《常用工程材料》-第5章

任务5-1了解表面粗糙度表面粗糙度的概念表面上的微观的几何形状误差称为表面粗糙度，又称微观不平度。表面粗糙度主要是由加工过程中刀具和被加工表面间的摩擦、切削过程中切屑分离时表层金属材料的塑性变形以及工艺系统的高频振动所引起。下一页返回任务5-1了解表面粗糙度表面粗糙度对零件使用性能的影响摩擦和磨损方面表面越粗糙，摩擦因数就大，摩擦阻力也越大，使零件配合面的磨损加剧。配合性质方面表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合，粗糙的表面会因峰尖很快磨损而使间隙逐渐加大;对过盈配合，则因装配表面的峰顶被挤平，使有效实际过盈减少，影响联结强度。下一页上一页返回任务5-1了解表面粗糙度疲劳强度方面表面越粗糙，一般表面微观不平的凹痕就越深，交变应力作用下的应力集中就会越严重，越易造成零件抗疲劳强度的降低导致失效。耐腐蚀性方面粗糙的表面、腐蚀性气体或液体易于通过表面微观凹谷渗入到金属内层，造成表面锈蚀。接触刚度方面表面越粗糙，表面间接触面积就越小，致使单位面积受力就增大，造成峰顶处的局部塑性变形加剧，接触刚度下降，影响机器工作精度和平稳性。上一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准取样长度L取样长度是指用于判别被评定轮廓的不规则特征的一段长度。取样长度应与表面粗糙度的要求相适应(表5-1)。取样长度过短，不能反映表面粗糙度的实际情况;取样长度过长，表面粗糙度的测量值又会把表面波度的成分包括进去。在取样长度范围内，一般应包含5个以上的轮廓峰和轮廓谷。下一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准评定长度Ln评定长度是指用于判别被评定轮廓表面粗糙度所必须的一段长度。为了充分合理地反映表面的特性，通常取几个取样长度来评定表面粗糙度，一般情况下:Ln=5L下一页上一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准基准线用以测量或评定表面粗糙度数值大小的一条参考线称为基准线，基准线通常有轮廓最小二乘中线和轮廓算术平均中线两种:轮廓最小二乘中线(简称中线)在取样长度范围内，实际被测轮廓线上的各点至一条假想线的距离的平方和为最小轮廓算术平均中线在取样长度内，由一条假想线将实际轮廓分成上、下两部分，而且使上部分面积之和等于下部分面积之和下一页上一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准评定参数高度特征参数—主参数轮廓算术平均偏差在取样长度内，被测表面轮廓上各点至基准线距离Y、的绝对值的平均值(图5-4)。公式表示为y(x)为表面轮廓上点到基准线的距离;yi从为表面轮廓上第i个点到基准线的距离;Z为取样长度;x为取样数。下一页上一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准微观不平度十点高度Rz在取样长度内，被测实际轮廓上5个最大轮廓峰高的平均值与5个最大轮廓谷深的平均值之和(如图5-5)公式表示为：式中yPi为第i个最大轮廓峰高;.yvi为第i个最大轮廓谷深，谷深不取成负值。轮廓最大高度Ry在取样长度内，轮廓的峰顶线与轮廓谷底线之间的距离。公式表示为：下一页上一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准间距特征参数一附加参数轮廓的单峰平均间距S在取样长度内轮廓的单峰间距Si的算术平均值(图5-6)。

所谓轮廓单峰间距Si是指两相邻单峰的最高点之间距离投影在中线上的长度。N—轮廓单峰的个数;Si—第i个轮廓单峰间距。下一页上一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准轮廓微观不平度的平均间距Sm在取样长度内轮廓微观不平度间距Smi的平均值。所谓轮廓微观不平度的间距Smi是指轮廓峰和相邻的轮廓谷在中线上的一段长度。形状特征参数一附加参数轮廓的支承长度率tP在取样长度内，一平行于基准线的直线从峰顶线向下移到某一水平位置时，与轮廓相截所得到的各段截线长度bi之和与取样长度l之比，如图5-7所示。下一页上一页返回任务5-2介绍表面粗糙度国家标准表面粗糙度国家标准表面粗糙度的评定参数值已经标准化，设计时应根据国家标准规定的参数值系列选取。国家标准GB1031—1995要求优先选用基本系列值。表面粗糙度的高度特征参数值系列见表5-2和表5-3上一页返回任务5-3选用表面粗糙度参数

