【教学课件】第4章表面粗糙度.ppt

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1、第四章 表面粗糙度 第一节 概 述一、表面粗糙度（surface roughness）的定义 经机械加工后的零件表面，由于刀具或砂轮切削后遗留的刀痕、切削过经机械加工后的零件表面，由于刀具或砂轮切削后遗留的刀痕、切削过程中切屑分离时产生的塑性变形以及机床的振动等原因，会使被加工零件程中切屑分离时产生的塑性变形以及机床的振动等原因，会使被加工零件的表面存在一定的几何形状误差，其中造成零件表面的凹凸不平，形成微的表面存在一定的几何形状误差，其中造成零件表面的凹凸不平，形成微观几何形状误差的较小间距观几何形状误差的较小间距(通常波距小于通常波距小于l mm)l mm)的峰谷，称为表面粗糙度，的峰谷，

2、称为表面粗糙度，它是一种微观几何形状误差，也叫做微观不平度。表面粗糙度与表面波纹它是一种微观几何形状误差，也叫做微观不平度。表面粗糙度与表面波纹度、表面形状误差的区别，通常按相邻两波峰或两波谷之间的距离，即按度、表面形状误差的区别，通常按相邻两波峰或两波谷之间的距离，即按波距的大小来划分，一般而言波距小于波距的大小来划分，一般而言波距小于1mm1mm，大体呈周期性变化的属于表面，大体呈周期性变化的属于表面粗糙度（即微观几何形状误差）的范围；波距在粗糙度（即微观几何形状误差）的范围；波距在1 110 mm10 mm之间并呈周期性之间并呈周期性变化的属于表面波纹度（即中间几何形状误差）的范围；波距

3、在变化的属于表面波纹度（即中间几何形状误差）的范围；波距在10 mm10 mm以上以上而无明显周期变化的属于表面形状误差（即宏观几何形状误差）的范围，而无明显周期变化的属于表面形状误差（即宏观几何形状误差）的范围，如图如图4.14.1所示。所示。图图4.1 表面粗糙度、波纹度、形状误差表面粗糙度、波纹度、形状误差 二、表面粗糙度对零件使用性能的影响 1.1.对零件耐磨性的影响对零件耐磨性的影响 由于零件表面存在着微观几何形状误差，当两个表面作相对运动时，由于零件表面存在着微观几何形状误差，当两个表面作相对运动时，只能在轮廓的峰顶处发生接触，从而减少了接触面积，比压增大，使零件只能在轮廓的峰顶处

4、发生接触，从而减少了接触面积，比压增大，使零件表面磨损速度增快。一般来说表面越粗糙，磨擦阻力越大，耐磨性越低。表面磨损速度增快。一般来说表面越粗糙，磨擦阻力越大，耐磨性越低。但是如果表面太光滑，不利于贮存润滑油，则两个接触面会形成干磨擦或但是如果表面太光滑，不利于贮存润滑油，则两个接触面会形成干磨擦或半干磨擦，以及分子间的吸附作用等，反而使磨擦系数增大，会加剧表面半干磨擦，以及分子间的吸附作用等，反而使磨擦系数增大，会加剧表面磨损。磨损。2.2.对接触刚度的影响对接触刚度的影响 表面越粗糙，表面间的实际接触面积就越小，则单位面积上的压力就表面越粗糙，表面间的实际接触面积就越小，则单位面积上的压

5、力就越大，使得峰顶处的局部塑性变形加剧，接触刚度下降，从而影响零件的越大，使得峰顶处的局部塑性变形加剧，接触刚度下降，从而影响零件的工作精度和抗振性。工作精度和抗振性。3.3.对配合性质的影响对配合性质的影响 表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，会因微观不平表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，会因微观不平度的峰顶在相对运动过程中很快磨掉而使间隙增大；对于过盈配合，则因度的峰顶在相对运动过程中很快磨掉而使间隙增大；对于过盈配合，则因装配时表面的峰顶被挤平，使实际过盈减小，降低连接强度；对于过渡配装配时表面的峰顶被挤平，使实际过盈减小，降低连接强度；对于过渡配合，表面粗糙度

