机加工表面粗糙度.docx

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机加工表面粗糙度

4.1基本概念

4.1.1表面粗糙度的定义

表面粗糙度（Surfaceroughness）是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性性它是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。

表面粗糙度应与形状误差（宏观几何形状误差）和表面波度区别开。

通常，波距小于1mm的属于表面粗糙度，波距在1~10mm的属于表面波度，波距大于10mm的属于形状误差，如图4-1所示。

4.1.2表面粗糙度对机械零件使用性能的影响

表面粗糙度的大小对零件的使用性能和使用寿命有很大影响。

1.影响零件的耐磨性

表面越粗糙，摩擦系数就越大，相对运动的表面磨损得越快。

然而，表面过于光滑，由于润滑油被挤出或分子间的吸附作用等原因，也会使摩擦阻力增大和加速磨损。

2.影响配合性质的稳定性

零件表面的粗糙度对各类配合均有较大的影响。

对于间隙配合，两个表面粗糙的零件在相对运动时会迅速磨损，造成间隙增大，影响配合性质；对于过盈配合，在装配时表面上微观凸峰极易被挤平，产生塑性变形，使装配后的实际有效过盈减小，降低联接强度；对于过渡配合，因多用压力及锤敲装配，表面粗糙度也会使配合变松。

3.影响疲劳强度

承受交变载荷作用的零件的失效多数是由于表面产生疲劳裂纹造成的。

疲劳裂纹主要是由于表面微观峰谷的波谷所造成的应力集中引起的。

零件表面越粗糙，波谷越深，应力集中就越严重。

因此，表面粗糙度影响零件的抗疲劳强度。

4.影响抗腐蚀性

粗糙表面的微观凹谷处易存积腐蚀性物质，久而久之，这些腐蚀性物质就会渗入到金属内层，造成表面锈蚀。

此外，表面粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观、表面光学性能、导电导热性能以及表面结合的胶合强度等都有很大影响。

