ASME B46 1 1988 表面结构表面粗糙度 表面波纹度和加工纹理 该标准采用中线制 并 将 Ra 作为主参数 接着前苏联在 1945 年发布了 GOCT2789 1945 表面光洁度 表面微观几何形 状 分级和表示法 国家标准 而后经过了 3 次修订成为 GOCT2789 1973 表面粗糙度参数和特 征 该标准也采用中线制 并规定了包括轮廓均方根偏差 即现在的 Rq 在内的 6 个评定参数及其 相应的参数值 另外 其它工业发达国家的标准大多是在 50 年代制定的 如联邦德国在 1952 年 2 月发布了 DIN4760 和 DIN4762 有关表面粗糙度的评定参数和术语等方面的标准等 最早人们是用标准样件或样块 通过肉眼观察或用手触摸 对表面粗糙度做出定性的综合评 定 1929 年德国的施马尔茨 G Schmalz 首先对表面微观不平度的深度进行了定量测量 1936 年美 国的艾卜特 E J Abbott 研制成功第一台车间用的测量表面粗糙度的轮廓仪 1940 年英国 Taylor Hobson 公司研制成功表面粗糙度测量仪 泰吕塞夫 TALYSURF 以后 各国又相继研制出多种测 量表面粗糙度的仪器 目前 测量表面粗糙度常用的方法有 比较法 光切法 干涉法 针触 描 法和印模法等 而测量迅速方便 测值精度较高 应用最为广泛的就是采用针描法原理的表面粗 糙度测量仪 需要了解的基本术语 CB T3505 表面粗糙度 是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征 取样长度 l 用于鉴别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度 评定长度 ln 评定轮廓所必须的一段长度 它可包括一个或几个取样长度 基准线 面 用以评定表面粗糙度参数的给定的线 面 轮廓偏距 y 在测量方向上轮廓线上的点与基准线之间的距离 轮廓的最小二乘中线 简称中线 m 具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线 在取样长度 IVI Training Materials Part 2 8企业内部资料 严禁外流 内使轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和为最小 轮廓支承长度 p 在取样长度内 一平行于中线的线与轮廓相截所得到的各段截线长度之和 2GB 中表面粗糙度参数及其数值 2 1 表面粗糙度的主要评定参数及其数值 参见 GB T1031 1995 轮廓算术平均偏差 在取样长度 l 内轮廓偏距绝对值的算术平均值 Ra Ra 1 0 Rz 微观不平度十点高度 在取样长度内 5 个最大的轮廓峰高的平均值与 5 个最大的轮廓谷深 的平均值之和 Ry 轮廓最大高度 指在取样长度内轮廓峰顶和轮廓谷底线之间的距离 这三个参数可根据需要单独任选一个或其中两个 在常用的参数值 Ra 0 025 m 6 3 m Rz 0 100 m 25 m 的范围内 推荐优先选用 Ra 以便于用粗糙度比较样块 或精度较高的触针式轮廓仪测量 并与世界大多数国家取得统一 对要求 Ra小于 0 025 m 或大于 6 3 m 的表面粗糙度 也可选取 Rz 以便于用光学仪器检测 对测量部位小 峰谷少或有疲劳强 度要求的表面 可选取 Ry作为评定参数 Ra Rz和 Ry的数值系列如下 一般情况下 Ry Rz Ra Rz和 Ra的大致关系 Rz 4Ra或 5Ra Ry 4 7 Ra 2 2 附加的评定表面粗糙度的参数 根据表面功能的需要 除选用上述高度参数外 还可选用下列三项有关间距特性或形状特性 的附加的评定参数 其数值 GB 中也有规定 Sm 轮廓微观不平度的平均间距 在取样长度内轮廓微观不平度的间距平均值 S 轮廓的单峰平均间距 在取样长度内轮廓的单峰间距的平均值 tp 轮廓支承长度率 轮廓支承长度 p与取样长度 l 之比 附加评定参数 Sm S 和 tp一般不能作为独立参数选用 如需控制某项要求 如密封性 耐磨 性等 时可附加选用 即选用高度参数外 附加选用 tp参数控制表面的耐磨等性能 IVI Training Materials Part 3 8企业内部资料 严禁外流 2 3 表面粗糙度的符号 代号及其参数的标注方法 参见 GB T131 1993 GB T131 1993 机械制图 表面粗糙度代号及其注法 规定了零件表面粗糙度代号及其在图样 上的注法 表面粗糙度的符号 代号极其参数标注方法的简要说明如下 IVI Training Materials Part 4 8企业内部资料 严禁外流 当允许在表面粗糙度参数的 所有实测值中超出规定值的个数少于总数的 16 时 应在图样上 e IVI Training Materials Part 5 8企业内部资料 严禁外流 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出规定 值时 应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值 若需要注出 Sm S 和 tp时 应注在符 号长边的横线下面 数值写在相应代号的后面 若某表面粗糙度要求按指定的加工方法获得 可 用文字标注在符号长边的上面 表面粗糙度的标注符号的尖端必须从材料外指向表面 使用最多 的一种粗糙度代号统一注在图样右上角 前面加注 其余 二字 加工纹理符号有 纹理平行 于标注代号的视图投影面 纹理垂直于标注代号的视图投影面 X 纹理呈相交方向 C 纹理呈近似同心圆 等 2 4 表面粗糙度的表面特征 加工方法及应用举例 2 5 普通材料和一般生产过程得到的典型粗糙度数值 选择表面粗糙度时既要满足零件表面的使用要求 又要考虑加工的经济性 列举如下不同加 IVI Training Materials Part 6 8企业内部资料 严禁外流 工方法可能达到的经济合理的表面粗糙度值 2 6 新旧 GB 粗糙度对照表 表面光洁度 1 2 3 4 5 6 7 50 25 12 5 6 3 3 2 1 60 0 80 表面粗糙度 200 100 50 25 12 5 6 3 6 3 表面光洁度 8 9 10 11 12 13 14 0 40 0 20 0 100 0 050 0 025 0 012 表面粗糙度 3 2 1 60 0 80 0 400 20 0 100 0 050 注 按照 GB1031 1983 规定取新 GB 的 Ra Rz第一系列的最小值 3 JIS 中表面粗糙度及其表示方法 有关表面粗糙度的 JIS 标准 根据国际标准 ISO 变化情况于 2001 年进行了大幅度的修订 按照 JIS B 0601 1976 的相关规定 表面粗糙度采用最大高度的算术平均值 见下表 表面粗糙度 符号Rmax 0 05S 0 1 S 0 2 S 0 4 S 0 8 S 1 6 S 3 2 S 6 3 S 12 5 S 18S25S35S50S 100 S 最大高度允 许最大值 m 0 050 10 20 40 81 63 26 312 518253550100 标准取样长 0 250 82 58 IVI Training Materials Part 7 8企业内部资料