6、也有使配合变松的影合，表面粗糙度也有使配合变松的影 4.4.对抗疲劳强度的影响对抗疲劳强度的影响 零件表面越粗糙，凹痕越深，波谷的曲率半径也越小，对应力集中越敏感，零件表面越粗糙，凹痕越深，波谷的曲率半径也越小，对应力集中越敏感，特别是当零件承受交变载荷作用的时候，由于应力集中的影响，使疲劳强度特别是当零件承受交变载荷作用的时候，由于应力集中的影响，使疲劳强度降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。5.5.对抗腐蚀性的影响对抗腐蚀性的影响 表面越粗糙，腐蚀性气体或液体越易在谷底处聚集，并渗入到金属内部，表面越粗糙，腐蚀性气体或液体越易在谷底处聚集，并渗入到金属内部，

7、造成零件表面锈蚀。造成零件表面锈蚀。此外表面粗糙度还影响结合面的密封性，影响零件的美观性等等，所以表此外表面粗糙度还影响结合面的密封性，影响零件的美观性等等，所以表面粗糙度是衡量产品质量的一个重要指标。面粗糙度是衡量产品质量的一个重要指标。第二节 表面粗糙度的评定 一、术语和定义 1 1滤波器滤波器(profile filter)(profile filter)滤波器是确定表面粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。滤波器是确定表面粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。2 2滤波器滤波器(profile filter)(profile filter)滤波器是指确定存在于表面上的粗糙度与比它更

8、短的波的成分之间相交界滤波器是指确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。限的滤波器。3 3原始轮廓原始轮廓(primary profile)(primary profile)原始轮廓是指在应用短波长滤波器之后的总的轮廓。原始轮廓是指在应用短波长滤波器之后的总的轮廓。4 4粗糙度轮廓粗糙度轮廓(roughness profile)(roughness profile)粗糙度轮廓是指对原始轮廓采用滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓，这粗糙度轮廓是指对原始轮廓采用滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓，这是故意修正的轮廓。是故意修正的轮廓。以下所涉及到的轮廓如果没有特殊说明，都是指

9、粗糙度轮廓。以下所涉及到的轮廓如果没有特殊说明，都是指粗糙度轮廓。二.评定基准 为了合理、准确地评定被测表面的粗糙度，需要确定间距和幅度两个方向为了合理、准确地评定被测表面的粗糙度，需要确定间距和幅度两个方向的评定基准，即取样长度、评定长度和轮廓中线。的评定基准，即取样长度、评定长度和轮廓中线。1.1.取样长度取样长度(sampling length)(sampling length)取样长度是指用于判别被评定轮廓不规则特征的取样长度是指用于判别被评定轮廓不规则特征的X轴方向上的长度，即测轴方向上的长度，即测量和评定表面粗糙度时所规定的量和评定表面粗糙度时所规定的X轴方向上的一段长度，如图轴方

10、向上的一段长度，如图4.2所示。取所示。取样长度在数值上与滤波器波器的标志波长相等，样长度在数值上与滤波器波器的标志波长相等，X轴方向与间距方向一致，轴方向与间距方向一致，如图如图4.3所示。所示。规定取样长度是为了限制和减弱宏观几何形状误差，尤其是表面波纹度对规定取样长度是为了限制和减弱宏观几何形状误差，尤其是表面波纹度对测量结果的影响。国家标准规定取样长度按表面粗糙程度选取相应的取样测量结果的影响。国家标准规定取样长度按表面粗糙程度选取相应的取样长度数值，它应该至少包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。长度数值，它应该至少包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。2.2.评定长度评定长度ln(evaluati

