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1、第 4 章 表面粗糙度,4.1 概述,4.1.1 表面粗糙度的概念,经机械加工后的零件表面，总会存在宏观和微观的几何形状误差。,微观的几何形状特性，即微小峰谷高低程度及其间距状况称为表面粗糙度。,表面粗糙度是实际表面的微观特性，而形状误差则是宏观的，表面波度介于两者之间，通常以一定的波距与波高h之比来划分一般：,比值大于1000为形状误差、小于40为表面粗糙度、介于两者之间为表面波度。,图4.1所示为加工误差放大示意图，下面三条曲线是将三种类型的误差分解后的情况。,图4.1 加工误差示意图,它们叠加在一起，即为零件表面的实际情况。,对已完工的零件，只有同时满足尺寸精度、形状和位置精度、表面粗糙
2、度的要求，才能保证零件几何参数的互换性。,4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响,零件表面粗糙不仅影响美观并且对运动面的摩擦与磨损、配合性质、疲劳强度、耐腐蚀性、接触刚度、结合面的密封性等都有影响。,表面粗糙度影响零件的使用性能和寿命，因此，应对零件的表面粗糙度加以合理确定。,我国表面粗糙度的有关标准主要有三个，,GB 35052009表面结构 轮廓法 术语 定义及表面结构参数、,GB 10312009表面粗糙度 参数及其数值、,GB 1312009表面粗糙度 符号、代号及其注法。,4.2 表面粗糙度评定参数,表面粗糙度是零件表面质量高低的一项指标，为了能客观地、合理地反映和评定表面粗糙度
3、，首先应明确它的评定基准和评定参数，才能更好地选择恰当的参数值来控制零件的表面质量。,1评定基准,（1）取样长度lr。,是指用来判别具有表面粗糙度特征的一段基准线的长度，如图4.2所示，在取样长度内一般应包含有5个以上的峰谷。,图4.2 取样长度lr和评定长度ln,规定取样长度的目的主要是为了限制和减弱表面波度对测量结果的影响。,（2）评定长度ln。,是在评定图样上表面结构要求时所必需的一段长度，它可包括一个或几个取样长度，一般为5个，即l1l5；,对均匀性好的表面，可少于5个，反之可多于5个，如图4.2所示。,规定评定长度是因为零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能
4、合理地反映某一表面的粗糙度特征，故需要在表面上取几个取样长度来评定表面粗糙度。,测量时，在每个取样长度上测得一个数据，在评定长度上可多测几个数据，最后取其平均值为测量结果。取样长度和评定长度的选用值如表4.1所示。,表4.1 取样长度lr和评定长度ln值,（3）原始轮廓中线。,在原始轮廓上按照标称形状用最小二乘法拟合确定的中线。,它是具有几何轮廓的形状并将被测轮廓加以划分的线，可根据实际轮廓用最小二乘法来确定，即在取样长度内，使被测轮廓上各点到中线的距离yi的平方和为最小称为最小二乘中线，如图4.3（a）所示。,图4.3 轮廓中线,从理论上讲最小二乘中线是理想的唯一基准线，但在实际应用时，其位
5、置很难确切地获得，因此常用轮廓的算术平均中线来代替，这条基准线的方向应与被测轮廓的方向一致，并将轮廓曲线划分为上、下两半，使其在取样长度内，由中线至轮廓上、下两边的面积相等，即：F1+F2+F3+= F1+ F2+F3+，如图4.3（b）所示。,2评定参数,评定表面粗糙度的参数有以下2个方面。,（1）表征微观不平度的高度参数。, 轮廓算术平均偏差Ra。它是指在取样长度内纵坐标值Z（x）绝对值的算术平均值。,用公式表示为,（4.1）, 轮廓最大高度Rz。,它是指在取样长度内，轮廓的最高点与最低点在垂直于中线方向上的距离，如图4.4所示。,图4.4 轮廓最大高度Rz,（2）表征微观不平度的间距参数
6、。, 轮廓微观不平度的平均间距Rsm。,它是指在取样长度内，轮廓微观不平度的间距的平均值（在中线上取值，如图4.5所示）。,图4.5 轮廓曲线和表征参数,用公式表示为：,（4.2）,式中，,n取样长度内所含的轮廓微观不平度间距的个数；,Rsmi第i个轮廓微观不平度间距。, 轮廓的单峰平均间距R。,它是指在取样长度内，轮廓单峰间距的平均值，如图4.5所示。,用公式表示为：,（4.3）,n取样长度内轮廓单峰间距个数；,Ri第i个轮廓单峰间距。,Rsm和R的数值大小都是表明轮廓长度方向特性的，它们很直观地反映了加工痕迹的细密程度。,（3）表征微观不平度的形状参数。,轮廓支承长度率Rmr：它是指在取样
7、长度内，一平行于中线（或峰顶线）的线与轮廓相截，所得各截线长度之和与取样长度之比，如图4.6所示。,图4.6 轮廓支承长度率,用公式表示为,（4.4）,显然，从峰顶线向下所取得的水平截距c不同其支承长度率也不同。,所以，Rmr值需对应一定的水平截距c给定。,c值可用微米或用与Rz的比值的百分数来表示。,4.3 表面粗糙度的标注,4.3.1 表面粗糙度符号,若零件表面仅需要加工，但对表面粗糙度的其他规定没有要求时，可以只注表面粗糙度符号，表面结构符号及含义如表4.2所示。,表4.2 表面结构符号及含义,4.3.2 表面结构完整图形符号的组成,为了明确表面结构的要求，除了标注表面结构参数和数值外，
