第五章-表面粗糙度-新国标.ppt

1、1,第5章表面粗糙度及其检测,2,课时数：2课时重点：表面粗糙度概念难点：表面粗糙度与表面宏观几何形状误差、表面波度的区别新课导入：切削加工的零件，不仅有尺寸精度和形位公差的要求，而且有表面质量的要求。表面质量影响零件的使用性能。表面粗糙度就是用来衡量零件表面质量的。,基本要求,1、正确理解表面粗糙度的含义。2、了解表面粗糙度对零件功能的影响。3、理解并掌握有关术语的定义。4、理解并掌握表面粗糙度评定参数。5、掌握幅度参数在图样上的标注方法。6、掌握表面粗糙度的选用。,4,第一节概述第二节表面粗糙度的评定第三节表面粗糙度的标注第四节表面粗糙度的选择第五节表面粗糙度的测量,本章结构,5,5.1概

2、述,6,5.1概述,截面轮廓误差放大曲线,10mm形状误差1mm10mm表面波纹度,一、表面粗糙度的界定,表面粗糙度成分,波纹度成分,形状误差成分,7,一般按S分：,S1mm为表面粗糙度轮廓；,1S10mm为表面波纹度轮廓；,S10mm为f形状.。,表面粗糙度轮廓的产生：,(3)以及机床等工装系统的振动等。,(2)切削过程中切屑分离时的塑性变形；,(1)切削后遗留的刀痕；,表面粗糙度是指加工后零件表面的微小峰谷（Z）高低程度和间距（S）状况。,间距S,高低Z,8,二、表面粗糙度对零件工作性能的影响,(1)影响摩擦和磨损Ra，f，磨损；(2)影响配合性能间隙配合磨损后X，过盈配合挤压后影响有效过

3、盈Y；(3)影响疲劳强度凹痕应力集中；(4)影响抗腐蚀性谷底渗入腐蚀；(5)影响接触刚度表面局部接触；(6)影响接合面的密封性缝隙油气渗漏等。,5.1概述,5.2表面粗糙度的评定,一、轮廓滤波器（1）s滤波器（短波滤波器）确定表面粗糙度与比它更短的波之间相交界限的滤波器。（2）c滤波器（长波滤波器）确定表面粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。（3）f滤波器确定波纹度与比它更长波成分之间相交界限的滤波器。,表面粗糙度的评定,参照国际标准（ISO），对原有表面粗糙度国家标准（GB103183、GB13183）作了修订和增订，新国标为GB/T3505-2000、GB/T10311995、GB/T

4、1311993。一、基本概念零件表面的形貌可分为三种情况：(1)表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其波长和波高之比一般小于50属于微观几何形状误差。,(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于50-1000的不平程度称为波纹度。会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的。目前表面波纹度还没有制定国家标准。国际标准化组织第57技术委员会正在制定表面波纹度有关国际标准。(3)形状误差：零件表面中峰谷的波长和波高之比大于1000的不平程度属于形状误差。,区别：并没有严格的界限，通常以波距或波距与波高之比的值来区别。波距（L）波距与波高之比（L/H

5、）表面形状误差10mm1000表面波度110mm501000表面粗糙度1mm50,动画显示,第4章表面粗糙度及检测,(2)轮廓滤波器和传输带,粗糙度的三类轮廓各有不同的波长范围,它们又同时叠加在同一表面轮廓上,因此,在测量评定三类轮廓上的参数时,必须先将表面轮廓在特定仪器上进行滤波,以便分离获得所需波长范围的轮廓。将轮廓分成长波和短波成分的仪器称为轮廓滤波器。由两个不同截止波长的滤波器分离获得的轮廓波长范围则称为传输带。按滤波器的不同截止波长值,由小到大顺次分为s、c、和f三种。应用s滤波器修正后的轮廓称为原始轮廓(P轮廓);在P轮廓上再应用c滤波器修正后形成的轮廓即为粗糙度轮廓(R轮廓);对