11、on length)ln(evaluation length)评定长度是用于判别被评定轮廓的评定长度是用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度。由于零件表面粗糙轴方向上的长度。由于零件表面粗糙度不均匀，在一个取样长度上往往不能合理地反映整个表面粗糙度特征，度不均匀，在一个取样长度上往往不能合理地反映整个表面粗糙度特征，因此在测量和评定时需要规定一段最小长度作为评定长度。评定长度包含因此在测量和评定时需要规定一段最小长度作为评定长度。评定长度包含几个取样长度，如图几个取样长度，如图4.2所示。所示。一般情况下取一般情况下取ln5lr，如果被测表面均匀性较好，可选，如果被测表面均匀性较好，可选ln5l

12、r；被测表面均；被测表面均匀性较差时，可选匀性较差时，可选ln5lr 图图4.2 取样长度和评定长度取样长度和评定长度n图图4.3 3.3.轮廓中线轮廓中线(mean lines)(mean lines)用轮廓滤波器抑制了长波轮廓成分相对应的中线，即具有几何轮廓形用轮廓滤波器抑制了长波轮廓成分相对应的中线，即具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，也就是用来评定表面粗糙度参数值的给定线。轮状并划分轮廓的基准线，也就是用来评定表面粗糙度参数值的给定线。轮廓中线有两种：廓中线有两种：轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线(m)轮廓最小二乘中线是指在取样长度内，使轮廓上各点的纵坐标值轮廓最小二乘中线是指在取样

13、长度内，使轮廓上各点的纵坐标值Zi(x)平方和为最小的线，即平方和为最小的线，即 为最小，纵坐在轮廓图形上确定最小二为最小，纵坐在轮廓图形上确定最小二乘中线较为困难，实际应用中经常采用算术平均中线。乘中线较为困难，实际应用中经常采用算术平均中线。轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线 轮廓算术平均中线是指在取样长度内具有几何轮廓形状与轮廓走向一致轮廓算术平均中线是指在取样长度内具有几何轮廓形状与轮廓走向一致的基准线，并由该线将轮廓划分为两部分，使得上、下两边的面积之和相的基准线，并由该线将轮廓划分为两部分，使得上、下两边的面积之和相等，如图等，如图4.所示。所示。图图.轮廓中线轮廓中线图图4.5 轮

14、廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差 三.表面粗糙度的评定参数(parameters)为了满足对零件表面不同的功能要求，国家标准为了满足对零件表面不同的功能要求，国家标准GB/T35052000根据表面微观几何形状幅度、间距和形状等三个方面的特征，根据表面微观几何形状幅度、间距和形状等三个方面的特征，规定了相应的评定参数。规定了相应的评定参数。1 1幅度参数幅度参数(高度参数高度参数)轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差Ra(arithmetical mean deviation of the assessed profile)轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差Ra是指在一个取样长度内，纵坐标是指

15、在一个取样长度内，纵坐标Z(x)绝对值的算术平均值，如图绝对值的算术平均值，如图4.所示。用公式表示为：所示。用公式表示为：或近似为：或近似为：轮廓最大高度轮廓最大高度Rz(maximum beight of profile)轮廓最大高度轮廓最大高度Rz是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和的高度，如图大轮廓谷深之和的高度，如图4.6所示，用公式表示为：所示，用公式表示为：RzZp maxZv max 式中：式中：Zp max 表示最大轮廓峰高；表示最大轮廓峰高；Zv max 表示最大轮廓谷深（取正值）。表示最大轮廓谷深（取正值）。图图4.6

16、 轮廓的最大高度轮廓的最大高度 2.2.间距参数间距参数 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm(mean width of the profile elements):轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm是指在一个取样长度内粗糙度轮廓单元宽是指在一个取样长度内粗糙度轮廓单元宽度度Xs的平均值，如图的平均值，如图4.7所示。所示。图图4.7 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度 3.3.混合参数混合参数(形状参数形状参数)轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr(c)(material ratio of the profile):轮廓的支承长度率是指在给定水平位置轮廓的支承长度率是指在