及其数值表面粗糙度参数的选择首先满足使用性能要求，其次兼顾经济性。即在满足使用要求的前题下，尽可能降低表面粗糙度要求，放大表面粗糙度允许值。对于光滑表面和半光滑表面，一般采用Ra作为评定参数。Ra值反映实际轮廓微观几何形状特性的信息量大，而且Ra值用触牛l一式电动轮廓仪测量比较容易。对于极光滑和极粗糙表面，宜采用Rx作为评定参数。Rx值通常用非接触式的光切显微镜测量。但Rx不如Ra对表面微观几何形状特征反映的全面。下一页返回任务5-3选用表面粗糙度参数

及其数值对不允许出现较大加工痕迹和受交变应力作用的表面，应采用Ry作为评定参数。Ry概念简单、测量简便，但Ry不如Ra或Rx反映全面。因此对于狭小表面，Ry具有实际意义。另外可按实际情况，Ry与Ra或Rx联用，综合控制表面粗糙度。对密封性要求高的表面，可使用间距特性参数5和5。对耐磨性要求高的表面可规定tp下一页上一页返回任务5-3选用表面粗糙度参数

及其数值表面粗糙度参数值的选择具体选用时多用类比法来确定粗糙度的参数值。按类比法选择表面粗糙度参数值时，可先根据经验资料初步选定表面粗糙度参数值，然后再对比工作条件作适当调整。调整时主要考虑以下几点:同一零件上，工作表面的粗糙度值应比非工作表面小。摩擦表面的粗糙度值应比非摩擦表面小。对有相对运动的工件表面，运动速度愈高，其粗糙度值也应愈小。单位面积压力大或受交变应力作用的重要零件的圆角、沟槽表面粗糙度值应选小值。下一页上一页返回任务5-3选用表面粗糙度参数

及其数值配合性质要求越稳定，表面粗糙度值应越小。配合性质相同时，尺寸愈小的结合面，表面粗糙度值也应越小。同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。有防腐蚀、密封性要求和外表美观的表面，其表面粗糙度参数值应小。表面粗糙度值应与尺寸公差、形位公差相适应。通常，零件的尺寸公差、形位公差要求高时，表面粗糙度值应较。遇到已有专门标准对表面粗糙度作出要求的，应按专门标准来确定各典型表面的表面粗糙度参数值。在实际工作经验不足的情况下，可以参照表5-4和表5-5上一页返回任务5-4掌握表面粗糙度代号

及其标注表面粗糙度符号表面粗糙度的符号有三种形式，见表5-7。表面粗糙度的代号表面粗糙度的代号由表面粗糙度符号和表面粗糙度参数字母代号及数值和各种有关规定注写内容组成。见表格5-8表面粗糙度代号的标注示例表5-9列出了表面粗糙度的代号标注示例，在标注表面粗糙度的代号时，要注意加工方法、表面粗糙度参数及其数值的上限值(下限值)和最大值(最小值)、加工纹理方向、取样长度等的正确注写。下一页返回任务5-4掌握表面粗糙度代号

及其标注表面粗糙度在零件图中的标注注意事项表面粗糙度代号一般标注在可见轮廓线、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表面。表面粗糙度的代号中数字书写的方向必须按机械制图中尺寸标注的规定，注意尺寸标注的“30°”禁区内应使用引线引出后标注。重复要素的表面(齿轮齿面、花键键槽表面)，表面粗糙度的代号只标注一次。表面粗糙度的“其余”代号标注在图样的右上角。下一页上一页返回任务5-4掌握表面粗糙度代号