6、P轮廓连续应用f和c滤波器后形成的轮廓则称为波纹度轮廓(W轮廓)。,粗糙度轮廓,波纹度轮廓,宏观形状轮廓,实际表面轮廓,1.术语及定义(1)c滤波器：是确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。而滤波器是除去某些波长成分而保留所需表面成分的处理方法。当测量信号通过c滤波器后将抑制波纹度的影响。(2)粗糙度轮廓：是对零件表面的原始轮廓采用c滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。,15,中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线,取样长度和评定长度,5.2表面粗糙度的评定,1.轮廓的最小二乘中线,X,轮廓偏距,Y,二、评定基准,轮廓总的走向,5.2表面粗糙度的评定,（2）轮廓算术平均中线m：在取样长

7、度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线。即：F1+F2+Fn=G1+G2+Gn,F1+F2+Fn=G1+G2+Gn,18,5.2表面粗糙度的评定,1、取样长度lr规定的测量长度0.08、0.25、0.8、2.5、8，是指测量或评定表面粗糙度时所规定的一段长度。2、评定长度ln一般取ln=5,是指为了合理较全面反映整个表面的表面粗糙度特性，而在测量和评定表面粗糙时所必需的一段长度。,2、取样长度和评定长度,19,轮廓峰(profilepeak)是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向外（从材料到周围介质）的轮廓部分。轮廓峰高Zp为轮廓峰最高点距X轴的距离,三、轮廓参数,1.轮廓峰,5.2

8、表面粗糙度的评定,20,轮廓谷(profilevalley)是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向内（从周围介质到材料）的轮廓部分。轮廓谷深Zv为X轴线与轮廓谷最低点之间的距离。,三、轮廓参数,2.轮廓谷,5.2表面粗糙度的评定,21,轮廓单元(profileelement)是指为轮廓峰和轮廓谷的组合。轮廓单元的高度Zt是指一个轮廓单元的峰高Zp和谷深Zv之和；轮廓单元的宽度Xs是指X轴线与轮廓单元相交线的长度。,三、轮廓参数,3.轮廓单元,5.2表面粗糙度的评定,22,1).轮廓算术平均偏差Ra,2).轮廓最大高度,四、评定参数,1.高度评定参数,5.2表面粗糙度的评定,23,1).轮廓算术平均偏

9、差Ra,轮廓算术平均偏差是指在取样长度lr内纵坐标Z(x)绝对值的算术平均值。,测得的值越大，则表面越粗糙。参数能充分反映表面微观几何形状高度方面的特征，一般用电动轮廓仪进行测量，因此是普遍采用的评定参数。,24,2)轮廓最大高度Rz,L,Y,X,轮廓最大高度是指在一个取样长度lr内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和。,Rz=Rp+Rv,注意：在旧标准中也有轮廓最大高度，其符号为Ry。旧标准中微观不平度十点高度Rz，在新标准中已取消。但是我国当前使用的一些测量仪器大多是测量旧标准中的Rz，因此，当采用现行的技术文件和图样时必须注意它们的区别。,最大高度Rz,中线,25,2.间距参数(附加评定参数

10、),附加评定参数,Rsm,轮廓单元的平均宽度是指在取样长度上内，轮廓单元宽度Xs的平均值。其计算式为：,式中：Xsi含有一个轮廓峰（与中线有交点的峰）和相邻轮廓谷（与中线有交点的谷）的一段中线长度。n在取样长度内间距Xsi的个数。,3.相关参数（附加评定参数）,轮廓支承长度率Rmr(c)：是指在给定水平截面高度c上轮廓的实体材料长度Ml（c），即在一个给定水平截面高度c上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和，与评定长度ln的比率。,轮廓支承长度率：可反映表面耐磨性指标,a),b),c),Rmr(c)值大，表示该轮廓的凸起实体部分较多，即起支承载荷作用的长度上，接触刚度高，

