表面粗糙度

面 粗 糙 度 表面粗糙度（旧称表面光洁度）：是一种微观几何形状误差。它是指在机械加工中，由于切削刀痕、表面撕裂、振动和摩檫等原因在被加工表面上所产生的间距较小的高低不平的几何形状。 1． 零件表面的粗糙程度直接影响零件的配合性质、疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀性以及密封性等。此外，表面粗糙度对零件的检测精度以及外形的美观也有影响。因此，表面粗糙度是评定机器零件和产品质量的重要指标。我国的国家标准是GB3505-83，GB1031-83和GB131-83。 2．表面粗糙评定参数及其数值 ⑴．基本术语 ①．取样长度l 用于判断具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。规定和选取这段长度是为了限制和削弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响。 ②．评定长度ln 评定轮廓所必须的一段长度，它可以包括一个或几个取样长度。 ③．中线制 以中线m为基准线评定轮廓的计算制。中线包括轮廓最小二乘中线和轮廓的算术平均中线。 a). 轮廓最小二乘中线：指划分轮廓的基准线m，在取样长度内使轮廓上各点轮廓偏距yi（轮廓线上的点与基准线m之间的距离）的平方和为最小，如图2-1（a）所示。 b). 轮廓的算术平均中线：指在取样长度内与轮廓走向一致，划分轮廓使上、下两边面积相等的基准线，如图2-1(b) 所示。即F1+F2+……+F2n-1=F2+F4+……+F2n(n为正整数)。用它近似地确定最小二乘中线。 图 2-1 ⑵．主要评定参数 1． 轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度内，轮廓偏差y的绝对值的算术平均值，如图2-2所示。 图 2-2 2． 微观不平度十点高度Rz 在取样长度内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和，如图2-3所示。用公式表示为： 图 2-3 3． 轮廓最大高度Ry 在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。如图2-4所示。 图 2-4 ⑶．附加评定参数 Ra、Rz、Ry 均反映表面轮廓在高度方向的特性。从生产实践中得知，只有高度参数还不能完全反映出零件表面粗糙度的特性。如图2-5（a）、（b）所示，此两表面粗糙度的高度参数差异很小，但疏密度不同，因此表面特性（如密封性）也不同；又如图2-6（a）、（b）和（c）所示，此三表面的形状不同因此它们的耐磨性也不同。为了满足生产中的不同要求，标准规定了三个附加参数。 1． 轮廓微观不平度的平均间距Sm 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Smi，称为轮廓微观不平度间距。在取样长度内，轮廓微观不平度间距。在取样长度内，轮廓微观不平度间距的平均值，则成为轮廓微观不平度平均间距，如图2-4所示。用公式表示为 图2-5 图2-6 ②．轮廓单峰平均间距S 两相邻轮廓单峰（两相邻轮廓最高点之间的轮廓部分）的最高点之间的间距投影在中线上的长度Si称为轮廓的单峰间距。在取样长度内轮廓的单峰间距的平均值，称为轮廓单峰平均间距（如图2-4），即 ③．轮廓的支撑长度率tp 在取样长度内，距峰顶线距离为C，且与中线平行的一条线，与轮廓相截线长度bi之和，称为支撑长度ηp。轮廓支撑长度ηp与取样长度l之比，称为轮廓支撑长度率（如图2-4），即 ⑷．表面粗糙度参数的数值 表面粗糙度国家标准中各参数值分别由下列优先数系确定： 1． Ra 它的数值由R10（0.008……100）数系所组成。数值单位为um，每个数保留小数点后三个数，共42个数。为了应用方便，将42个数中R10/3（0.012……100）的数系作为第一系列，共14个，余下的数列作第二系列，如表2-1所示。 表2-1 轮廓算术平均偏差（Ra）的系列值 ②． Rz、Ry 它们的数值相同，由R10（0.025……1600）数系所组成，共49个数，以R10/3（0.025～1600）的数系作为第一系列，共17个，余下的数列作为第二系列，如表2-2所示。 表2-2 微观不平度十点高度（Rz）和轮廓最大高度（Ry）的系列值 ③． Sm、S 它们的数值相同，由R10（0.002 ……12.5）的数系组成，共34个，每个数保留小数点三位，单位为mm。以R10/3（0.006……12.5）的数系作为第一系列，共12个，余下的数列作为第二系列，如表2-3所示。 表2-3 轮廓微观不平度的平均间距（Sm）和轮廓单峰平均间距（S）的系列值 ④． L、ln 它们的数值分别由R10/5/5（0.08……25）和R10/5（0.4……40）数系所组成。即在一般情况下ln是l的5倍，如表2-4所示，表中列出了它们与Ra、Rz、Ry的对照关系。 表2-4 L、ln与Ra、Rz、Ry的对照关系 ⑤． Tp 本身是一个比值，它用百分数表示共有11个百分数：10、15.20、25、30、40、50、60、70、80、90% 。 3. 表面粗糙度的符号及标注（见《互换性与测量技术基础》） ⑴．