表面轮廓特征的控制与评定.ppt
第5章 表面轮廓特征的控制与评定,5.1 表面轮廓特征概述,5.2 表面结构的术语及定义,5.3 表面粗糙度的选择与标注,5.4 表面粗糙度的测量,5.1.1表面轮廓特征的形成与划分,零件的实际表面是由表面粗糙度、表面波纹度和形状误差叠加而成的。,图5.1 表面形貌,5.1.2表面轮廓特征对机械零件使用性能的影响,1.表面粗糙度对零件性能的影响,2.表面波纹度对零件性能的影响,影响零件的耐磨性。影响配合性质的稳定性。影响零件的疲劳强度。影响零件的抗腐蚀性。影响零件的密封性。对零件的外观、精度、表面光学性能、导电导热性能等也有着不同程度的影响。,5.2.1 一般术语及定义,1轮廓滤波器 把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。按波长从短到长的顺序，轮廓滤波器可分为 滤波器、滤波器及 滤波器。在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用此三种滤波器，它们的传输特性相同，但截止波长不同。,图5.2 粗糙度和波纹度轮廓的传输特性,5.2.1 一般术语及定义,2表面轮廓 一个指定平面与实际表面相交所得的轮廓。通常采用一条名义上与实际表面平行，并在一个适当方向上的法线来选择一个平面。,图5.3 表面轮廓,5.2.1 一般术语及定义,3原始轮廓 通过 轮廓滤波器后的总轮廓。原始轮廓是评定原始轮廓参数的基础。,4粗糙度轮廓 是对原始轮廓采用 轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓，是经过人为修正的轮廓。,5波纹度轮廓 是对原始轮廓连续应用 和 两个轮廓滤波器以后形成的轮廓，采用 轮廓滤波器抑制长波成分，而采用 轮廓滤波器抑制短波成分。是经过人为修正的轮廓。,5.2.1 一般术语及定义,6.取样长度 在X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。评定表面粗糙度和波纹度的取样长度 和 在数值上分别与 和 轮廓滤波器的截止波长相等。原始轮廓的取样长度等于评定长度。,8.中线 中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。计算各类表面轮廓参数大小的基准。一般地，按照标称形状用最小二乘法拟合确定中线。,7.评定长度ln 用于判别被评定轮廓X轴方向上的长度。评定长度包含一个或几个取样长度。,5.2.1 一般术语及定义,9.轮廓的最小二乘中线m：在取样长度内使轮廓上各点至一条假想线距离的平方和为最小，即,图5.4 轮廓的最小二乘中线,5.2.2 几何参数术语及定义,1P-参数 在原始轮廓上计算所得的参数。2R-参数 在粗糙度轮廓上计算所得的参数。3W-参数 在波纹度轮廓上计算所得的参数。,图5.5 轮廓单元,8轮廓谷深 轮廓最低点至中线的距离。,7轮廓峰高 轮廓最高点至中线的距离。,5.2.2 几何参数术语及定义,4轮廓峰 轮廓与轮廓中线相交，相邻两交点之间的外凸（从材料到周边介质）轮廓部分。5轮廓谷 轮廓与轮廓中线相交，相邻两交点之间的内凹轮廓部分。6轮廓单元 轮廓峰和相邻轮廓谷的组合。,图5.5 轮廓单元,5.2.2 几何参数术语及定义,9轮廓单元高度 一个轮廓单元的轮廓峰与轮廓谷之和。,10轮廓单元宽度 一个轮廓单元与中线所交线段的长度。,11纵坐标值 被评定轮廓在任一位置距X轴的高度。若纵坐标值位于X轴下方，该高度被视为负值，反之则为正值。,图5.5 轮廓单元,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,1幅度参数最大轮廓峰高 在一个取样长度内，最大的轮廓峰高。原始轮廓、粗糙度轮廓及波纹度轮廓的最大轮廓峰高分别用、和 表示。,图5.6 粗糙度最大轮廓峰高,粗糙度轮廓的最大轮廓峰高应为,最大轮廓谷深 在一个取样长度内，最大的轮廓谷深。原始轮廓、粗糙度轮廓及波纹度轮廓的最大轮廓谷深分别用、和 表示。,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,图5.7 粗糙度最大轮廓谷深,粗糙度轮廓的最大轮廓谷深应为,轮廓最大高度 在一个取样长度内，最大的轮廓峰高与最大的轮廓谷深之和。原始轮廓、粗糙度轮廓及波纹度轮廓的最大高度分别用、和 表示。,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,图5.8 粗糙度轮廓最大高度,粗糙度轮廓的最大高度为,依据不同的情况，式中l=、或。以粗糙度为例，轮廓算术平均偏差Ra，如图所示，用公式表示为：,在一个取样长度内纵坐标绝对值 的算术平均值。