11、承载能力及耐磨性也好。,28,表面粗糙度轮廓评定参数共4个：,基本参数2个,附加参数(辅助参数)2个,Ra轮廓算术平均偏差,Rz轮廓最大高度,Rsm轮廓单元平均宽度,Rmr(c)轮廓支承长度率,29,一，表面粗糙度符号,5.3表面粗糙度的标注,无补充说明不能单独使用,30,一，表面粗糙度符号,5.3表面粗糙度的标注,31,二，表面粗糙度标注代号,32,表面粗糙度要求在图形中注法,(1)位置a处注写表面粗糙度的单一要求，该要求不能省略。,上限或下限的标注：表示双向极限时应标注上限符号“U”和下限符号“L”。如果同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，可省略“U”和“L”的标注。若为单向下限值，

12、则必需加注“L”。,表面粗糙度轮廓单一要求标注示例,33,表面粗糙度的单一要求标注示例,传输带和取样长度的标注：传输带是指两个滤波器的截止波长值之间的波长范围。长波滤波器的截止波长值就是取样长度lr。,传输带的标注时，短波在前，长波在后，并用连字号“”隔开。,在某些情况下，传输带的标注中，只标一个滤波器，也应保留连字号“”，来区别是短波（s）还是长波（c=lr）。,参数代号的标注：参数代号标注在传输带或取样长度后，它们之间用“/”隔开。,评定长度的标注：如果默认的评定长度(5lr)时，可省略标注。如果不等于5lr时,则应注出取样长度的个数。,34,极限值判断规则和极限值的标注：极限值判断规则的

13、标注如上图中所示上限为“16规则”，下限为“最大规则”。为了避免误解，在参数代号和极限值之间插入一个空格。,表面粗糙度的单一要求标注示例,35,(2)位置b处注写第二个（附加参数）表面粗糙度轮廓要求。,(3)位置c处注写加工方法。,(4)位置d处注写所要求的表面纹理和纹理方向。,(5)位置e处注写所要求的加工余量（mm）。,36,加工纹理符号及说明,三、极限判断规则及标注,(1)16%规则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的16。默认规则，图样不标,极限判断规则及标注,(2)最大规则表面粗糙度参数的所有实测值均不得超过规定值。在Ra（或Rz）后面标注“max”或“min

14、”的标记,4、传输带和lr、ln的标注,传输带的标注,(a)标长短滤波器,(b)标短滤波器“”,(c)标“”长滤波器,传输带和lr、ln的标注,lr、ln的标注默认评定长度不标，需要指定评定长度，要在幅度参数代号的后面注写取样长度的个数。,(a)取样长度个数“3”,(b)取样长度个数“6”,5、单向和双向极限的标注,（1）单向极限的标注单向上极限：标注参数代号、参数值和传输带；单向下极限：参数代号前应加L，例LRa0.32。（2）双向极限的标注上限值在上方用U表示，下极限在下方用L表示。上下极限值均为16%规则或最大规则的极限值。,6、表面粗糙度幅度参数的标注,表面粗糙度幅度参数的标注.1,表

15、面粗糙度幅度参数的标注.2,表面粗糙度幅度参数的标注.3,表面粗糙度幅度参数的标注.4,表面粗糙度幅度参数的标注.5,48,附加评定参数的标注,二、表面粗糙度要求的图样标注,表面粗糙度符号、代号一般标注在可见轮廓线或其延长线和指引线、尺寸线、尺寸界线上，也可标注在公差框格上。符号的尖端必须从材料外指向被注表面。符号、数字的方向按规定标注。,标注在轮廓线上或指引线上,图2表面结构要求在轮廓线上的标注,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。表面结构要求可标注在轮廓线上,其符号应从材料外指向并接触表面,如图2所示。必要时,表面结构也可用带箭头或黑点的指引线引出标注,如图3所示。,标注在

16、轮廓线上或指引线上,图3用指引线引出标注表面结构要求,标注在特征尺寸的尺寸线上,图4表面结构要求标注在尺寸线上,在不致引起误解时,表面结构要求可以标注在装配结构给定的尺寸线上。如图4所示。,标注在形位公差的框格上,图5表面结构要求标注在形位公差框格的上方,标注在延长线上,图6表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上,表面结构墓多可以直接标注在延长线上，或用带箭头的指引线引出标注,标注在圆柱和棱柱表面上,圆柱和棱柱表面的表面结构要求只标注一次（如图6所示）。如果每个棱柱表面有不同的表面结构要求，则应分别单独标注，如图7所示。,图7圆柱和棱柱的表面结构要求的注法,有相同表面结构要求的简化注法,如果在工

