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表面粗糙度的知識(shí)

表面粗糙度的概念


表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很小(在1mm以下),它屬于微觀幾何形狀誤差。


具體指微小峰谷Z高低程度和間距S狀況。一般按S分:

  • S<1mm 為表面粗糙度;

  • 1≤S≤10mm為波紋度;

  • S>10mm為 f 形狀


VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定常用三個(gè)指標(biāo)來評(píng)定表面粗糙度(單位為μm):輪廓的平均算術(shù)偏差Ra、不平度平均高度Rz和最大高度Ry。在實(shí)際生產(chǎn)中多用Ra指標(biāo)。輪廓的最大微觀高度偏差Ry在日本等國(guó)常用Rmax符號(hào)來表示,歐美常用VDI指標(biāo)。下面為VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表。


VDI3400、Ra、Rmax對(duì)照表

VDI3400

Ra(μm)

Rmax(μm)

0

0.1

0.4

6

0.2

0.8

12

0.4

1.5

15

0.56

2.4

18

0.8

3.3

21

1.12

4.7

24

1.6

6.5

27

2.2

10.5

30

3.2

12.5

33

4.5

17.5

36

6.3

24

表面粗糙度形成因素

表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的,例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時(shí)表面層金屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動(dòng)、電加工的放電凹坑等。由于加工方法和工件材料的不同,被加工表面留下痕跡的深淺、疏密、形狀和紋理都有差別。


表面粗糙度對(duì)零件的影響主要表現(xiàn)

影響耐磨性。表面越粗糙,配合表面間的有效接觸面積越小,壓強(qiáng)越大,摩擦阻力越大,磨損就越快。

影響配合的穩(wěn)定性。對(duì)間隙配合來說,表面越粗糙,就越易磨損,使工作過程中間隙逐漸增大;對(duì)過盈配合來說,由于裝配時(shí)將微觀凸峰擠平,減小了實(shí)際有效過盈,降低了連接強(qiáng)度。

影響疲勞強(qiáng)度。粗糙零件的表面存在較大的波谷,它們像尖角缺口和裂紋一樣,對(duì)應(yīng)力集中很敏感,從而影響零件的疲勞強(qiáng)度。

影響耐腐蝕性。粗糙的零件表面,易使腐蝕性氣體或液體通過表面的微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層,造成表面腐蝕。

影響密封性。粗糙的表面之間無法嚴(yán)密地貼合,氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。

影響接觸剛度。接觸剛度是零件結(jié)合面在外力作用下,抵抗接觸變形的能力。機(jī)器的剛度在很大程度上取決于各零件之間的接觸剛度。

影響測(cè)量精度。零件被測(cè)表面和測(cè)量工具測(cè)量面的表面粗糙度都會(huì)直接影響測(cè)量的精度,尤其是在精密測(cè)量時(shí)。

此外,表面粗糙度對(duì)零件的鍍涂層、導(dǎo)熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動(dòng)的阻力、導(dǎo)體表面電流的流通等都會(huì)有不同程度的影響。

表面粗糙度評(píng)定依據(jù)

01

取樣長(zhǎng)度

取樣長(zhǎng)度是評(píng)定表面粗糙度歲規(guī)定一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。應(yīng)根據(jù)零件實(shí)際表面的形成情況及紋理特征,選取能反映表面粗糙度特征的那一段長(zhǎng)度,量取取樣長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際表面輪廓的總的走向進(jìn)行。規(guī)定和選擇取樣長(zhǎng)度是為了限制和減弱表面波紋度和形狀誤差對(duì)表面粗糙度的測(cè)量結(jié)果的影響。

02

評(píng)定長(zhǎng)度

評(píng)定長(zhǎng)度是評(píng)定輪廓所必須的一段長(zhǎng)度,它可包括一個(gè)或幾個(gè)取樣長(zhǎng)度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均勻,在一個(gè)取樣長(zhǎng)度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征,故需在表面上取幾個(gè)取樣長(zhǎng)度來評(píng)定表面粗糙度。評(píng)定長(zhǎng)度一般包含5個(gè)取樣長(zhǎng)度。