原始轮廓、粗糙度轮廓及波纹度轮廓的算术平均偏差分别用 和 和，即,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,、,、,或近似值为,轮廓的算术平均偏差,2间距参数轮廓单元的平均宽度 在一个取样长度内轮廓单元宽度Xs的平均值，原始轮廓、粗糙度轮廓及波纹度轮廓单元的平均宽度分别用、和。图5-10以粗糙度为例，即,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,、,图5.10 粗糙度轮廓单元的宽度,轮廓支承长度率 在给定水平截面高度 上轮廓的实体材料长度 与评定长度的比率。原始轮廓、粗糙度轮廓及波纹度轮廓支承长度率分别用、和，即,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,3曲线和相关参数,轮廓支承长度率,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,以粗糙度为例，轮廓支承长度率 如图5-11所示。,图5.11 轮廓的支承长度率,5.2.3 表面轮廓参数术语及定义,显然，从峰顶线向下所取的水平截距 不同，其支承长度率也不同，因此 值应是对应于水平截距 值而给出的。当 值一定时，值越大，表示轮廓凸起的实体部分越多，故起支承作用的长度长，表面接触刚度高，耐磨性好。,（a）承载能力强,（b）承载能力差。,1.国家标准规定，评定表面粗糙度的参数从下列两项与高度特性有关的参数中选取：轮廓算术平均偏差,5.3.1 表面粗糙度参数及参数值的选择,轮廓最大高度,在幅度参数（峰和谷）常用的参数值范围内（为0.0256.3m，为0.125m）推荐优先选用。,、,5.3.1 表面粗糙度参数及参数值的选择,轮廓算术平均偏差 的其数值规定见表5-1。,表5-1 轮廓算术平均偏差,的数值m,轮廓最大高度 的其数值规定见表5-2。,表5-2 轮廓最大高度 的数值m,5.3.1 表面粗糙度参数及参数值的选择,附加评定参数轮廓单元的平均宽度 的数值规定见表5-3；,2根据表面功能的需要，除表面粗糙度高度参数（、）外可选用下列的附加参数：,轮廓单元的平均宽度,轮廓的支承长度率,表5-3 轮廓单元的平均宽度 的数值m,轮廓的支承长度率 的数值规定见表5-4。选用轮廓的支承长度率参数时，应同时给出轮廓截面高度c值，它可用微米或 的百分数表示。,5.3.1 表面粗糙度参数及参数值的选择,表5-4 轮廓的支承长度率 的数值,5.3.1 表面粗糙度参数及参数值的选择,3、表面粗糙度的取样长度lr的数值从表5-5给出的系列中选取。一般情况下，在测量Ra、Rz时，国家标准推荐按表5-6和表5-7选用对应的取样长度，此时取样长度值的标注在图样上或技术文件中可省略；当有特殊要求时，应给定相应的取样长度，并在图样上或技术文件中注出。,表5-5 取样长度 的数值 mm,表5-6 Ra参数值与取样长度 值的对应关系,表5-7 Rz参数值与取样长度 值的对应关系,5.3.1 表面粗糙度参数及参数值的选择,在实际工作中，由于粗糙度和零件的功能关系相当复杂，难以全面而精确地按零件表面功能要求确定粗糙度的参数值，因此常用类比法来确定。具体选用时，可先根据经验统计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。调整时应考虑如下几点：（1）同一零件上，工作表面的粗糙度值应比非工作表面小。（2）摩擦表面的粗糙度值应比非摩擦表面小，滚动摩擦表面的粗糙度值应比滑动摩擦表面小。（3）运动速度高、单位面积压力大的表面以及受交变应力作用的重要零件圆角、沟槽的表面粗糙度值都应该小。,5.3.1 表面粗糙度参数及参数值的选择,（4）配合性质要求越稳定，其配合表面的粗糙度值应越小。配合性质相同时，小尺寸结合面的粗糙度值应比大尺寸结合面小；同一公差等级时，轴的粗糙度值应比孔的小。（5）表面粗糙度参数值应与尺寸公差及形位公差协调。一般来说，尺寸公差和形位公差小的表面，其粗糙度的值也应小。（6）防腐性、密封性要求高、外表美观等表面的粗糙度值应较小。（7）凡有关标准已对表面粗糙度要求做出规定（如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔、键槽、各级精度齿轮的主要表面等），则应按标准确定的表面粗糙度参数值选用。,5.3.2 表面粗糙度的标注,符 号,意义及说明,基本符号，表示表面可用任何方法获得。不加注粗糙度参数值或有关说明（例如、表面处理、局部处理状况等）时，仅适用简化代号标注,基本符号加一短划，表示表面是用去除材料的方法获得，例如，车，铣、钻、磨、剪切、抛光、腐蚀、电火花加工、气割等,基本符号加一小圆，表示表面是用不去材料的方法获得。