CH5表面粗糙度.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 表面粗糙度,1.,表面粗糙度的评定,2.,表面粗糙度的选择及其标注,3.,表面粗糙度的测量,5.1,表面粗糙度的评定,一、基本概念,二、表面粗糙度的基本术语,三、表面粗糙度的评定参数及其数值,表面粗糙度就是表述这些峰谷高低程度和间距状况的微观几何形状特性的指标。如图所示,一、基本概念,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。,1,、表面粗糙度的概念,零件被加工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。,1,）表面粗糙度产生的原因 在切削加工过程中，刀具和被加工表面间的相对运动轨迹（即刀痕）、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。,2,）表面粗糙度与表面波度、形状误差的区别,波距,小于,1mm,的属于表面粗糙度；波距,在,110mm,的属于表面波度；波距,大于,10mm,的属于形状误差。波距,与波幅,h,的比值小于,40,时属于表面粗糙度；比值在,401000,时属于表面波度；比值大于,1000,时属于形状误差。如图所示,表面实际轮廓,表面粗糙度,表面波度,形状误差,2,表面粗糙度对零件使用性能的影响,表面的凹凸不平使两表面接触时实际接触面积减小，接触部分压力增加。表面越粗糙，接触面积越小，压力越大，接触变形越大，摩擦阻力也增加，磨损也越快。,实际接触面,1,）影响两接触表面间的摩擦、磨损和接触变形,2,）影响配合性质,表面粗糙使,间隙配合，间隙增大；过盈配合的过盈减小；过渡配合变松。,3,）影响疲劳强度,表面微观不平度的凹痕越深，其底部曲率半径越小，则应力集中越严重，零件疲劳损坏的可能性越大，疲劳强度就越低。,4,）影响耐腐蚀性,腐蚀介质在表面凹谷聚集，不易清除，产生金属腐蚀。表面越粗糙，凹谷越深，谷底越尖，零件抗腐蚀能力越差。,此外，表面粗糙度对零件结合面的密封性能、表面反射能力和外观质量等都有影响。,二、表面粗糙度的基本术语,1,实际轮廓 平面与实际表面相交所得的轮廓线为实际轮廓。,（,分为横向轮廓和纵向轮廓）,横向实际轮廓,:,垂直于表面加工纹理的平面与表面相交所得的轮廓线,.,纵向实际轮廓：平行于表面加工纹理的平面与表面相交所得的轮廓线。,2,、取样长度,l,(,lr,),取样长度是指用于判别被评定轮廓的不规则特征的一段,基准线,长度。,为了限制和削弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响，至少包含,5,个以上轮廓峰和谷。,取样长度和评定长度,取样长度应与表面粗糙度的要求相适应,(,见,表,),。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。,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,ln,=5,l,。,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,3,、评定长度,ln,取样长度与评定长度的选用值,(,摘自,GB/T10610,1998),4,、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。,（,1,）,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，即,=Min,，,这条假想线就是最小二乘中线（图,a,中的,O1O1,和,O2O2,）,。,轮廓中线,（,2,）,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，即,。这条假想线就是轮廓算术平均中线（图,b,中,的,O1O1,和,O2O2,）。,在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困难，在实,际工作中可用算术平均中线代替最小二乘中线，两者相差,不大,.,三、,表面粗糙度的评定参数,1.,高度特征参数,主参数,（,1,）轮廓算术平均偏差,R a,在取样长度内，被测表面轮廓上各点至基准线距离,Yi,的绝对值的平均值（如图）。,式中：,y(x),表面轮廓上点到基准线的距离；,yi,表面轮廓上第,i,个点到基准线的距离；,l,取样长度；,n,取样数。,公式表示为,或近似为,轮廓算术平均偏差,R a,较全面地反映表面粗糙度的高度特征，概念清楚，检测方便，为当前世界各国普遍采用。,轮廓算术平均偏差,（,2,）微观不平度十点高度,R z,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）。,式中；,Ypi,第,i,个最大轮廓峰高；,Yvi,第,i,个最大轮廓谷深，谷深不取成负值。,（,3,）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（如图）。,公式表示为,由于测量点不多，故在反映微观几何形状高度方面的特性不如,Ra,参数充分。,轮廓峰顶线和轮廓谷底线，分别指在取样长度,l,内，平行于基准线且通过轮廓最高点和最低点的直线。