第三章 表面粗糙度的检验

第三章 表面粗糙度的检验

第一节 概 述

一、零件表面结构

在机械加工过程中，由于刀具与工件的摩擦、切削的痕迹、切屑分离时塑性变形及工艺系统的误差和振动等各种因素的影响，最终被加工件表面结构是由宏观的、微观的和介于两者之间的波纹度以及峰谷间距所组成(见表3—1)。

被加工零件表面上具有较小峰谷和间距所组成的微观几何形状特性称为表面粗糙度。它是表面质量的重要内容之一，检验表面粗糙度工作越来越受到关注。

表3—1 零件表面结构

零件表面结构 零件表面 表面粗糙度 表面波纹度 形状误差 表面特征图形 主要产生原因 各种类型的表面结构偏差叠加在一起而构成的复杂表面 主要是由刀具切削过程中，刀具刃口在零件表面留下的加工痕迹，如剪切、摩擦、裂屑、积屑的产生和脱落等 主要是由加工机床系统振动在零件表面形成具有一定周期起伏的表面 主要是由加工机床的几何误差、工件的安装误差及加工应力的变形等因素产生 二、三类特性参数

表面粗糙度的评定参数分成三类。

（1)高度特性参数。用以表示微观轮廓表面波峰和波谷高度特性的一组粗糙度参数，如轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz、轮廓最大高度Ry等。

(2)间距参数。用以表示微观轮廓表面间距特性的一组粗糙度参数，如轮廓的单峰平均间距S、轮廓微观不平度的平均间距Sm、轮廓峰的密度D等。

(3)形状特性参数。用以表示微观表面轮廓形状的一组粗糙度参数，如轮廓支承长度率Tp、轮廓的偏斜度Sk、轮廓的均方根斜率△q等。

标注和评价表面粗糙度时，同一表面可以选择一个或几个粗糙度参数，如同时选择Ra、Tp等。 三、五个常用参数

目的最常用的参数主要有Ra、Rz、Ry、Sm、和Tp五个参数。到底选择一个或几个参数来表达表面的微观几何形状特征，完全取决于对工件的性能要求和是否便于测量等方面的因素。对于测量人员来说，一定要分清楚各个参数的含义、区别、评价条件和应用范围，才能正确选择测量方法和出具客观真实的粗糙度测量结果。

1．Ra(轮廓算术平均偏差)

定义：在取样长度内，轮廓偏距绝对值的算术平均值，如图3—1所示。轮廓偏距是指轮廓上各点到中线的距离(图3—2中yi)。

参数Ra是使用得最普遍的一个参数，其优越性在于当刀具磨损时，可以监控生产过程中加工表面的逐渐变化。

Ra参数的缺点是获得的测量结果为一个平均值，若不借助测量仪器的轮廓曲线显示或输出数值，是很难判断不同的轮廓表面峰谷特性的。 2．Rz (微观不平度十点高度)

定义：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3—3所示。

不同的标准对Rz的定义不同，为便于与其他的Rz区分，在测量仪器上和一些说明书中，将此处的Rz

定为Rz (ISO)。我国采用的Rz (ISO)比起Ra来，Rz更能综合地反映出表面峰谷特性，是生产过程中控制微观表面质量的重要参数。

3．Ry (轮廓最大高度)和Rmax(轮廓最大峰谷高度)

Ry的定义：在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。在其他一些国家的标准中，Ry被写作Rf、Rh、Rd.

Rmax的定义：在评定长度内，五个取样长度中最大的一个轮廓高度。 Ry和Rmax的示意图，见图3—4。

在同一评定长度内，Ry和Rmax相比，Ry能真实地反映整个评定长度内微观轮廓的最高波峰和最深波谷，而不足之处在于最高的波峰可能在评定长度的起始处，最深的波谷可能在评定长度的结束处，最高的波峰和最深的波谷之间没有太大的联系；只一评定的是每个取样长度内选取的最大峰谷高度中最大的一个， 波峰和波谷之间的关系更密切。当取样长度等于评定长度时，Ry比Rmax优越得多，Ry更能反映出表面轮廓的最大峰谷高度。

4．Sm (轮廓微观不平度的平均间距)

定义：取样长度内，轮廓微观不平度间距的平均值(见图3—5)。S1 5．Tp (轮廓支承长度率)

定义：轮廓支承长度与取样长度L之比，即TP值是对应于不同的水平截距C而给出的；Tp1为微观支承率，在未作特别说明的情况下，Tp1即通常所说的Tp，GB／T 3505—2000标准中的参数Tp即此处的微观支承率Tp1；Tpa为宏观支承率(材料率)。宏观支承率是指在调平表面上所测得的非滤波轮廓支承率， 轮廓表面未去除表面波纹度的影响,如图3—6所示。宏观支承率的水平截距以Pt的百分数表示。Pt叫轮廓的峰谷总高度。

第二节 参 数 值

一、高度特性参数及其数值系列

在常用的参数值范围内(Ra为0．025—6．3μm，Rz为0．100～25μm)推荐优先选用Ra。 1．Ra的数值

表面粗糙度Ra的数值与表面光洁度Ra值对照见表3—2。

表3—2 表面粗糙度Ra值与表面光洁度Ra值对照表 (单位：μm )