17、给定水平位置C上轮廓的实体材料长度上轮廓的实体材料长度Ml(c)与评与评定长度的比率定长度的比率,如图如图4.8所示。所示。图图4.8 支承比率曲线支承比率曲线 轮廓的实体材料长度轮廓的实体材料长度Ml(c)轮廓的实体材料长度是指在评定长度内，一平行于轮廓的实体材料长度是指在评定长度内，一平行于X轴的直线从峰顶线向轴的直线从峰顶线向下移一水平截距下移一水平截距c时，与轮廓相截所得的各段截线长度之和，如图时，与轮廓相截所得的各段截线长度之和，如图4.8(a)所示所示,即即 轮廓的水平截距轮廓的水平截距c可用微米或用它占轮廓最大高度百分比表示。由图可用微米或用它占轮廓最大高度百分比表示。由图4.8

18、(a)可以看出，支承长度率是随着水平截距的大小而变化的，其关系曲线叫可以看出，支承长度率是随着水平截距的大小而变化的，其关系曲线叫做支承长度率曲线，如图做支承长度率曲线，如图4.8(b)所示。支承长度率曲线对于反映表面耐磨性具所示。支承长度率曲线对于反映表面耐磨性具有显著的功效，即从中可以明显看出支承长度的变化趋势，而且比较直观。有显著的功效，即从中可以明显看出支承长度的变化趋势，而且比较直观。间距参数间距参数RSm与混合参数与混合参数Rmr(c)相对于基本参数（相对于基本参数（Ra和和 Rz）而言，称为）而言，称为附加参数，其应用仅限于零件的重要表面并且有特殊使用要求的时候。附加参数，其应用

19、仅限于零件的重要表面并且有特殊使用要求的时候。第三节 表面粗糙度的选用 一、评定参数的选用 .幅度参数的选用幅度参数的选用 幅度参数幅度参数(Ra和和 Rz)是国家标准规定的基本参数，可以独立选用。凡是有表是国家标准规定的基本参数，可以独立选用。凡是有表面粗糙度要求的表面，必须选用一个幅度参数。一般情况下可以从幅度参数面粗糙度要求的表面，必须选用一个幅度参数。一般情况下可以从幅度参数Ra和和Rz中任选一个，但在常用值范围内中任选一个，但在常用值范围内(Ra为为0.0256.3m)优先选用优先选用Ra参数，因参数，因为一般情况下都是采用电动轮廓仪测量零件表面的为一般情况下都是采用电动轮廓仪测量零

20、件表面的Ra值，而这种仪器的测量范值，而这种仪器的测量范围为围为0.028m。Rz值通常用光学仪器中的双管显微镜或干涉显微镜测量，表值通常用光学仪器中的双管显微镜或干涉显微镜测量，表面粗糙度要求特别高或特别低面粗糙度要求特别高或特别低(0.008Ra0.025m或或100Ra6.3m)的时的时候，选用候，选用Rz参数。参数。Rz参数用于测量部位小、峰谷小或有疲劳强度要求的零件表参数用于测量部位小、峰谷小或有疲劳强度要求的零件表面的评定。面的评定。2.2.附加参数的选用附加参数的选用 对附加评定参数对附加评定参数RSm或或Rmr(c)，一般不能作为独立参数选用，只有少数零，一般不能作为独立参数选