,高度特征参数,公式表示为,2.,间距特征参数,附加参数,（,1,）,轮廓微观不平度的平均间距,S m,在取样长度内轮廓微观不平度间距,Smi,的平均值（如图）。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。,（,2,）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（如图）。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。,式中：,n,轮廓单峰的个数,第,i,个轮廓单峰间距。,轮廓间距参数,3.,形状特征参数,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，如图所示。,轮廓支承长度,间距参数、形状特征参数均为附加的评定参数。一般情况下应从三个基本评定参数中选取，只有少数零件的重要表面有 特殊使用要求时才选用附加的评定参数。,四、,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,GB/T1031,1995,要求优先选用基本系列值,。,轮廓算术平均偏差,Ra,的数值,(,m,）,5.2,表面粗糙度的选择及其标注,一、表面粗糙度符号,二、,表面粗糙度代号,在表面粗糙度符号基础上，标上其它表面特征要求组成了表面粗糙度的代号。,表面粗糙度代号注法,a,1,、,a,2,粗糙度高度参数代号及其数值，单位为,m,b,加工方法、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等,c,取样长度（单位为,mm,）或波纹度（单位为,m,）,d,加工纹理方向符号,e,加工余量，单位为,mm,f,粗糙度间距参数值（单位为,mm,）或轮廓支承长度率,当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过固定值的个数少于总数的,16,时，应在图样上标注表面粗糙度参数的上限值或下限值,当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值,表面粗糙度附加参数的标注,表面粗糙度其他项目的标注,加工纹理方向的符号,三、表面粗糙度符号、代号在图样上的标注,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。,表面粗糙度代号注法,表面粗糙度标注示例,当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，对其中使用最多的一种符号、代号可以统一注在图样的右上角，并加注“其余”两字。,当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其标注如图所示。,当齿轮、蜗轮、渐开线花键等工作表面没有画出齿形时，其表面粗糙度代号可注在节圆上。如图所示。,齿轮、花键表面粗糙度标注示例,螺纹工作表面没有画出牙形时，可按如图的方式标注。,中心孔、,键槽工作表面、,圆角、倒角的表面粗糙度标注示例,例、图示为一减速箱中的输出轴，轴颈,55j6,（两处）与滚动轴承配合，,56r6,和,45m6,与齿轮和带轮配合，表面粗糙度要求高。,输出轴上形位公差、表面粗糙度标注示例,四、新旧国标的对照,由于旧国标宣贯使用的时间比较长,在年长的工程技术人员和工人中,对旧国标中的表面光洁度印象较深,为了帮助对照记忆,介绍一种简单的方法,:,旧国标的,5,相当于新国标的,Ra3.2(,第一系列值,3.2,可以当成,3+2=5,记忆,),记住这一对应值后,Ra,值只需向上乘,2,、向下除,2,，即可推出新国标所对应的相邻旧国标的各级符号。例,6,相当于,Ra1.6,；,3,相当于,Ra12.5,。或直接记,1,相当于,Ra50,。,五、表面粗糙度的选择,1,、表面粗糙度的选择 主要包括表面粗糙度评定参数及参数值的选择,零件表面粗糙度选择是否恰当不仅影响产品的使用性能，而且也直接关系到零件的加工工艺和制造成本。,3,、,表面粗糙度选用,原则,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。,2,、,表面粗糙度选用,方法,具体选用时多用类比法来确定粗糙度的参数值。,4,、表面粗糙度评定参数的选用,GB/T1031,1995,规定，表面粗糙度参数应从高度特性参数中选取。,1)R a,参数最能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性，,R a,值用触针式电动轮廓仪测量也比较简便，所以对于光滑表面和半光滑表面，普遍采用,Ra,作为评定参数。但材料较软时不能用,R a,，因为,Ra,一般用触针接触测量。,一般,在常用的参数值范围,（,Ra,为,0.0256.3m,，,Rz,为,0.125m,）内，国家标准推荐优先选用,Ra,。,2,）,R z,参数虽不如,R a,参数反映的几何特性准确、全面，但,R z,的概念简单，测量也很简便。,当表面过于粗糙（,Ra,6.3m,）,或太光滑（,Ra,0.025m,）,时，选用Rz,。,3,）如测量面积很小，在取样长度内，轮廓峰或谷少于,5,个时，可用,Ry,（如：顶尖、刀刃、手表零件和轴承滚道、钢球等）,。,4,）当表面有特殊功能时，为保证功能要求，提高产品质量，可同时选几个参数综合控制表面质量。