《互换性与技术测量基础》-第5章表面结构

5.1概述5.1.1粗糙度的概念机械零件在加工过程中，由于各种因素的影响，零件的表面总会存在几何形状误差。几何形状误差分为三种轮廓成分:①主要由机床几何精度方面的误差引起的表面宏观几何形状误差(形状误差);②主要由加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面金属层的塑性变形以及工艺系统的高频振动所引起的微观几何形状误差(粗糙度);③主要由加工过程中工艺系统的振动、发热、回转体不平衡等引起的介于宏观和微观几何形状误差之间的表面波纹度(波度)。通常按波距的大小来划分零件的表面误差的三种轮廓成分。波距小于1mm的属于表面粗糙度，波距在1~10mm之间的属于表面波度，波距大于10mm的属于形状误差，如图5一1所示。下一页返回5.1概述5.1.2粗糙度轮廓对零件使用性能的影响

(1)对磨损的影响:零件的表面越粗糙，相对运动越快时磨损越快，即零件耐磨性能差。因此，合理提高零件的粗糙度，即可减少磨损，提高零件耐磨性，延长使用寿命。

(2)对配合性质的影响:对于间隙配合，零件之间的相对运动可使轮廓很快被磨损，扩大了实际间隙，从而改变了设计的配合性质;对于过盈配合，由于装配而挤压轮廓峰顶，使实际过盈量减小，降低了连接强度。

(3)对耐腐蚀性能的影响:粗糙轮廓的表面易使腐蚀性物质附着于零件表面的微观凹谷处，并渗到金属材料的内层，使零件锈蚀或电化学腐蚀加剧。上一页下一页返回5.1概述(4)对疲劳强度的影响:粗糙轮廓的表面在受到交变载荷时容易在凹谷处产生应力集中现象，金属疲劳裂纹往往从这些地方开始，使零件的疲劳强度降低。上一页返回5.2粗糙度的评定标准5.2.1评定对象在测量和评定粗糙度时首先确定具体对象—实际轮廓。实际轮廓是平面与实际表面垂直相交所得的轮廓线，如图5一2所示5.2.2评定基准1.取样长度(lr)

取样长度是在X轴方向判别被评定轮廓的不规则特征的X轴方向上的长度(如图5一3所示)，国家标准规定的取样长度lr见表5一12.评定长度(In)用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度。下一页返回5.2粗糙度的评定标准3.中线中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。中线有下列两种:(1)轮廓最小二乘中线。在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值Z(x)的平方和为最小，如图5一3(a)所示。

(2)轮廓算术平均中线。在取样长度内，与轮廓走向一致并划分实际轮廓为上下两部分，且使上下面积相等的基准线，即如图5一3(b)所示上一页下一页返回5.2粗糙度的评定标准5.2.3粗糙度轮廓的评定参数与数值规定1.轮廓的幅度参数(1)轮廓算术平均偏差Ra在取样长度内，纵坐标Z(x)绝对值的算术平均值，如图5-4所示。即(2)轮廓的最大高度Rz

在取样长度内，最大轮廓峰高Zp和最大轮廓谷深Zv之和，如图5-5所示上一页下一页返回5.2粗糙度的评定标准2.轮廓单元的平均宽度RSm

轮廓单元是轮廓峰与轮廓谷的组合。轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值，如图5一6所示

3.轮廓支承长度率Rmr(c)

轮廓的支承长度率是指在给定水平位置c上的轮廓实体材料长度Ml(c)与评定长度的比率，用公式表示为上一页下一页返回5.2粗糙度的评定标准4.评定参数的数值规定国家标准规定了评定粗糙度轮廓的参数值，见表5一2~表5一5上一页返回5.3粗糙度轮廓参数的选择和表面结构的标注5.3.1粗糙度轮廓参数的选择粗糙度轮廓参数的选择主要包括评定参数的选择和参数值的选择1.参数的选择原则

(1)在Ra,Rz两个高度参数中，由于Ra既能反映加工表面的微观几何形状特征，又能反映凸峰高度，且在测量时便于进行数值处理，因此被推荐优先选用Ra来评定轮廓表面。参数Rz只能反映表面轮廓的最大高度，不能反映轮廓的微观几何形状特征，但它可控制表面不平度的极限情况，因此常用于某些不允许出现较深加工痕迹的零件及小零件表面，其测量计算较方便。常用于Ra评定的同时控制Rz，也可单独使用