21、用，只有少数零件的重要表面并且有特殊使用要求的时候才附加选用。件的重要表面并且有特殊使用要求的时候才附加选用。RSm主要应用在对喷涂性能，冲压成形时抗裂纹、抗震、抗腐蚀，减小流主要应用在对喷涂性能，冲压成形时抗裂纹、抗震、抗腐蚀，减小流体流动摩擦阻力等有要求的场合。体流动摩擦阻力等有要求的场合。支承长度率支承长度率Rmr(c)主要应用在对耐磨性、接触刚度要求较高的场合时选用。主要应用在对耐磨性、接触刚度要求较高的场合时选用。二、参数值的选用 国家标准国家标准GB/T10311995对表面粗糙度的参数值大小进行了规定，对表面粗糙度的参数值大小进行了规定，Ra、Rz、RSm、Rmr(c)的参数值分

22、别见表的参数值分别见表4-1表表4-4。表表4-1 Ra的参数值的参数值(m)(摘自GB/T10311995)表表4-2 Rz的参数值的参数值(m)(摘自GB/T10311995)表表4-3 RSm的参数值的参数值(mm)(摘自GB/T10311995)表表4-4 Rmr(c)的参数值的参数值()(摘自GB/T10311995)第四节 表面粗糙度符号、代号及其标注方法 图样上所标注的表面粗糙度符号、代号是该表面完工后的要求。表图样上所标注的表面粗糙度符号、代号是该表面完工后的要求。表面粗糙度的标注必须符合国家标准面粗糙度的标注必须符合国家标准GB/T1311993的规定。的规定。一、表面粗糙度

23、的符号 表面粗糙度的符号见表表面粗糙度的符号见表4-7。如果仅需要加工（采用去除材料的方法或。如果仅需要加工（采用去除材料的方法或不去除材料的方法）但对表面粗糙度的其他规定没有要求时，允许只标注不去除材料的方法）但对表面粗糙度的其他规定没有要求时，允许只标注表面粗糙度的符号。表面粗糙度的符号。二、表面粗糙度的代号及其标注方法 .表面粗糙度基本参数的标注表面粗糙度基本参数的标注 表面粗糙度幅度参数是基本参数，表面粗糙度幅度参数是基本参数，Ra用数值表示时，参数值前不标注用数值表示时，参数值前不标注参数代号参数代号Ra，Rz的参数值前需标注出相应的参数代号的参数值前需标注出相应的参数代号Rz，幅度

24、参数的单，幅度参数的单位是微米位是微米(m)。表面粗糙度幅度参数的各种标注方法及其意义如表。表面粗糙度幅度参数的各种标注方法及其意义如表4-8所所示。示。当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的个数少于总数当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的个数少于总数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糙度参数的最大值或最小值 表表4-7 表面粗糙度

25、的符号表面粗糙度的符号(摘自GB/T1311993)表表4-8 表面粗糙度幅度参数的标注及意义表面粗糙度幅度参数的标注及意义（摘自GB/T1311993）2.2.表面粗糙度附加参数的标注表面粗糙度附加参数的标注 表面粗糙度如果需要标注附加参数表面粗糙度如果需要标注附加参数RSm和和Rmr(c)的时候，应该标注在符号的时候，应该标注在符号长边的横线下面，数值写在相应的代号后面，如图长边的横线下面，数值写在相应的代号后面，如图4.10所示。图所示。图4.10中，中，(a)表示表示RSm上限值的标注；上限值的标注；(b)表示表示RSm最大值的标注；最大值的标注；(c)表示表示Rmr(c)的标注的标注

26、,表示水平位置表示水平位置c在在Rz的的50位置上，位置上，Rmr(c)为为70，此时，此时Rmr(c)为下限值；为下限值；(d)表示表示Rmr(c)最小值的标注。最小值的标注。图图4.10 附加参数的标注附加参数的标注(a)(b)(c)(d)3.3.表面粗糙度其它项目的标注表面粗糙度其它项目的标注 表面粗糙度的数值及其有关规定在符号中注写的位置如图表面粗糙度的数值及其有关规定在符号中注写的位置如图4.11所示。所示。如果按国家标准如果按国家标准GB106101989的规定选用对应的取样长度时，在图的规定选用对应的取样长度时，在图样上可省略标注，否则应按图样上可省略标注，否则应按图4.12(a