所以，在设计零件的几何参数精度时，必须对其提出合理的表面粗糙度要求，以保证机械零件的使用性能。

4.3表面粗糙度的选用

4.3.1评定参数的选用

1.幅度参数的选用

幅度参数是标准规定的基本参数，可以独立选用。

对于有粗糙度要求的表面，必须选用一个幅度参数。

对于幅度方向的粗糙度参数值在0.025~6.3μm的零件表面，标准推荐优先选用Ra。

这是因为Ra能够比较全面地反映被测表面的微小峰谷特征，同时，上述范围内用轮廓仪能够很方便地测出被测表面Ra的实际值。

对于Ra在6.3~100

和0.008~0.020

的零件表面可以选用Rz。

图4-11中，五种表面的轮廓最大高度参数相同，但使用质量显然不同。

因此，对于有特殊要求的少数零件的重要表面，需要加选附加参数RSm或Rmr（c）。

2.附加参数的选用

参数RSm和Rmr（c）一般不能作为独立参数选用，只能作为幅度参数的附加参数选用。

对于有特殊要求的表面，如喷涂均匀、涂层有极好的附着性和光洁性等，RSm作为附加参数选用。

对于有较高支撑刚度和耐磨性的表面，Rmr（c）作为附加参数选用。

4.3.2参数值的选用

1.表面粗糙度的参数值

在GB/T1031—95中，已经将表面粗糙度的参数值标准化。

表4-1~表4-4分别是参数Ra、Rz、RSm和Rmr（c）的参数值。

表4-1Ra的参数值（摘自GB/T1031-95）μm

0.012

0.2

3.2

50

0.025

0.4

6.3

100

0.05

0.8

12.5

0.1

1.6

25

表4-2Rz的数值（摘自GB/T1031-95）μm

0.025

0.4

6.3

100

1600

0.05

0.8

12.5

200

0.1

1.6

25

400

0.2

3.2

50

800

注：

这里的Rz对应GB/T3505-83的Ry

表4-3RSm的数值（摘自GB/T1031-95）mm

0.006

0.1

1.6

0.0125

0.2

3.2

0.025

0.4

6.3

0.05

0.8

12.5

注：

这里的RSm对应GB/T3505-83的Sm

表4-4Rmr（c）（%）的数值（摘自GB/T1031-95）

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80

90

选用轮廓的支承长度率参数Rmr（c）时，必须同时给出轮廓水平位置c值。

它可用微米或Rz的百分数表示，百分数系列如下：

Rz的5，10，15，20，25，30，40，50，60，70，80，90%。

2.表面粗糙度参数值的选用

设计时应按标准规定的参数值系列（表4-1~表4-4）选取各项参数的参数值。

选用原则是在满足功能要求的前提下，参数的允许值尽量大（Rmr（c）尽量小）。

以便于加工，降低成本，获得较好的经济效益。

选用方法目前多采用类比法。

根据类比法初步确定参数值，同时还要考虑下列情况：

同一个零件上，工作表面比非工作表面的Ra或Rz值小。

摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的Ra或Rz值小。

运动速度高、单位面积压力大、受交变载荷作用的零件表面、以及最易产生应力集中的沟槽、圆角部位应选用较小的粗糙度数值。

要求配合稳定、可靠时，粗糙度参数值应小些。

如，小间隙配合表面、受重载作用的过盈配合表面，都应选用较小的粗糙度数值。

协调好表面粗糙度参数值与尺寸及形位公差的关系。

通常，尺寸、形位公差值小，表面粗糙度Ra或Rz值也要小；尺寸公差等级相同时，轴比孔的粗糙度数值要小。

防腐蚀性、密封性要求高，或外形要求美观的表面应选用较小的粗糙度数值。

凡有关标准已对表面粗糙度作出规定的标准件或常用典型零件（例如，与滚动轴承配合的轴颈和基座孔、与键配合的轴槽、轮毂槽的工作面等），应按相应的标准确定其表面粗糙度参数值。

