表面粗糙度及检测

Ra
lr
1 lr Ra y ( x ) dx lr 0
互换性与技术测量
1 n Ra yi n i 1
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第四章 表面粗糙度及检测
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轮廓的最大高度 Rz
（幅度参数） 取样长度内，轮廓峰顶线和谷底线之间的距离
lr
Rz y p max y v max
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– 幅度（高度）参数（轮廓起伏） ： 轮廓算术平均偏差 Ra 轮廓的最大高度 Rz – 间距参数（轮廓疏密） ： 轮廓单元的平均宽度 Rsm – 综合参数（轮廓形状） ： 轮廓的支承长度率 Rmr(c)
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轮廓算术平均偏差 Ra
（幅度参数） 取样长度内，轮廓各点至中线距离绝对值的算术平均值
b—加工方法、镀覆、涂覆、表面处理或其它说明等 c—取样长度（mm）或波纹度（mm） d—加工纹理方向符号 e—加工余量（mm） f—间距参数Rsm值（ μm）或综合参数Rmr(c)值（%）
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表面纹理标注（1）
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第四章 表面粗糙度及检测
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评定参数的选择
如无特殊要求，一般仅选用高度参数 高度参数相同时，轮廓疏密度或形状不同，表面 特性也不同：
轮廓疏密度 轮廓形状 影响 密封性、粘结性 影响 耐磨性、抗腐蚀性 反映 轮廓疏密度 反映 轮廓形状
非高度参数的选择
λ < 1mm 波距 1mm ≤ λ ≤ 10mm λ > 10mm
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轮廓滤波器
λs 滤波器：区分粗糙度与更短波 λc 滤波器：区分粗糙度与波纹度 λf 滤波器：区分波纹度与更长波
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轮廓最小二乘中线： 使轮廓上各点至该线的距离平方和为最小。 轮廓算术平均中线 使轮廓在该线上下两部分面积相等。
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轮廓最小二乘中线
y —— 轮廓偏距
y
i 1
n
2 i
min
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轮廓算术平均中线
间距参数Rsm与综合参数Rmr(c)
设立的必要性
粗糙度轮廓的疏密度和形状影响零件： 密封性 粘结性 耐磨性 抗腐蚀性等 密封性、粘结性、耐磨性、抗腐蚀性等
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轮廓单元的平均宽度 Rsm
（间距参数） 轮廓单元宽度（含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的中线长度） 在取样长度lr l 内的平均值
h' ' N H 1 h ,h , N h H A 2A 2 2
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表面粗糙度的干涉法测量
利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。适于测量 0.025～0.8μm 的Rz值。
粗糙度与尺寸公差、形状公差
一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数 般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数 值也小，但不存在确定的函数关系。 一般对应关系（设形状公差为T，尺寸公差为IT）： 若T≈0.6 IT， 则Ra≤0.05 IT； Rz≤ 0.2 IT T≈0.4 IT， 则Ra ≤0.025 IT； Rz ≤ 0.1 IT T≈0.25 IT， 则Ra ≤0.012 IT； Rz ≤ 0.05 IT T＜0.25 IT， 则Ra ≤0.15 T； Rz ≤ 0.6 T
此范围便于选择用于测量Rz的仪器
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评定参数值的选择原则
在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的 粗糙度参数值 同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度参数值小 摩擦表面比非摩擦表面粗糙度参数值小 受循环载荷的表面及应力易集中的部位粗糙度参数值 要小 配合要求高 配合要求高、联接要求可靠、受重载的表面粗糙度参 联接要求可靠 受重载的表面粗糙度参 数值都应小 同一精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参 数值要小
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表面粗糙度的基本概念 表面粗糙度的评定参数 表面粗糙度的参数选用 表面粗糙度的标注 表面粗糙度的测量
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
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表面粗糙度的测量
比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较， 多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。 光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。 常用于 测量0.8～100μm的Rz值。 干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。适 于测量0.025～0.8μm 的Rz值。 针描法：利用触针直接在被测表面上轻轻划过，测出 针描法 利用触针直接在被测表面上轻轻划过 测出 表面粗糙度的Ra值。如电动轮廓仪，适于测量0.025～ 5μm 的Ra值。
零件配合性质的稳定性
• 加大间隙配合的实际间隙 • 减小过盈（过度）配合的有效过盈
配合变松
零件的疲劳强度
• 深纹应力集中 交变载荷
易疲劳断裂
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基本术语
轮廓中线： 穿过表面轮廓的 段参考线 评定表面粗 穿过表面轮廓的一段参考线，评定表面粗 糙度的基准线，有以下两种：
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表面粗糙度的基本概念 表面粗糙度的评定参数 表面粗糙度的参数选用 表面粗糙度的标注 表面粗糙度的测量
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标注符号
在图样上表示表面粗糙度的符号有三种： 在图样上表示表面粗糙度的符号有三种
lr
Rsm
互换性与技术测量
1 n Sm n i 1 i
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轮廓支承长度率 Rmr(c)
（综合参数） 实体材料长度Ml(c) （平行于中线且与峰顶线距离为 c 的直线， 与轮廓相截所得的各段截线长度之和）与评定长度 ln之比
Rmr (c)
互换性与技术测量
Ml (c) Ml1 Ml2 100% ln ln
F
1
F
2
y=f(x)
