机械精度设计与测量技术表面粗糙度PPT课件

1 第四章表面粗糙度 第一节概述一 表面粗糙度 surfaceroughness 的定义经机械加工后的零件表面 由于刀具或砂轮切削后遗留的刀痕 切削过程中切屑分离时产生的塑性变形以及机床的振动等原因 会使被加工零件的表面存在一定的几何形状误差 其中造成零件表面的凹凸不平 形成微观几何形状误差的较小间距 通常波距小于lmm 的峰谷 称为表面粗糙度 它是一种微观几何形状误差 也叫做微观不平度 表面粗糙度与表面波纹度 表面形状误差的区别 通常按相邻两波峰或两波谷之间的距离 即按波距的大小来划分 一般而言波距小于1mm 大体呈周期性变化的属于表面粗糙度 即微观几何形状误差 的范围 波距在1 10mm之间并呈周期性变化的属于表面波纹度 即中间几何形状误差 的范围 波距在10mm以上而无明显周期变化的属于表面形状误差 即宏观几何形状误差 的范围 如图4 1所示 2 图4 1表面粗糙度 波纹度 形状误差 3 二 表面粗糙度对零件使用性能的影响1 对零件耐磨性的影响由于零件表面存在着微观几何形状误差 当两个表面作相对运动时 只能在轮廓的峰顶处发生接触 从而减少了接触面积 比压增大 使零件表面磨损速度增快 一般来说表面越粗糙 磨擦阻力越大 耐磨性越低 但是如果表面太光滑 不利于贮存润滑油 则两个接触面会形成干磨擦或半干磨擦 以及分子间的吸附作用等 反而使磨擦系数增大 会加剧表面磨损 2 对接触刚度的影响表面越粗糙 表面间的实际接触面积就越小 则单位面积上的压力就越大 使得峰顶处的局部塑性变形加剧 接触刚度下降 从而影响零件的工作精度和抗振性 3 对配合性质的影响表面粗糙度会影响配合性质的稳定性 对于间隙配合 会因微观不平度的峰顶在相对运动过程中很快磨掉而使间隙增大 对于过盈配合 则因装配时表面的峰顶被挤平 使实际过盈减小 降低连接强度 对于过渡配合 表面粗糙度也有使配合变松的影 4 4 对抗疲劳强度的影响零件表面越粗糙 凹痕越深 波谷的曲率半径也越小 对应力集中越敏感 特别是当零件承受交变载荷作用的时候 由于应力集中的影响 使疲劳强度降低 导致零件表面产生裂纹而损坏 5 对抗腐蚀性的影响表面越粗糙 腐蚀性气体或液体越易在谷底处聚集 并渗入到金属内部 造成零件表面锈蚀 此外表面粗糙度还影响结合面的密封性 影响零件的美观性等等 所以表面粗糙度是衡量产品质量的一个重要指标 5 第二节表面粗糙度的评定一 术语和定义1 滤波器 profilefilter 滤波器是确定表面粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器 2 滤波器 profilefilter 滤波器是指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 3 原始轮廓 primaryprofile 原始轮廓是指在应用短波长滤波器之后的总的轮廓 4 粗糙度轮廓 roughnessprofile 粗糙度轮廓是指对原始轮廓采用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 以下所涉及到的轮廓如果没有特殊说明 都是指粗糙度轮廓 6 二 评定基准为了合理 准确地评定被测表面的粗糙度 需要确定间距和幅度两个方向的评定基准 即取样长度 评定长度和轮廓中线 1 取样长度 samplinglength 取样长度是指用于判别被评定轮廓不规则特征的X轴方向上的长度 即测量和评定表面粗糙度时所规定的X轴方向上的一段长度 如图4 2所示 取样长度在数值上与滤波器波器的标志波长相等 X轴方向与间距方向一致 如图4 3所示 规定取样长度是为了限制和减弱宏观几何形状误差 尤其是表面波纹度对测量结果的影响 国家标准规定取样长度按表面粗糙程度选取相应的取样长度数值 它应该至少包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷 2 评定长度ln evaluationlength 评定长度是用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度 