例如铸、锻、冲压变形、热轧、冷轧、粉末冶金等。或者是用于保持原供应状况的表面（包括保持上道工序的状况）,在上述三个符号的长边上均可加一横线，用于标注有关参数和说明,1.表面粗糙度符号,5.3.2 表面粗糙度的标注,2表面粗糙度完整图形符号的组成若需标注表面粗糙度其他数值及有关规定符号时，其标注方法如图所示。,图中：a粗糙度参数代号、极限值和传输带或取样长度。为了避免误解，在参数代号和极限值间应插入空格。传输带或取样长度后应有一斜线“/”，之后是表面结构参数代号，最后是数值；a b注写两个或多个表面粗糙度要求；c注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺 要求等。如车、磨、镀等加工表面；d注写所要求的表面纹理和方向；e注写所要求的加工余量，以毫米为单位给出数值。,图5.13 表面粗糙度参数的标注位置,5.3.2 表面粗糙度的标注,符号,含义,表示不允许去除材料，单向上限值，默认传输带，R轮廓，粗糙度的最大高度0.4m，评定长度为5个取样长度（默认），“16%规则”（默认）,表示去除材料，单向上限值，默认传输带，R轮廓，粗糙度的最大高度的最大值0.2m，评定长度为5个取样长度（默认），“最大规则”（默认）,表示去除材料，单向上限值，传输带0.008-0.8mm，R轮廓，算术平均偏差3.2m，评定长度为5个取样长度（默认），“16%规则”（默认）,表示去除材料，单向上限值，传输带：根据GB/T 6060，取样长度为0.8um，R轮廓，算术平均偏差3.2m，评定长度为3个取样长度（默认），“16%规则”（默认）,表示不允许去除材料，双向极限值，两极限值均使用默认传输带，R轮廓，上限值：算术平均偏差3.2m，评定长度为5个取样长度（默认），“最大规则”，下限值：算术平均偏差0.8m，评定长度为5个取样长度（默认），“16%规则”（默认）,注：传输带 是两个定义的滤波器之间的波长范围，见GB/T 6062和GB/T 18777-2002；16%规则 对于按一个参数的上限值（GB/T 131）规定要求时，如果在所选参数都用同一评定长度上的全部实测值中，大于图样或技术文件中规定值的个数不超过总数的16%，则该表面是合格的。对于给定表面参数下限值的场合，如果在同一评定长度上的全部测得值中，小于图样或技术文件中规定值的个数不超过总数的16%，该表面也是合格的。为了指明参数的上下限值所用参数符号没有“max”标记。最大规则 检验时，若规定了参数的最大值要求（见GB/T 131-93中第3.4条），则在被检的整个表面上测得的参数值一个也不应超过图样或技术文件中的规定值。为了指明参数的最大值，应在参数符号后面增加一个“max”的标记。,3.表面粗糙度标注示例,5.3.2 表面粗糙度的标注,表5-10 带有补充注释的符号标注示例,5.3.2 表面粗糙度的标注,4加工纹理符号为保证零件的功能要求，有时需对加工纹理作出规定。如对于密封表面，加工纹理需呈同心圆状；对于相互移动的表面，加工纹理最好按一定方向呈直线状。,表5-11 表面纹理的标注,5.3.2 表面粗糙度的标注,5图样上表面粗糙度的标注方法表面粗糙度符号应注在可见轮廓线、尺寸界线或它们的延长线上，有时也可标注在尺寸线上。符号的尖端必须从材料外指向表面，符号中数字及符号的方向必须与尺寸数字方向一致。,（a）（b）图5.14 图样上表面粗糙度标注示例,5.4 表面粗糙度的测量,1目前常用的表面粗糙度测量方法有：样板比较法 光切法 干涉法 触针法等。,（1）比较法将被测表面和表面粗糙度样块直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。,粗糙度样块：,5.4 表面粗糙度的测量,光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法。在实验室中用光切显微镜(双管显微镜)可实现测量，如图所示。它的测量准确度较高，但它是与对 以及较为规则的表面测量，不适用于对测量粗糙度较高的表面及不规则表面的测量。,（2）光切法,5.4 表面粗糙度的测量,干涉法是利用光学干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。这种方法要找出干涉条纹，找出相邻干涉带距离和干涉带的弯曲高度，就可测出微观不平度的实际高度；该方法调整仪器比较麻烦，不太方便，可测量粗糙度参数值较小的表面。,（3）干涉法,（4）触针法 它是利用仪器的测针与被测表面相接触，并使测针沿其表面轻滑过测量表面粗糙度的测量方法。如电动轮廓仪，它的特点是：显示数值直观，可测量许多形状的被测表面，如轴类，孔类，锥体，球类，沟槽类工件，测量时间少，方便快捷。,2205型表面粗糙度测量仪：,5.4 表面粗糙度的测量,