8、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。,为了保证表面的功能特征，应对表面结构参数规定不同要求。,参见GB/T 1312006附录D，如图4.7所示。,图4.7 补充要求的注写位置,补充要求的注写位置说明：,（a）位置a 注写表面结构的单一要求。,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。,示例1：0.00250.8/Rz 6.3（传输带标注）。,示例2：0.8/Rz 6.3（取样长度标注)。,对图形法应标注传输带，后面应有一斜线“/”，之后是评定长度值，再后是
9、一斜线“/”，最后是表面结构参数代号及其数值。,示例3：0.0080.5/16/R 10,注意：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；,对于图形法，是在两个定义极值之间的波长范围（见GB/T 18618）。,（b）位置a 和位置b 注写两个或多个表面结构要求。,位置a注写第一个表面结构要求，方法同（a）。,在位置b注写第二个表面结构要求。,如果要注写第三个或更多个表面结构要求，图形符号应在垂直方向扩大，以空出足够的空间。,扩大图形符号时，a和b 的位置随之上移（见GB/T 1312006）。,（c）位置c注写加工方法。,注写加工方法、表面处理、涂层
10、或其他加工工艺要求等。,如车、磨、镀等加工表面。,（d）位置d 注写表面纹理和方向。,注写所要求的表面纹理和纹理的方向，如“”、“X”、“M”（见GB/T 1312006）。,（e）位置e注写加工余量。,注写所要求的加工余量，以毫米为单位给出数值（见GB/T 1312006）。,表示去除材料，单向上限值，传输带0.0080.8mm，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，默认传输带，R轮廓，粗糙度最大高度的最大值0.2m，评定长度为5个取样长度（默认），“最大规则”,表示不允许去除材料，单向上限值，默认传输带，R轮廓，粗糙
11、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）,含义/解释,符 号,表4.3 表面结构代号的含义,表示去除材料，单向上限值，传输带0.825 mm，W轮廓，波纹度最大高度10m，评定长度包含3个取样长度，“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）,表示去除材料，单向上限值，传输带：根据GB/T 6062，取样长度0.8m（s默认0.002 5 mm），R轮廓，
12、算术平均偏差3.2m，评定长度包含3个取样长度，“16%规则”（默认）,4.3.3 表面结构要求在图样上的注法,表面结构要求对每一表面一般只标注一次，并尽可能注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。,除非另有说明，所标注的表面结构要求是对完工零件表面的要求。,（1）表面结构要求的注写方向与尺寸的注写和读取方向一致，如图4.8所示。,图4.8 注写方向,（2）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。,必要时，表面结构符号也可用带箭头或黑点的指引线引出标注，如图4.9所示。,图4.9 符号从材料外指向并接触表面,（3）用指引线引出标注表面结构要求，如图4.10所示。,图4.10
13、引出标注表面结构,（4）表面结构要求标注在尺寸线上，如图4.11所示。,图4.11 标注在尺寸线上,（5）表面结构要求标注在形位公差框格的上方，如图4.12所示。,图4.12 标注在形位公差框格的上方,（6）表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上，如图4.13所示。,图4.13 标注在圆柱特征的延长线上,（7）圆柱和棱柱的表面结构要求的注法，如图4.14所示。,图4.14 圆柱和棱柱表面结构要求的注法,标准还规定了一些简化标注方法，使用时可查阅GB/T 1312006中的有关规定。,4.4 表面粗糙度的选择,表面粗糙度参数值选择应遵循既满足零件表面的功能要求，又考虑经济性的原则，一般用类比法确定
14、。,其选择原则如下。,（1）既要满足零件表面的功能要求，又要考虑尽量简化加工工艺和降低加工成本，应尽量选择大的参数值。,（2）在同一零件上，工作表面的粗糙度数值一般小于非工作表面的粗糙度数值。,（3）摩擦表面应比非摩擦表面的粗糙度参数值小，滚动轴承表面应比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小。,（4）运动速度越高，粗糙度参数值越小。,（5）配合性质要求越稳定，其配合面的粗糙度参数值越小。,（6）尺寸公差等级高，形状位置精度高，其表面粗糙度参数值越小；同一公差等级，轴应比孔的粗糙度参数值小。,（7）腐蚀性、密封性要求越高，粗糙度参数值应越小。,表4.4 列出了表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例。,