及其标注表面粗糙度代(符)号在图样上的标注实例表面粗糙度代(符)号应注在可见轮廓线、尺寸界线或其延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面，数字及符号的注写方向必须与尺寸数字方向一致。上一页返回任务5-5学习表面粗糙度的检测比较法比较法是指将被测表面与已知高度特征参数值的粗糙度样板相比较，从而判断表面粗糙度的一种检测方法。比较法简单易行，适于在车间使用。缺点是评定结果的可靠性很大程度上取决于检测人员的经验。比较法仅适用于评定表面粗糙度要求不高的工件。比较时，可用肉眼观察、手动触摸，也可借助显微镜、放大镜。所用粗糙度样板的材料、形状及加工方法应尽可能与被测表面一致。下一页返回任务5-5学习表面粗糙度的检测光切法光切法是指利用光切原理来测量表面粗糙度的一种方法。常用的测量仪器是光切显微镜，又称双管显微镜，其构造如图5-13所示。光切显微镜主要用于测定Rz和Ry，测量范围一般为0.8~100μm下一页上一页返回任务5-5学习表面粗糙度的检测干涉法干涉法是指利用光学干涉原理来测量表面粗糙度的一种方法。常用仪器是干涉显微镜，其外形如图5-15所示。干涉法主要用于测量表面粗糙度的Rz和Ry值，其测量范围通常为0.05~0.8μm。干涉法不适于测量非规则表面(如磨、研磨等)的Sm下一页上一页返回任务5-5学习表面粗糙度的检测针描法针描法是利用仪器的测针与被测表面相接触，并使测针沿被测表面轻轻滑动来测量表面粗糙度的一种方法，又称轮廓法。电动轮廓仪就是针描法测定表面粗糙度的常用仪器。国产BCJ-2型电动轮廓仪外形如图5-18所示。上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准评定基准取样长度lr(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，X轴方向与间距方向一致，如图5-19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5个以上的轮廓峰和轮廓谷。下一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准评定长度ln(evaluationlength)评定长度是用于判别被评定轮廓的二轴方向上的长度。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的特征，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。轮廓中线轮廓的最小二乘中线(m)轮廓的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)对平方和为最小的线，即为最小，纵坐标的方向如图5-20所示。在轮廓图形上确定最小二乘中线较为困难，故在实际应用中常采用算术平均中线。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准轮廓的算术平均中线轮廓的算术平均中线是指在取样内具有几何轮廓形状与轮廓走向一致的基准线，并由该线将轮廓分为两部分，使得上、下两边的面积之和相等，如图5-21所示。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准表面粗糙度的评定参数幅度参敷(高度参数)轮廓的算术平均偏差Ra(arithmeticalmeandeviationoftheassessedprofile)轮廓的算轮术平均偏差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，用公式表示为下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准轮廓的最大高度Rz(maximumheightofprofile)轮廓的最大高度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5-22所示，用公式表示为间距参数轮廓单元平均宽度RSm(meanwidthoftheprofileelements)轮廓单元平均宽度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5-23所示，用公式表示为下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准混合参数(形状参数)轮廓的支撑长度率Rmr(C)(materialratiooftheprofile)轮廓的支撑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In的比率，如图5-24所示，用公式表示为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下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准新表面粗糙度的图形符号及其标注表面粗糙度图形符号表面粗糙度参数及其他补充要求在图形符号中的注写位置为了明确表面粗糙度的要求，除了需要标注参数和数值外，必要时应标注补充要求，补充要求包括传输带、取样长度、加工工艺、表面纹理及方向、加工余量等。上述相关要求在图形符号中的标注位置如图5-25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。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:注写所要求的表面纹理和纹理的方向其具体含义如表5-11所示。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准表面粗糙度代号的标注在表面粗糙度符可中注写了具体参数代号及数值等要求后称为表面粗糙度代号加工方法或相关信息的标注轮廓曲线的特征对实际表面的表面结构参数值影响很大。标注的参数代号、参数值和传输带只作为表面结构要求，有时不一定能够完全同意准确地表示表面功能。加工工艺在很大程度上决定了轮廓曲线的特征，因此，一般应注明加工工艺。表面纹理的注法表面纹理及其方向用表5-12中规定的符号按照图5-26所示标注在完整符号中。采用定义的符号标注表面纹理不适用于文本标注。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准表面粗糙度代号在图样上的标注表面粗糙度要求对每一表面一般只标注一次，并尽可能标注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。除非另有说明，所标注的表向结构要求是对完工零件表面的要求。表面结构要求在图样中的简化注法封闭轮廓的各表面有相同的表面粗糙度要求的注法多数(包括全部)表面有相同表面粗糙度要求的简化注法表面粗糙度代号的后面应包括如下内容。在圆括号内给出无任何其他标注的基本符号。在圆括号内给出不同的表面粗糙度要求。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准比较法测量阶梯轴的表面粗糙度工作任务用如图5-32所示表面粗糙度样块检测图5-32所示阶梯轴各表面的粗糙度值。比较法测表面粗糙度比较法是将被测零件表面与表面粗糙度样块直接进行比较，通过人的视觉或触觉判断被测表面粗糙度的一种检测方法，图5-32是粗糙度样块的外形图。视觉比较是用人眼反复比较被测零件表面与粗糙度样板表面的加工痕迹、反光强弱、色彩差异，以帮助确定被测。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准工作计划在检测实际过程中，各小组协同制定检测计划，共同解决检测过程中遇到的困难;要相互监督计划的执行与完成情况，并交叉互检，以提高检测结果的准确性。实训过程中，应如实填写表5-13所示的“表面粗糙度样块检测轴套的粗糙度工作计划及执行情况表”。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准检测实施填写借用工件和计量器具的申请表。领取工件和粗糙度样块。观察工件和粗糙度样块上是否有防锈油，如果有则进行清洗。检查所使用的表面粗糙度样块和被测零件两者的材料及表面加工纹理方向应尽量一致(这样可以减少检测误差，提高判断准确性)。用观察、触摸的方法仔细交替感受、比较粗糙度样块和工件，最后确定被测工件的粗糙度值。每个表面在多个位置比较，取最大值作为最后结果。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准比较法测量轴套表面粗糙度的检查要点被测表面的加工方法与粗糙度样块的加工方法是否一致?被测工件的材料与粗糙度样块的材料是否一致?与同组成员之间的互检结果如何?下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准用手持式粗糙度仪测量表面粗糙度工作任务用手持式粗糙度仪检测轴套各表面的粗糙度值。手持式粗糙度仪的结构及功能图5-33是北京时代公司生产的TR200下持式粗糙度仪的外形图，其主要结构和按键的功能如下。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准基本使用方法装卸传感器安装时，用手拿住传感器的主体部分，按图5-34所示将传感器插入仪器底部的传感器连接套中，然后轻推到底;拆卸时，用手拿住传感器的主体部分或保护套管的根部，慢慢地向外拉出。确定测量方向传感器的滑行轨迹必须垂直于工件被测表面的加工纹理方向，如图5-35所示。正确选取安装位置在进行测量前，应将仪器正确、平稳、可靠地放置在工件被测表面上，图5-36是正确和错误的安装位置示意图。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准工作计划在检测实训过程中，各小组协同制定检测计划，共同解决检测过程中遇到的困难;要相互监督计划的执行与完成情况，并交叉互检，以提高检测结果的准确性。将计划及执行情况填入表5-14中。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准检测实施填写借用工件和计量器具的中请表。领取工件和计量器具。清洗工件。安装传感器。确定测量方向和安装位置。根据图样上标注的粗糙度值，确定取样长度和评定度，设置合适的测量条件。检测、读数并做好记录。根据测量结果判断表向粗糙度的合格性。下一页上一页返回任务5-6拓展知识:表面粗糙度