03

基準(zhǔn)線

基準(zhǔn)線是用以評(píng)定表面粗糙度參數(shù)的輪廓中線 。基準(zhǔn)線有兩種:輪廓的最小二乘中線:在取樣長(zhǎng)度內(nèi),輪廓線上各點(diǎn)的輪廓偏距的平方和為最小,具有幾何輪廓形狀。輪廓的算術(shù)平均中線:在取樣長(zhǎng)度內(nèi),中線上下兩邊輪廓的面積相等。理論上最小二乘中線是理想的基準(zhǔn)線,但在實(shí)際應(yīng)用中很難獲得,因此一般用輪廓的算術(shù)平均中線代替,且測(cè)量時(shí)可用一根位置近似的直線代替。

表面粗糙度評(píng)定參數(shù)

01

高度特征參數(shù)

Ra 輪廓算術(shù)平均偏差:在取樣長(zhǎng)度(lr)內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。在實(shí)際測(cè)量中,測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目越多,Ra越準(zhǔn)確。

Rz 輪廓最大高度:輪廓峰頂線和谷底線之間的距離。

在幅度參數(shù)常用范圍內(nèi)優(yōu)先選用Ra 。在2006年以前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中還有一個(gè)評(píng)定參數(shù)為“微觀不平度十點(diǎn)高度”用Rz表示,輪廓最大高度用Ry表示,在2006年以后國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中取消了微觀不平度十點(diǎn)高度,采用Rz表示輪廓最大高度。


02

間距特征參數(shù)

Rsm 輪廓單元的平均寬度。在取樣長(zhǎng)度內(nèi),輪廓微觀不平度間距的平均值。微觀不平度間距是指輪廓峰和相鄰的輪廓谷在中線上的一段長(zhǎng)度。相同的Ra值的情況下,其Rsm值不一定相同,因此反映出來的紋理也會(huì)不相同,重視紋理的表面通常會(huì)關(guān)注Ra與Rsm這兩個(gè)指標(biāo)。

Rmr 形狀特征參數(shù)用輪廓支承長(zhǎng)度率表示,是輪廓支撐長(zhǎng)度與取樣長(zhǎng)度的比值。輪廓支承長(zhǎng)度是取樣長(zhǎng)度內(nèi),平行于中線且與輪廓峰頂線相距為c的直線與輪廓相截所得到的各段截線長(zhǎng)度之和。

表面粗糙度測(cè)量方法

01

比較法

使用于車間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,常用于中等或較粗糙表面的測(cè)量。方法是將被測(cè)量表面與標(biāo)有一定數(shù)值的粗糙度樣板比較來確定被測(cè)表面粗糙度數(shù)值的方法。

02

觸針法

表面粗糙度利用針尖曲率半徑為2微米左右的金剛石觸針沿被測(cè)表面緩慢滑行,金剛石觸針的上下位移量由電學(xué)式長(zhǎng)度傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)放大、濾波、計(jì)算后由顯示儀表指示出表面粗糙度數(shù)值,也可用記錄器記錄被測(cè)截面輪廓曲線。一般將僅能顯示表面粗糙度數(shù)值的測(cè)量工具稱為表面粗糙度測(cè)量?jī)x,同時(shí)能記錄表面輪廓曲線的稱為表面粗糙度輪廓儀。這兩種測(cè)量工具都有電子計(jì)算電路或電子計(jì)算機(jī),它能自動(dòng)計(jì)算出輪廓算術(shù)平均偏差Ra,微觀不平度十點(diǎn)高度Rz,輪廓最大高度Ry和其他多種評(píng)定參數(shù),測(cè)量效率高,適用于測(cè)量Ra為0.025~6.3微米的表面粗糙度。


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