中南大学互换性与测量技术基础课件-第4章表面粗糙度

第4章表面粗糙度表面粗糙度是衡量物体表面微观几何形状的指标，反映了表面加工后所呈现的凹凸不平程度。表面粗糙度在机械制造、材料科学、精密加工等领域具有重要意义，影响着产品的性能、寿命、精度以及外观等方面。ppbypptppt4.1表面粗糙度的定义1表面粗糙度表面粗糙度是衡量物体表面微观几何形状的指标，反映了表面加工后所呈现的凹凸不平程度。2粗糙度参数表面粗糙度通常用各种参数来描述，例如算术平均粗糙度Ra、最大高度粗糙度Rz等。3测量方法表面粗糙度可以使用各种方法测量，包括触针式测量、光学式测量和扫描探针测量。表面粗糙度的概念表面粗糙度表面粗糙度是指物体表面微观几何形状的偏差程度。它反映了表面加工后所呈现的凹凸不平程度。测量指标表面粗糙度通常用各种参数来描述，例如算术平均粗糙度Ra、最大高度粗糙度Rz等。表面粗糙度的重要性提高零件寿命表面粗糙度影响零件的磨损和疲劳强度，粗糙度越小，零件使用寿命越长。降低摩擦系数表面粗糙度影响摩擦力，粗糙度越小，摩擦系数越低，减少能量损失。提高精度表面粗糙度影响尺寸精度和形位公差，粗糙度越小，精度越高。降低噪音和振动表面粗糙度影响噪声和振动，粗糙度越小，噪音和振动越低。4.2表面粗糙度的参数算术平均粗糙度RaRa是表面粗糙度的最常用参数，它反映了表面轮廓线偏离中线的平均偏差。最大高度粗糙度RzRz表示表面轮廓线上五个最大峰顶到五个最小谷底的距离的平均值，反映了表面粗糙度的整体高度。平均粗糙深度RqRq表示表面轮廓线在基准线以下部分的平均深度，反映了表面粗糙度的凹陷程度。最大粗糙深度RyRy表示表面轮廓线在基准线以下部分的最大深度，反映了表面粗糙度的最大凹陷程度。算术平均粗糙度Ra定义Ra表示表面轮廓线偏离中线的平均偏差，是最常用的表面粗糙度参数。测量Ra可以通过触针式、光学式或扫描探针等测量方法获得。意义Ra反映了表面整体的粗糙程度，影响着摩擦、磨损、疲劳强度等性能。最大高度粗糙度Rz定义Rz表示表面轮廓线上五个最大峰顶到五个最小谷底的距离的平均值，反映了表面粗糙度的整体高度。测量Rz可以通过触针式测量仪器获得，通过测量表面轮廓线上的多个峰谷距离来计算。应用Rz常用于评价表面粗糙度的整体水平，适用于要求表面较高的零件，例如精密轴承。平均粗糙深度Rq1定义Rq表示表面轮廓线在基准线以下部分的平均深度，反映了表面粗糙度的凹陷程度。2测量Rq可以通过触针式测量仪器获得，通过测量表面轮廓线在基准线以下的多个点的深度来计算。3应用Rq常用于评价表面粗糙度的凹陷程度，适用于要求表面光滑平整的零件，例如模具、精密加工部件。最大粗糙深度Ry定义Ry表示表面轮廓线在基准线以下部分的最大深度。它反映了表面粗糙度的最大凹陷程度。测量Ry可以通过触针式测量仪器获得，通过测量表面轮廓线在基准线以下的最大深度来计算。应用Ry常用于评价表面粗糙度的最大凹陷程度，适用于要求表面光滑平整的零件，例如精密模具、精密加工部件。4.3表面粗糙度的测量1触针式测量使用触针扫描表面轮廓。2光学式测量利用光学原理测量表面形貌。3扫描探针测量利用微型探针扫描表面形貌。表面粗糙度测量方法多种多样，每种方法都有其优缺点和适用范围。选择合适的测量方法取决于被测零件的尺寸、形状、材料和精度要求。触针式测量原理触针式测量仪利用触针扫描被测表面的轮廓，将触针的位移信号转化为电信号，并进行数据处理，得到表面粗糙度参数。优点触针式测量仪测量精度高，可测量多种材料的表面粗糙度，应用范围广泛。缺点触针式测量仪测量速度慢，对被测表面有一定的破坏性，不适合测量易损的表面。应用触针式测量仪广泛应用于机械加工、模具制造、航空航天等领域，用于测量零件的表面粗糙度。光学式测量原理光学式测量仪利用光学原理，通过测量光束在表面上的反射或散射信息来获取表面形貌。优点光学式测量仪测量速度快，非接触式测量，对被测表面无损，适合测量易损表面。应用光学式测量仪广泛应用于微纳米加工、半导体制造、生物医学等领域，用于测量精密零件的表面粗糙度。扫描探针测量原理扫描探针测量仪利用微型探针扫描被测表面的形貌，将探针的位移信号转化为电信号，并进行数据处理，得到表面粗糙度参数。优点扫描探针测量仪测量精度高，可测量纳米级的表面粗糙度，适用于测量微纳米尺度的表面。缺点扫描探针测量仪测量速度慢，价格昂贵，操作复杂，不适合测量大面积的表面。应用扫描探针测量仪广泛应用于微纳米加工、半导体制造、生物医学等领域，用于测量微纳米尺度的零件的表面粗糙度。4.4表面粗糙度的影响因素1加工工艺不同的加工工艺会产生不同的表面粗糙度。2加工参数切削速度、进给量、切深等加工参数会影响表面粗糙度。3工件材料工件材料的硬度、韧性等特性会影响表面粗糙度。