由于零件表面粗糙度不均匀 在一个取样长度上往往不能合理地反映整个表面粗糙度特征 因此在测量和评定时需要规定一段最小长度作为评定长度 评定长度包含几个取样长度 如图4 2所示 一般情况下取ln 5lr 如果被测表面均匀性较好 可选ln 5lr 被测表面均匀性较差时 可选ln 5lr 7 图4 2取样长度和评定长度n 图4 3 8 3 轮廓中线 meanlines 用轮廓滤波器抑制了长波轮廓成分相对应的中线 即具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线 也就是用来评定表面粗糙度参数值的给定线 轮廓中线有两种 轮廓最小二乘中线 m 轮廓最小二乘中线是指在取样长度内 使轮廓上各点的纵坐标值Zi x 平方和为最小的线 即为最小 纵坐在轮廓图形上确定最小二乘中线较为困难 实际应用中经常采用算术平均中线 轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线是指在取样长度内具有几何轮廓形状与轮廓走向一致的基准线 并由该线将轮廓划分为两部分 使得上 下两边的面积之和相等 如图4 所示 9 图 轮廓中线 图4 5轮廓算术平均偏差 10 三 表面粗糙度的评定参数 parameters 为了满足对零件表面不同的功能要求 国家标准GB T3505 2000根据表面微观几何形状幅度 间距和形状等三个方面的特征 规定了相应的评定参数 1 幅度参数 高度参数 轮廓的算术平均偏差Ra arithmeticalmeandeviationoftheassessedprofile 轮廓的算术平均偏差Ra是指在一个取样长度内 纵坐标Z x 绝对值的算术平均值 如图4 所示 用公式表示为 或近似为 11 轮廓最大高度Rz maximumbeightofprofile 轮廓最大高度Rz是指在一个取样长度内 最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和的高度 如图4 6所示 用公式表示为 Rz Zpmax Zvmax式中 Zpmax表示最大轮廓峰高 Zvmax表示最大轮廓谷深 取正值 图4 6轮廓的最大高度 12 2 间距参数轮廓单元的平均宽度RSm meanwidthoftheprofileelements 轮廓单元的平均宽度RSm是指在一个取样长度内粗糙度轮廓单元宽度Xs的平均值 如图4 7所示 图4 7轮廓单元的平均宽度 13 3 混合参数 形状参数 轮廓的支承长度率Rmr c materialratiooftheprofile 轮廓的支承长度率是指在给定水平位置C上轮廓的实体材料长度Ml c 与评定长度的比率 如图4 8所示 图4 8支承比率曲线 14 轮廓的实体材料长度Ml c 轮廓的实体材料长度是指在评定长度内 一平行于X轴的直线从峰顶线向下移一水平截距c时 与轮廓相截所得的各段截线长度之和 如图4 8 a 所示 即轮廓的水平截距c可用微米或用它占轮廓最大高度百分比表示 由图4 8 a 可以看出 支承长度率是随着水平截距的大小而变化的 其关系曲线叫做支承长度率曲线 如图4 8 b 所示 支承长度率曲线对于反映表面耐磨性具有显著的功效 即从中可以明显看出支承长度的变化趋势 而且比较直观 间距参数RSm与混合参数Rmr c 相对于基本参数 Ra和Rz 而言 称为附加参数 其应用仅限于零件的重要表面并且有特殊使用要求的时候 15 第三节表面粗糙度的选用一 评定参数的选用 幅度参数的选用幅度参数 Ra和Rz 是国家标准规定的基本参数 可以独立选用 凡是有表面粗糙度要求的表面 必须选用一个幅度参数 一般情况下可以从幅度参数Ra和Rz中任选一个 但在常用值范围内 Ra为0 025 6 3 m 优先选用Ra参数 因为一般情况下都是采用电动轮廓仪测量零件表面的Ra值 而这种仪器的测量范围为0 02 8 m Rz值通常用光学仪器中的双管显微镜或干涉显微镜测量 表面粗糙度要求特别高或特别低 0 008 Ra 0 025 m或100 Ra 6 3 m 的时候 选用Rz参数 