新国家标准用手持式粗糙度仪测量表面粗糙度的检查要点传感器安装是否正确?测量方向是否正确?粗糙度仪安装位置是否科学?测量条件设置是否合理?用标准样板校准示值时，测得值是否超过标定值的±10%?与同组成员的互检结果如何?上一页返回任务5-7案例教学:阶梯轴表面粗糙度的测量用比较法测量阶梯轴的表面粗糙度实训目的:通过完成对图5-37所示工件各表面粗糙度的比较测量，进一步熟悉和掌握粗糙度样块的使用方法。实训要点:重点是练习视觉和触觉比较，提高估计的准确性。预习要求:比较法测表面粗糙度。实训过程:让学生自主操作，自主探索，自我提高;教师观察，发现严重错误和典型。下一页返回任务5-7案例教学:阶梯轴表面粗糙度的测量用手持式粗糙度仪测量阶梯轴的表面粗糙度实训目的:通过完成对图5-37所示工件各表面粗糙度的比较测量，进一步熟悉和掌握手持式粗糙度仪的使用方法。实训要点:重点是练习测量条件的设置、测量方向和检测位置的确定，熟悉手持式粗糙度仪的基本操作。预习要求:手持式粗糙度仪的原理、结构和使用方法。实训过程:让学生根据说明书自主操作;教师观察，发现严重错误和典型