GB／T 1031—1995 GBl031—1968 GB／T 1031—1995 GBl03l一1968 表面粗糙度 表面光洁度 表面粗糙度 表面光洁度 第1 第2 级别 第1 第2 级别

极限值 极限值

系列 系列 代号 系列 系列 代号 0．008 1．00 0．010 ▽14 ≤0．01 1．25 ▽7 >0．63～1．25 0．012 1．60 0．016 2．0 0．020 ▽13 >0．01～0．02 2．5 ▽6 >1．25～2．5 0．025 3．20 0．032 4．0 0．040 ▽12 >0．02～0．04 5．0 ▽5 >2．5～5．0 0．050 6．3 0．063 8．0 0．080 ▽11 >0．04～0．08 10．0 ▽4 >5～10 0．100 12．5 0．125 16．0

0．160 ▽10 >0．08～0．16 20 ▽3 >10～20 0．20 25 0．25 32 0．32 ▽9 >0．16～0．32 40 ▽2 >20～40 0．40 50 0．50 60 0．63 ▽8 >0．32～0．63 80 ▽1 >40～80 0．80 100 2．Rz的数值

表面粗糙度Rz的数值与表面光洁度Rz值对照见表3—3。

表3—3 表面粗糙度Rz值与表面光洁度Rz值对照表 (单位：μm )

GB／T 1031—1995 GBl031—1968 GB／T 1031—1995 GBl03l一1968 表面粗糙度 表面光洁度 表面粗糙度 表面光洁度 第1 第2 级别 第1 第2 级别

极限值 极限值

系列 系列 代号 系列 系列 代号 0．025 8．0 0．032 10．0 ▽6 >6．3～10 0．040 12．5 0．050 ▽14 <0．05 16．0 0．063 20 ▽5 >10．0～20 0．080 25 0．100 ▽13 >0．05～0．1 32

0．125 40 ▽4 >20～40 0．160 50 0．20 ▽12 >0．1～0．2 63 0．25 80 ▽3 >40～80 0．32 100 0．40 ▽11 >0．2～0．4 125 0．50 160 ▽2 >80～160 0．63 200 0．80 ▽10 >0．4～0．8 250 1．00 320 ▽l >160～320 1．25 400 1．60 ▽9 >0．8～1．6 500 2．0 630 2．5 800 3．2 ▽8 >1．6～3．2 1000 4．0 1250 5．0 1600 6．3 ▽7 >3．2～6．3

3．Ty的数值(见表3—4)

表3—4 轮廓最大高度Ry的数值(GB/T 1031—1995) (单位：μm )

二、附加的评定参数

根据表面功能的需要，除表面粗糙度高度参数(Ra、Rz、Ry)外，可选用下列附加的评定参数。

1．Sm和S的数值

(1)轮廓微观不平度的平均间距一Sm。 (2)轮廓的单峰平均间距一S。

轮廓微观不平度的平均间距S，和轮廓单峰平均间距S是反映表面微观不平度横向间距细密度的参数，当高度参数不能足够控制表面功能时，可根据需要选用Sm和S补充控制，这就构成了对表面粗糙度质量的二维控制。其数值见表3—5，一般优先选用系列值。

表3—5 Sm和S的数值 GB/T 1031—1995 (单位：mm)

轮廓的单峰(谷)S的最小间距规定为取样长度L的1％。轮廓峰(谷、单峰、单谷)的最小高度规定为轮廓最大高度Ry的10％，，对Ra、Rz和Ry参数亦适用。 2．Tp的数值

轮廓支承长度率Tp是表征形状特性的参数，是耐磨性的度量指标。其参数值见表3—6。

表3—6 轮廓支承长度率如的数值

Tp(％) 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90

选用轮廓支承长度率参数时，必须同时给出轮廓水平截距C值，它可用微米或轮廓最大高度的百分数表示，其数值见表3—7。

表3—7 Ry的百分数系列

Ry (％) 5 40 10 50 15 60 20 70 25 80 30 90 三、表面粗糙度代号及标注 1．Ra值的标注(见表3—8)

Ra值在代号中用数值表示，参数前可不标注参数代号。

表3—8 高度参数Ra的标注 (单位：μm) 代 号 意 义 用任何方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3．2μm 用去除材料方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3．2μm 用不去除材料方法获得的表面 粗糙度，Ra的上限值为3．2μm 用去除材料方法获得的表面粗 糙度，Ra的上限值为3．2μm ，Ra的下限位为1．6μm 代 号 意 义 用任何方法获得的表面粗糙度，Ra的最大值为3．2μm 用去除材料方法获得的表而粗糙度，Ra的最大值为3．2弘In 用不去除材料方法获得的表而粗糙度，Ra的最大值3．2μm 用去除材料方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3．2μm ，Ra的下限位为1．6μm 2．Rz和Ry值的标注(见表3—9)

Rz和Ry的标注需在参数值前标注相应的参数代号。

表3—9 高度参数Rz和Ry的标注 (单位：μm)

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。

3．Sm(S)和Tp的标注见表3—10。

表3—10 间距参数Sm(S)和形状参数Tp的标注

图3—7 各参数的标注位置

4．粗糙度标注示例(见表3—11)

表3—11 粗糙度标注示例