Fn
0 G1 G2 L Gm
x
F1+F2+…+Fn= G1+G2+…+Gm
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基本术语
取样长度 lr：
评定表面粗糙度所规定的一段基准线（中线）长度 评定表面粗糙度所规定的 段基准线（中线）长度 一般在一个取样长度内应包含５个以上的波峰和波谷 限制和削弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响 数值上等于λc 滤波器的标志波长：lr = λc
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第四章
表面粗糙度及检测
陈津平 博士 副教授 精密仪器与光电子工程学院 chenjinping@tju edu cn chenjinping@tju.edu.cn
相关标准
• GB／T3505 T3505-2009 2009《产品几何技术规范（GPS） 表面结构轮廓法 术语、定义及表面结构参数》 • GB／T1031-2009《产品几何技术规范（GPS） 表面结构轮廓法 表面粗糙度参数及其数值》 • GB/T131-2006《产品几何技术表规范（GPS） 技术产品文件中表面结构表示法》
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
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表面粗糙度的基本概念 表面粗糙度的评定参数 表面粗糙度的参数选用 表面粗糙度的标注 表面粗糙度的测量
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
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表面粗糙度的基本概念 表面粗糙度的评定参数 表面粗糙度的参数选用 表面粗糙度的标注 表面粗糙度的测量
高度参数
当选用Ra时，只需标参数值，“Ra”可以省略 当选用Rz时，参数和参数值都应标出
表面加工纹理方向
表面微观结构的主要方向 由所采用的加工方法或其它因素形成 必要时才规定
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互换性与技术测量
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标注举例
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
互换性与技术测量
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表面粗糙度的比较法测量
将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车 间 评定表面粗糙度值较大的工件 间，评定表面粗糙度值较大的工件。
互换性与技术测量
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表面粗糙度的光切法测量
光切原理，双管显微镜测量。常用于测量0.8～100μm的Rz值。
表面粗糙度的成因
机械加工的： 切削刀痕 切屑分离时的塑性变形 加工系统的振动 刀具与工件表面的摩擦 ……
互换性与技术测量
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对零件性能的影响
零件的耐磨性
• 摩擦系数大 • 接触面积小 • 压强大
表面粗糙度大 加快磨损
抗腐蚀性 密封性 外观 测量精度 表面光学性能 导电导热性能 胶合强度 ……
评定长度 ln：
评定表面轮廓时所必需的一段长度 评定长度可包括一个或多个取样长度 不均匀的表面，宜选用较长的评定长度 评定长度一般按5个取样长度来确定：ln = 5lr
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取样长度lr和评定长度ln
基准线 （中线）
互换性与技术测量
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粗糙度概念
表面粗糙度： 表面粗糙度 加工表面上具有的较小间距和微小峰 谷的一种微观几何形状误差。 波长、波距
互换性与技术测量
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表面轮廓
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
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表面轮廓分类
第四章 表面粗糙度及检测
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Rmr(c)曲线
•与表面粗糙度的形状有关 •数值大小对应于不同的水平截距c •反映接触面的大小，与承载和磨损有关
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表面粗糙度的基本概念 表面粗糙度的评定参数 表面粗糙度的参数选用 表面粗糙度的标注 表面粗糙度的测量
lr L
lr L
lr L lnn
lr L
lr L
互换性与技术测量
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表面粗糙度的基本概念 表面粗糙度的评定参数 表面粗糙度的参数选用 表面粗糙度的标注 表面粗糙度的测量
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
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评定参数
• 国家标准规定的表面粗糙度的评定参数
a为基本符号，表示表面可以用任何方法获得 b表示表面是用去除材料的方法获得的 c表示表面是用不去除材料的方法获得的
a
互换性与技术测量
b
c
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标注代号
• a1、a2—高度参数代号及最大、最小允许数值（μm）
（一般只在 （ 般只在a2 处标最大值）
• • • • •
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标准评定参数值Ra、Rz
互换性与技术测量
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标准评定参数值Rsm、Rmr(c)
互换性与技术测量
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lr、ln与Ra、Rz
互换性与技术测量
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表面纹理标注（2）
互换性与技术测量
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表面纹理标注（3）
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
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标注原则
标注符号的位置与指向
位置：可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的 位置 可见轮廓线 尺寸界线 引出线或它们的 延长线上 指向：符号尖端必须从材料外指向被注表面
间距参数Rsm 综合参数Rmr(c)
互换性与技术测量
第四章 表面粗糙度及检测
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评定参数的选择
如无特殊要求，一般仅选用高度参数：
优先选用Ra（ 0.025 μm ~ 6.3μm ）
能充分反映零件表面轮廓特征
当表面过于粗糙（Ra＞6.3μm） 或过于光滑（ Ra＜ 0.025 μm ）时，可选用Rz