17、件的多数(包括全部)表面有相同的表面结构要求时,则其表面结构要求可统一标注在图样的标题栏附近。此时,表面结构要求的符号后面应有:在圆括号内给出无任何其它标注的基本符号,不同的表面结构要求仍应直接标注在图形中,如图8所示。,图8大多数表面有相同表面结构要求的简化注法（一）,图9大多数表面有相同表面结构要求的简化注法（二）,图10在图纸空间有限时的简化注法,多个表面有共同要求的注法,图10在图纸空间有限时的简化注法,只用表面结构符号的简化注法,图11多个表面结构要求的简化标注,两种或多种工艺获得的同一表面的注法,由几种不同的工艺方法获得的同一表面，当需要明确每种工艺方法获得的同一表面。当需要明确每

18、种工艺方法的表面结构要求时，可按图12进行标注。,图12多种工艺方法获得的同一表面的标注,62,63,64,65,66,67,摘自GB/T1031-2009,Ra的数值(m),Rz的数值(m),一、评定参数项目的选择,5.4表面粗糙度的选择,68,Rsm的数值(mm),Rsm(c)()的数值(mm),轮廓截面高度c用微米或Rz的百分数表示。,一、评定参数项目的选择,69,二、评定参数值的选择,零件表面粗糙度数值的选用，应该既要满足零件表面功用要求，又要考虑经济合理性。选用时要注意以下问题：同一零件上工作表面的粗糙度参数值比非工作表面的粗糙度参数值小。摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦

19、表面的粗糙度参数值小承受交变荷载的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽等），粗糙度参数值应小些。要求配合稳定可靠时，粗糙度参数值应小些。小间隙配合表面，受重载作用的过盈配合表面，其粗糙度参数值要小。密封性、防腐性要求高的表面或外表有美观要求的表面粗糙度参数值都应小些。凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定者（如轴承、量规、齿轮等），应按标准规定选取表面粗糙度参数值。,参数值的选用方法可用类比法来确定。一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但也不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。一般情况下，它们之间有一定的对应关系，设形状公差为T，尺寸公差为IT，它们之间的关系可参照以下

20、对应关系：若T0.6IT，则Ra0.05IT；Rz0.2ITT0.4IT，则Ra0.025IT；Rz0.1ITT0.25IT，则Ra0.012IT；Rz0.05ITT0.25IT，则Ra0.15T；Rz0.6,71,5.5表面粗糙度的测量,比较法：将被测零件表面与表面粗糙度样块直接进行比较，以确定实际被测表面的表面粗糙度合格与否。,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。,72,光切法：光

21、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。利用光切原理，用双管显微镜测量。常用于测量Rz为0.560m。,73,干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。主要用于测量Rz值。,74,针描法：称感触法或触针法，它利用金刚石触针在被零件表面上移动，垂直于被测轮廓的方向做上下移动。常用于Ra值（0.0255m）,国产BCJ-2型电动轮廓仪外形,75,印模法：,76,小结,77,78,79,80,81,82,三、表面粗糙度轮廓要求在零件图上的标注方法,1.一般规定,（1）对零件的每一表面一般只标注一次，并尽可能标注在相应尺寸及其极限偏差的同一视图上。,（2）除非另有说明，所标注的表面粗糙度轮廓要求是对完工零件表面。,（3）粗糙度的符号和数字的注写和读取方向应与尺寸的注写和读取方向一致。,（4）粗糙度的符号的尖端必须从材料外指向并接触零件表面。,下面以表面粗糙度轮廓的幅度参数为例说明在零件图上的标注方法，其他技术要求为默认采用标准化值。,2.通用的标注方法,（1）代号注写和读取方向的标注方法,如图22所示与尺寸的注写和读取方向一致,图23,83,（2）代号的标注方法,标注在轮廓线或其延长线上和用箭头或带黑点(位于可见表面上)的指引线上，如图24图27所