如表面要求耐磨时可选用,Ra,、,Ry,和,tp,；,表面要求承受交变应力时可选用,Ry,、,S m,和,S,；当表面着重要求外观质量和可漆性，可选用,S m,和,S,。,5,、表面粗糙度参数值的选用,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：,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。滚动摩擦表面比滑动摩擦表面,的粗糙度值要小；,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。,3),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。,4),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。,7),表面粗糙度值一般应与尺寸公差、形位公差相适应。通常，零件的尺寸公差、形位公差要求高时，表面粗糙度值应较小。但实际生产中也有这样的情况，,尺寸公差、形位公差值较大，而表面粗糙度值却要求很小，如机床的手柄或手轮的表面，因此它们之间并不存在确定的函数关系。,设表面形状公差为,T,，尺寸公差值为,IT,，对应关系,若,T 0.6IT,则,Ra 0.05IT,Rz,0.2IT,T 0.4IT,Ra 0.025IT,Rz,0.1IT,T 0.25IT,Ra 0.012IT,Rz,0.05IT,T 0.25IT,Ra 0.015T,Rz,0.6T,6,）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），则应按标准规定的表面粗糙度参数值选用。,5,）防腐性、密封性要求高，外表美观等表面的粗糙度值应较小。,轴和孔的表面粗糙度参数推荐值,5.3,表面粗糙度的测量,表面粗糙度常用的检测方法有：比较法、光切法、干涉法、针描法、印模法。,一、,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。,表面光洁度比较样板 符合,GB6060.2-85,二、,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。光切显微镜,光切显微镜主要用于测定,Rz,和,Ry,，,测量范围一般为,0.560,m,。适宜测量车、铣、刨或其他类似加工方法所加工的零件平面和外圆表面,。,光切法的基本原理,光切显微镜由两个镜管组成，右为投射照明管，左为观察管。两个镜管轴线成,90,。照明管中光源,1,发出的光线经过聚光镜,2,，光阑,3,及物镜,4,后，形成一束平行光带。这束平行光带以,45,的倾角投射到被测表面。光带在粗糙不平的波峰,S,1,和波谷,S,2,处产生反射。,S1,和,S2,经观察管的物镜,4,后分别成像于分划板,5,的,S,1,和,S,2,。,若被测表面微观不平度高度为,h,，,轮廓峰、谷,S,1,与,S2,在,45,截面上的距离为,h,1,，,S,1,与,S,2,之间的距离,h,1,是,h,1,经物镜后的放大像。若测得,h,1,，,便可求出表面微观不平度高度,h,。,K,物镜的放大倍数,。,光切显微镜测量原理,三、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。,干涉原理,光源,1,发出的光线经聚光镜,2,和反光镜,3,转向，通过光阑,4,、,5,、聚光镜,6,投射到分光镜,7,上，通过分光镜,7,的半透半反膜后分成两束。一束光透过分光镜,7,，经补偿镜,8,、物镜,9,射至被测表面,P2,，,再由,P2,反射经原光路返回，再经分光镜,7,反射向目镜,14,。另一束光经分光镜,7,反射，经滤光片,17,、物镜,10,射至参考镜,P1,，,再由,P1,反射回来，透过分光镜射向目镜,14,。两束光在目镜,14,的焦平面上相遇叠加。由于被测表面粗糙不平，所以这两路光束相遇后形成与其相应的起伏不平的干涉条纹，如图,6-20,所示。,6JA,型干涉显微镜外形图,6JA,型干涉显微镜光学系统图,干涉条纹,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,0.0250.8,m,。,干涉法不适于测量非规则表面（如磨、研磨等）的,Sm,。,四、,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。,便携式粗糙度测量仪,.jpg,电动轮廓仪外形,五、,印模法,印模法是指用塑性材料将被测表面印模下来，然后对印模表面进行测量,。,印模法适用于笨重零件及大尺寸零件的内表面，测量范围为,Rz,=0.8,330,m,。,六、,小结,比较法测量表面粗糙度简单易行，但评定结果取决于检测人员的经验。,光切法利用光切原理测量表面粗糙度，,主要用于测定,Rz,和,Ry,，不适于测量粗糙度要求较高的的表面及不规则表面的,Sm,值。,干涉法利用光学干涉原理测量表面粗糙度，干涉法主要用于测量表面粗糙度的,Rz,和,Ry,值，不适于测量非规则表面,Sm,。,针,触法是,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，它的最大优点是能够直接读出表面粗糙度,R a,的数值，但测量范围为,R a,0.015m,。,