表面粗糙度 的基本符号： 注：上述三个均可加一个横线 — 表示所有表面都具有相同的粗糙度 — ⑵． 基本符号周围有关的标注 如图3-1所示，高度参数标注在图中a 的位置，当选用参数Ra时，Ra可省略，只标参数值；加工方法、镀涂或其他表面处理标注在图中b的位置；若取样长度不按表2-4选取，可将选用值标注在图中c的位置；加工余量标注在图中e的位置；间距参数Sm、S和支撑长度率tp标注在图中f的位置；加工纹理方向符号标注在图中d的位置。表3-1列出了加工纹理方向的符号。 表 3-1 ⑶．零件上表面粗糙度的标注如图3-1所示。 图 3-1 4．表面粗糙度参数值的选择 零件表面粗糙度参数值的选择即要满足零件表面的功能要求，也要考虑到经济性。具体选用时可参照一些经过验证的实例，用类比法来确定。对高度参数一般按如下原则选择： 1． 在满足功能要求的情况下，尽量选用较大的表面粗糙度参数值。 2． 在同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参数值。 3． 摩檫表面比非摩檫表面的粗糙度参数值要小；滚动摩檫表面比滑动摩檫表面的粗糙度参数值要小；运动速度高，单位压力大的摩檫表面比运动速度低，单位压力小的摩檫表面的粗糙度参数值要小。 4． 受循环载荷的表面及易引起应力集中的部位（如圆角、沟槽），表面粗糙度参数值要小。 5． 配合性质要求高的结合表面、配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。 6． 配合性质相同，零件尺寸越小时，表面粗糙度参数值应越小；同一公差等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。 ⑦．通常尺寸公差、表面形状公差值小时，表面粗糙度参数值也小。但是，表面粗糙度参数值和尺寸公差、表面形状公差之间并不存在确定的函数关系，如机器、仪器上的手柄、手轮和仪器上的某些外表部位，其尺寸和形状、位置精度要求并不高，但为了美观，其表面粗糙度参数值一般都小。设表面形状公差值为T，尺寸公差值为IT，则其关系如下： 若 T≈0.6IT 则Ra≤0.05IT; Rz≤0.2IT. T≈0.4IT 则Ra≤0.025IT; Rz≤0.1IT. T≈0.25IT 则Ra≤0.012IT; Rz≤0.05IT. T﹤0.25IT 则Ra≤0.15T; Rz≤0.6T. ⑧．在精密仪器和精密机械中，其重要零件所选用的粗糙度高度参数值都比较小。例如，量块测量面的Ra=0.012或0.008 um；仪器的测量表面的Ra=0.012 um；仪器滚动导轨和滚柱表面的Ra=0.025 um。 ⑨．表面粗糙度的测量常用比较法、光切法、光波干涉法和针描法进行。 5． 表面粗糙度仪Model No. SRG-1000的使用 ⑴．仪器的主要结构： ⑵. 主要技术参数： ⑶. 技术特点：①. 精度高； ②． 应用范围广； ③． 取样操作； ④． 性能稳定； ⑷．操作步骤 ①．先打开开始按钮（ON/OFF SWITCH）； ②．在“beep”的一声响后，仪器开始工作，LCD显示屏上显示测量的参数和当前测量的取样长度； ③．按键选择Ra或Rz； ④．根据附录5-1按 键选定合适的取样长度λ1、λ2、λ3； 举例：要测量的Ra为125，查表5-1，那么相对应的Ra为3.2um，再根据附录5-1，查表可知：取样长度为2.5，所以选取取样长度为λ3； 注：英制和公制之间的切换：按住并保持“AC-IN/MM”KEYPAD保持大约5秒，系统将在英制和公制之间切换，并显示在LCD显示屏上； ⑤. 把 标号放在测试的区域（一定要放平稳），然后按开始 键（START BUTTON）,传感器自动移动，当仪器“beep”的响了两声后，测量就完成了，结果显示在LCD显示屏幕上； ⑥. 完数值后，关掉仪器，放回工具箱，然后放回工具柜。 ⑸． 注意事项 1． 当传感器在运作时，必须保持仪器的稳当，以免影响读数的准确性； 2． 在传感器回到原始位置时，仪器不能做任何操作直到测量结束； 3． 当仪器放错位置，仪器将每隔30秒“beep”的响一声来提醒使用者关掉仪器，以免损坏电池； 4． 当电池电量不够的时候，LCD显示屏幕上将显示“BAT” 。表明仪器应该充电了。更严重的是如果LCD显示屏幕上显示“BAT”并发出“beep”的声音，表明电池电量达到最低极限了，在以后使用前仪器必须充电； 5． 避免仪器碰撞、激烈震动； 6． 避免把仪器放在有强大的磁场的地方和湿气大的地方； 7． 仪器不能有太多的油污和灰尘； 8． 带有金刚石的压电接触铁笔笔端非常敏感和精确，在每次使用完后，必须确保保护盖放在笔端上，笔端的损坏将导致读数的错误。 ⑹． 附录 表 5-1 旧标准（苏联）um ▽1 ▽2 ▽3 ▽4 ▽5 ▽6 ▽7 ▽8 ▽9 ▽10 新标准（Ra）micrometer 50 25 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 美国标准micro inch 2000 1000 500 250 125 63 32 16 8 4 注：▽11：0.050um, ▽12: 0.025um, ▽13: 0.012um, ▽14: 0.008um 新旧表面粗糙度（Ra）对照表如表 表5-2