27、)所示的方法标注取样长度所示的方法标注取样长度0.8mm。如果某表面的粗糙度要求由指定的加工方法如果某表面的粗糙度要求由指定的加工方法(如铣削如铣削)获得时，可用文获得时，可用文字标注在图字标注在图4.11规定之处，如图规定之处，如图4.12(b)所示。所示。如果需要标注加工余量如果需要标注加工余量(设加工总余量为设加工总余量为7mm)，应将其标注在图，应将其标注在图4.11规规定之处，如图定之处，如图4.12(c)所示。所示。如果需要控制表面加工纹理方向时，可在图如果需要控制表面加工纹理方向时，可在图4.11的规定之处，加注加工的规定之处，加注加工纹理方向符号，如图纹理方向符号，如图4.12

28、(d)所示。国家标准规定了加工纹理方向符号，如所示。国家标准规定了加工纹理方向符号，如表表4-9所示。所示。图图4.11 表面粗糙度代号标注表面粗糙度代号标注 图图4.12 表面粗糙度其它项目标注表面粗糙度其它项目标注 表表4-9 加工纹理方向符号加工纹理方向符号（GB/T1311993）4.4.表面粗糙度在图样上的标注方法表面粗糙度在图样上的标注方法 表面粗糙度的符号、代号一般标注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线、表面粗糙度的符号、代号一般标注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，并且符号的尖端必须从材料外指向表面，如图引出线或它们的延长线上，并且符号的尖端必须从材料外指向表

29、面，如图4.13所示。其中标注在螺纹直径上的符号表示螺纹工作表面的粗糙度。在同一图所示。其中标注在螺纹直径上的符号表示螺纹工作表面的粗糙度。在同一图样上，每一个表面一般只标注一次符号和代号，并尽可能地靠近有关的尺寸样上，每一个表面一般只标注一次符号和代号，并尽可能地靠近有关的尺寸线。当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其符号和代号可在图线。当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其符号和代号可在图样的右上角统一标注，其符号、代号和文字说明的高度都应该是图形上其它样的右上角统一标注，其符号、代号和文字说明的高度都应该是图形上其它表面所标注代号和文字的表面所标注代号和文字的1.4倍。当

30、被测表面在不同方位并且带有横线的表面倍。当被测表面在不同方位并且带有横线的表面粗糙度符号应该如图粗糙度符号应该如图4.14所示的规定进行标注。所示的规定进行标注。图图4.13 表面粗糙度标注典型图例表面粗糙度标注典型图例 图图4.14 表面粗糙度标注典型图例表面粗糙度标注典型图例 第五节 形GB/T35052001和GB/T35051983之间基本术语和参数符号的比较 国家标准国家标准GB/T35052001GB/T35052001和和GB/T35051983GB/T35051983之间基本术语和参数符号的之间基本术语和参数符号的比较见表比较见表4-104-10。表表4-10表面粗糙度新旧国家

31、标准中的基本术语和参数符号的比较（表面粗糙度新旧国家标准中的基本术语和参数符号的比较（摘自GB/T35052001）思考题1.表面粗糙度的含义是什么。它与形状误差和表面波纹度有何区别？表面粗糙度的含义是什么。它与形状误差和表面波纹度有何区别？2.表面粗糙度对零件的使用性能有何影响？表面粗糙度对零件的使用性能有何影响？3.什么是轮廓中线？为什么要规定取样长度和评定长度？分别如何确定？什么是轮廓中线？为什么要规定取样长度和评定长度？分别如何确定？4.表面粗糙度评定参数有哪些？说出高度参数的名称、代号、含义及其特点。表面粗糙度评定参数有哪些？说出高度参数的名称、代号、含义及其特点。5.选用零件的表面粗糙度时应考虑哪些原则？选用零件的表面粗糙度时应考虑哪些原则？