表面粗糙度受多种因素影响，这些因素相互作用，共同决定了最终的表面粗糙度水平。了解这些影响因素，可以帮助我们更好地控制表面粗糙度，提高产品质量。加工工艺铣削铣削加工会产生较粗糙的表面。铣削加工过程中，切削刃会形成明显的切削痕迹。车削车削加工可获得较光滑的表面。车削加工过程中，切削刃以较小的切削量进行切削。磨削磨削加工可获得极高的表面光洁度。磨削加工过程中，使用磨料对工件进行研磨。抛光抛光加工可获得镜面效果。抛光加工过程中，使用抛光剂对工件进行抛光。加工参数切削速度切削速度影响表面粗糙度，切削速度越快，表面粗糙度越小。但是，切削速度太快会降低刀具寿命。进给量进给量也影响表面粗糙度，进给量越大，表面粗糙度越大。但是，进给量过大也会导致刀具磨损过快。切深切深也影响表面粗糙度，切深越大，表面粗糙度越大。但是，切深过大也会降低刀具寿命。工件材料材料硬度材料的硬度会影响表面粗糙度。硬度高的材料，例如钢，更容易加工成光滑的表面。硬度低的材料，例如铝，更容易产生粗糙的表面。材料韧性材料的韧性也会影响表面粗糙度。韧性高的材料，例如铜，更容易产生光滑的表面。韧性低的材料，例如陶瓷，更容易产生粗糙的表面。4.5表面粗糙度的控制1合理选择加工工艺选择合适的加工工艺可以有效地控制表面粗糙度。2优化加工参数调整切削速度、进给量、切深等加工参数可以细化表面粗糙度。3改善工件材料使用更适合的材料，可以获得更理想的表面粗糙度。合理选择加工工艺铣削铣削加工适合加工平面、沟槽和复杂形状。铣削加工速度快，但表面粗糙度较高。车削车削加工适合加工轴类零件和圆柱形零件。车削加工速度快，表面粗糙度中等。磨削磨削加工适合加工高精度零件和要求表面光洁度的零件。磨削加工速度慢，但表面粗糙度极低。抛光抛光加工适合加工要求镜面效果的零件。抛光加工速度慢，但表面粗糙度最低。优化加工参数切削速度调整切削速度可以有效控制表面粗糙度。速度过快会导致表面粗糙度减小，但刀具寿命也会降低。进给量进给量也影响着表面粗糙度。适当调整进给量可以改善表面光洁度。切深切深过大容易造成表面粗糙度增大。合理控制切深，可以获得更好的表面质量。改善工件材料材料选择选择更适合的材料可以改善表面粗糙度，例如使用更硬或更韧的材料。表面处理对工件进行表面处理，例如喷丸处理或滚珠磨削，可以提高材料的表面质量，降低表面粗糙度。材料热处理热处理可以改善材料的组织结构，提高材料的硬度和韧性，从而降低表面粗糙度。4.6表面粗糙度的应用1机械零件的表面质量影响零件的配合精度、密封性能、耐磨性等2产品的使用性能影响产品的使用寿命、可靠性和稳定性3产品的外观质量影响产品的美观度和市场竞争力表面粗糙度对产品质量和性能具有重要影响。合适的表面粗糙度可以提高零件的配合精度，增强产品的耐磨性，延长使用寿命。机械零件的表面质量配合精度表面粗糙度影响零件的配合精度，例如轴和孔的配合。密封性能表面粗糙度会影响密封性能，表面越光滑，密封性越好。耐磨性表面粗糙度会影响零件的耐磨性，表面越光滑，耐磨性越好。疲劳强度表面粗糙度会影响零件的疲劳强度，表面越光滑，疲劳强度越高。产品的使用性能使用寿命表面粗糙度会影响零件的耐磨性，进而影响产品的使用寿命。可靠性光滑的表面可以减少摩擦，降低零件的磨损，提高产品运行的可靠性。稳定性表面粗糙度会影响产品的稳定性，例如减少振动和噪音。产品的外观质量美观表面粗糙度会影响产品的整体美观度，光滑的表面更能吸引消费者。时尚表面粗糙度可以影响产品的时尚感，光滑的表面更符合现代审美，提升产品的市场竞争力。质感表面粗糙度可以提升产品的质感，例如通过磨砂或抛光处理，可以增强产品的精致度和高级感。4.7表面粗糙度的国标和规范GB/T3505-2008该标准规定了表面粗糙度的参数、测量方法和评定方法，适用于各种机械零件的表面粗糙度检测。GB/T1172-2008该标准规定了表面粗糙度的术语和定义，为表面粗糙度的测量和控制提供了基础。其他相关标准除了上述两个标准外，还有其他相关标准，例如GB/T19000-2000质量管理体系，用于规范表面粗糙度的质量控制。GB/T3505-2008表面粗糙度参数该标准规定了表面粗糙度的基本参数，例如Ra,Rz,Rq和Ry等。测量方法GB/T3505-2008包含了多种表面粗糙度测量方法，例如触针式、光学式和扫描探针式等。评定方法标准提供了多种方法来评估表面粗糙度，包括数据分析、图表解读和等级评定。应用范围该标准适用于各种机械零件的表面粗糙度检测，确保产品质量和性能。GB/T1172-2008表面粗糙度术语GB/T1172-2008定义了表面粗糙度的术语和定义，为表面粗糙度的测量和控制提供了基础。该标准规范了表面粗糙度相关的术语，例