下一页返回5.3粗糙度轮廓参数的选择和表面结构的标注(2)在RSm,Rmr(c)两个参数中，RSm是反映轮廓间距特性的评定参数，Rmr(c)是反映轮廓微观不平度形状特性的综合评定参数。在大多数情况下，首先采用Ra,Rz反映高度特征的参数，只有在选用高度参数还不能满足零件表面功能要求时，即还需要控制间距和综合情况时，才选用RSm或Rmr(c)其中一个参数

2.评定参数值的选择粗糙度轮廓参数值总的选择原则是:在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的参数值，以获得最佳的技术经济效益。此外，零件运动表面过于光滑，不利于在该表面上储存润滑油，容易形成半干摩擦或干摩擦，从而加剧该表面磨损。上一页下一页返回5.3粗糙度轮廓参数的选择和表面结构的标注5.3.2表面结构要求的标注

1.表面结构的图形符号

(1)基本图形符号基本图形符号由两条不等长的与标注表面成60°夹角的直线构成，如图5-9(a)所示，该基本图形符号仅用于简化代号标注

(2)扩展图形符号

图5-9(b)符号表示用去除材料的方法获得的表面，如车、铣、刨、磨、剪切、抛光、腐蚀等;图5一9(c)符号表示用不去除材料的方法获得的表面，如铸、锻、冲压、冷轧、粉末冶金等

(3)完整图形符号当要求标注表面结构特征的补充信息时，应在如图5-9的图形符号的长边上加一横线，如图5一10所示。上一页下一页返回5.3粗糙度轮廓参数的选择和表面结构的标注(4)工件轮廓各表面的图形符号。当在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有系统的表面结构要求时，应在图5一9的完整图形符号上加一圆圈，标注在图样中工件的封闭轮廓线上。如果标注会引起歧义时，各表面应分别标注2.表面结构完整图形符号的组成为了明确表面结构要求，除厂标注表面结构参数和数值外，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、表面纹理方向、加工余量等。在符号中，对表面结构的单一要求和补充要求应标注在图5一12所示的指定位置上一页下一页返回5.3粗糙度轮廓参数的选择和表面结构的标注5.3.3表面结构要求在图样和其他技术产品文件中的注法按照国标的规定，表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致，可以标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向并接触表面。必要时，表面结构符号也可以用带箭头或黑点的指引线引出标注，如图5一17和图5一18所示。在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上，如图5一19所示;也可以标注在形位公差框格的上方，如图5-20所示。上一页下一页返回5.3粗糙度轮廓参数的选择和表面结构的标注

如果工件的多数(包括全部)表面有相同的表面结构要求，则其表面结构要求可统一标注在图样的标题栏附近。此时(除全部表面有相同要求的情况外)，表面结构要求的符号后面在圆括号内给出无任何其他标注的基本符号，如图5一21所示上一页返回5.4粗糙度轮廓的检测1.比较法比较法是将被测零件表面与已知评定参数值的粗糙度轮廓标准样板直接进行比较，从而估计出被测表面粗糙度的一种测量方法。使用时，所用粗糙度样板的材料、表面形状、加工方法和加工纹理方向等应尽可能与被测表面一致，以减小检测误差。当零件批量较大时，可从加工零件中挑选出样品，经检定后作为样板使用。该方法简单易行，但测量精度不高，仅适用于评定粗糙度轮廓要求不高的零件表面。

2.光切法光切法是选用光切原理来测量粗糙度轮廓的一种测量方法，属于非接触测量方法。常用的仪器是光切显微镜(或称双管显微镜)。下一页返回5.4粗糙度轮廓的检测3.干涉法干涉法是利用光波干涉原理和显微系统测量精密加工粗糙度轮廓的方法，常用的仪器是干涉显微镜。4.针描法针描法也称为轮廓法，是一种接触式测量粗糙度轮廓的方法。常用的仪器是触针式轮廓仪。上一页返回表5一1ln和lr的数值返回表5一2Ra的数值返回下一页表5一3Rz的数值返回上一页下一页表5一4RSm的数值返回上一页下一页表5一5Rmr(c)的数值返回上一页图5一1实际表面返回图5一2表面轮廓返回图5一3取样长度、评宗长度和轮廓中线返回图5一3取样长度、评宗长度和轮廓中线返回图5一4轮廓的算术平均偏差Ra返回图5一5轮廓的最大高度Rz返回图5一6轮廓单元的宽度返回图