Rz参数用于测量部位小 峰谷小或有疲劳强度要求的零件表面的评定 2 附加参数的选用对附加评定参数RSm或Rmr c 一般不能作为独立参数选用 只有少数零件的重要表面并且有特殊使用要求的时候才附加选用 RSm主要应用在对喷涂性能 冲压成形时抗裂纹 抗震 抗腐蚀 减小流体流动摩擦阻力等有要求的场合 支承长度率Rmr c 主要应用在对耐磨性 接触刚度要求较高的场合时选用 16 二 参数值的选用国家标准GB T1031 1995对表面粗糙度的参数值大小进行了规定 Ra Rz RSm Rmr c 的参数值分别见表4 1 表4 4 表4 1Ra的参数值 m 摘自GB T1031 1995 表4 2Rz的参数值 m 摘自GB T1031 1995 17 表4 3RSm的参数值 mm 摘自GB T1031 1995 表4 4Rmr c 的参数值 摘自GB T1031 1995 18 第四节表面粗糙度符号 代号及其标注方法 图样上所标注的表面粗糙度符号 代号是该表面完工后的要求 表面粗糙度的标注必须符合国家标准GB T131 1993的规定 一 表面粗糙度的符号表面粗糙度的符号见表4 7 如果仅需要加工 采用去除材料的方法或不去除材料的方法 但对表面粗糙度的其他规定没有要求时 允许只标注表面粗糙度的符号 二 表面粗糙度的代号及其标注方法 表面粗糙度基本参数的标注表面粗糙度幅度参数是基本参数 Ra用数值表示时 参数值前不标注参数代号Ra Rz的参数值前需标注出相应的参数代号Rz 幅度参数的单位是微米 m 表面粗糙度幅度参数的各种标注方法及其意义如表4 8所示 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 19 表4 7表面粗糙度的符号 摘自GB T131 1993 20 表4 8表面粗糙度幅度参数的标注及意义 摘自GB T131 1993 21 2 表面粗糙度附加参数的标注表面粗糙度如果需要标注附加参数RSm和Rmr c 的时候 应该标注在符号长边的横线下面 数值写在相应的代号后面 如图4 10所示 图4 10中 a 表示RSm上限值的标注 b 表示RSm最大值的标注 c 表示Rmr c 的标注 表示水平位置c在Rz的50 位置上 Rmr c 为70 此时Rmr c 为下限值 d 表示Rmr c 最小值的标注 图4 10附加参数的标注 a b c d 22 3 表面粗糙度其它项目的标注表面粗糙度的数值及其有关规定在符号中注写的位置如图4 11所示 如果按国家标准GB10610 1989的规定选用对应的取样长度时 在图样上可省略标注 否则应按图4 12 a 所示的方法标注取样长度0 8mm 如果某表面的粗糙度要求由指定的加工方法 如铣削 获得时 可用文字标注在图4 11规定之处 如图4 12 b 所示 如果需要标注加工余量 设加工总余量为7mm 应将其标注在图4 11规定之处 如图4 12 c 所示 如果需要控制表面加工纹理方向时 可在图4 11的规定之处 加注加工纹理方向符号 如图4 12 d 所示 国家标准规定了加工纹理方向符号 如表4 9所示 图4 11表面粗糙度代号标注 图4 12表面粗糙度其它项目标注 23 表4 9加工纹理方向符号 GB T131 1993 24 4 表面粗糙度在图样上的标注方法表面粗糙度的符号 代号一般标注在可见轮廓线 尺寸线 尺寸界线 引出线或它们的延长线上 并且符号的尖端必须从材料外指向表面 如图4 13所示 其中标注在螺纹直径上的符号表示螺纹工作表面的粗糙度 在同一图样上 每一个表面一般只标注一次符号和代号 并尽可能地靠近有关的尺寸线 当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时 其符号和代号可在图样的右上角统一标注 其符号 代号和文字说明的高度都应该是图形上其它表面所标注代号和文字的1 4倍 当被测表面在不同方位并且带有横线的表面粗糙度符号应该如图4 14所示的规定进行标注 图4 13表面粗糙度标注典型图例 图4 14表面粗糙度标注典型图例 25 第五节形GB T3505 2001和GB T3505 19