表4-5和表4-6分别列出了各类配合要求的孔、轴表面粗糙度参数的推荐值和各种加工方法可能达到的表面粗糙度数值，供参考。

表4-5各类配合要求的孔、轴表面粗糙度参数的推荐值

配合要求

孔

轴

轻度装卸

（如挂轮、滚刀等）

基本尺寸mm

尺寸公差等级

5

6

7

8

5

6

7

8

Ra/μm不大于

≤50

0.4

0.4~0.8

0.8

0.8~1.6

0.2

0.4

0.4~0.8

0.8

>50~500

0.8

0.8~1.6

1.6

1.6~3.2

0.4

0.8

0.8~1.6

1.6

过盈配合

①按机械压入法装配

基本尺寸mm

尺寸公差等级

②按热处理法装配

5

6

7

8

5

6

7

8

Ra/μm不大于

≤50

0.2~0.4

0.8

0.8

1.6

0.1~0.2

0.4

0.4

0.8

>50~120

0.8

1.6

1.6

1.6~3.2

0.4

0.8

0.8

0.8~1.6

>120~500

0.8

1.6

1.6

1.6~3.2

0.4

1.6

1.6

1.6~3.2

滑动轴承配合

尺寸公差等级

6~9

10~12

6~9

10~12

Ra/μm不大于

0.8~1.6

1.6~3.2

0.4~0.8

0.8~3.2

精密定心用的配合

径向跳动公差/μm

2.5

4

6

10

16

25

2.5

4

6

10

16

25

Ra/μm不大于

0.1

0.2

0.2

0.4

0.8

1.6

0.05

0.1

0.1

0.2

0.4

0.8

液体湿摩擦条件

Ra/μm不大于

0.2~0.8

0.1~0.4

表4-6不同加工方法可能达到的表面粗糙度

加工方法

表面粗糙度Ra/μm

加工方法

表面粗糙度Ra/μm

加工方法

表面粗糙度Ra/μm

加工方法

表面粗糙度Ra/μm

砂模铸造型壳铸造

6.30~100

金刚镗孔

0.05~0.40

车端面

粗

6.30~25

电解磨

0.012~1.60

金属模铸造

1.60~50

镗孔

粗

6.30~50

半精

1.60~12.5

电火花加工

0.80~25

离心铸造

1.60~25

半精

0.40~6.30

精

0.40~1.60

切割

气割

6.30~100

精密铸造

0.80~12.5

精

0.40~1.60

磨外圆

粗

0.80~6.30

锯

1.60~100

蜡模铸造

0.40~12.5

铰孔

粗

1.60~12.5

半精

0.100~1.60

车

3.20~25

压力铸造

0.40~6.30

半精

0.40~3.20

精

0.025~0.40

铣

12.5~50

热轧

6.30~100

精

0.100~1.60

磨平面

粗

1.60~3.20

磨

1.60~6.30

模锻

1.60~100

拉削

半精

0.40~3.20

半精

0.40~1.60

螺纹加工

丝锥板牙

0.80~6.30

冷轧

0.20~12.5

精

0.100~0.40

精

0.025~0.40

梳洗

0.80~6.30

挤压

0.40~12.5

滚铣

粗

3.20~25

衍磨

平面

0.025~1.60

滚

0.20~0.80

冷拉

0.20~6.30

半精

0.80~6.30

圆柱

0.012~0.40

车

0.80~12.5

锉

0.40~25

精

0.40~1.60

研磨

半精

0.05~0.40

搓丝

0.80~6.30

刮削

0.40~12.5

端面铣

粗

3.20~12.5

精

0.012~0.100

滚压

0.40~3.20

刨削

粗

6.30~25

半精

0.40~6.30

抛光

一般

0.100~1.60

磨

0.20~1.60

半精

1.60~6.30

精

0.20~1.60

精

0.012~0.100

研磨

0.05~1.60

精

0.40~1.60

车外圆

粗

6.30~25

滚压抛光

0.05~3.20

齿轮及花键加工

刨

0.80~6.30

插销

1.60~25

半精

1.60~12.5

超精

加工

平面

0.012~0.40

滚

0.80~6.30

钻孔

0.80~25

精

0.20~1.60

柱面

0.012~0.40

插

0.80~6.30

扩孔

粗

6.30~25

金刚车

0.025~0.20

化学磨

0.80~25

磨

0.100~0.80

精

1.60~6.30

剃

0.20~1.60

4.3.3取样长度的选用

一般情况下，在测量Ra、Rz时，推荐按表4-7选用对应的取样长度及评定长度值，此时取样长度值的标注在图样上或技术文件中可省略。

当有特殊要求时应给出相应的取样长度值，并在图样上或技术文件中注出。

表4-7lr和ln的数值（摘自GB/T1031-95）

Ra/μm

≥0.008~0.02

>0.02~0.10

>0.1~2.0

>2.0~10.0

>10.0~80.0

Rz/μm

≥0.025~0.10

>0.10~0.50

>0.50~10.0

>10.0~50.0

>50.0~32.0

lr/mm

0.08

0.25

0.8

2.5

8.0

ln/mm（ln=5l）

0.4

1.25

4.0

12.5

40.0

4.4表面粗糙度符号、代号及标注

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。

4.4.1表面粗糙度的符号

表4-8是图样上表示零件表面粗糙度的符合及其说明。

若仅需要加工（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，允许只注表面粗糙度符号。

表4-8表面粗糙度符号（摘自GB/T131-93）

符号

意义及说明

基本符号，表示表面可用任何方法获得。

当不加注粗糙度参数值或有关说明（例如：

表面处理、局部热处理状况等）时，仅适用于简化代号标注

基本符号加一短划，表示表面是用去除材料的方法获得。

例如：

车、铣、钻、磨、剪切、抛光、腐蚀、电火花加工、气割等

基本符号加一小圆，表示表面是用不去除材料的方法获得。

例如：

铸、锻、冲压变形、热轧、冷轧、粉末冶金等。

或者是用于保持原供应状况的表面（包括保持上道工序的状况）

在上述三个符号的长边上均可加一横线，用于标注有关参数和说明。

在上述三个符号上均可加一小圆，表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求

4.4.2表面粗糙度代号及其注法

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。

1.表面粗糙度幅度参数的标注

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。

若仅需要加工（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它规定没有要求时，允许只注表面粗糙度符号。

幅度参数是表面粗糙度的基本参数，Ra、Rz在代号中用数值表示，单位为微米（μm），Ra的参数值前可不标注参数代号，Rz的参数值前需标注出相应的参数代号。

表4-9是表面粗糙度幅度参数的各种代号及其意义。

表4-9表面粗糙度幅度参数标注的释义（摘自GB/T131-93）

代号

意义

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的最大值为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

用不去除材料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面粗糙度，Ra的上限值为3.2μm，Ra的下限值为1.6μm

用去除材料方法获得的表面粗糙度，Ra的最大值为3.2μm，Ra的最小值为1.6μm

用不去除材料方法获得的表面粗糙度，Rz的上限值为200μm

用不去除材料方法获得的表面粗糙度，Rz的最大值为200μm

用去除材料方法获得的表面粗糙度，Rz的上限值为3.2μm，下限值为1.6μm

用去除材料方法获得的表面粗糙度，Rz的最大值为3.2μm，最小值为1.6μm

2.表面粗糙度附加参数的标注

若需要标注表面粗糙度的附加参数RSm或Rmr（c）时，应注在符号长边的横线下面，数值写在相应代号的后面。

图4-12中，（a）是RSm上限值的标注示例；（b）是RSm最大值的标注示例；（c）是Rmr（c）的标注示例，表示水平位置c在Rz的50%位置上，Rmr（c）为70%，此时Rmr（c）为下限值；（d）是Rmr（c）最小值的标注示例。

3.表面粗糙度其它项目的标注

表面粗糙度数值及其有关的规定在符号中注写的位置见图4-13。

取样长度应标注在符号长边的横线下面，单位为mm，见图图4-14（a）。

若按GB10610-89的有关规定（见表4-7）选用对应的取样长度时，在图样上可省略标注。

如图样上注出的表面粗糙度要求由指定的加工方法获得时，可用文字标注在符号长边的横线上面，见图4-14（b）。

需要标注加工余量时，可在符号的左边加注加工余量数值，单位为mm，见图4.14（c）。

需要控制表面加工纹理方向时，可在符号的右边加注加工纹理方向符号，见图4-14（d）。

常见的加工纹理方向符号见表4-10。

表4-10加工纹理方向的符号（摘自GB/T131-95）

符号

示意图

符号

示意图

=

纹理平行于标注代号的视图投影面

×

纹理呈两相交的方向

⊥

纹理垂直于标注代号的视图投影面

M

纹理呈多方向

注：

若表中所列符号不能清楚表明所要求的纹理方向，应在图样上用文字说明。

4.表面粗糙度在图样上的标注方法

表面粗糙度符号、代号一般注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。

符号的尖端必须从材料外指向表面，如图4-15、图4-16。

表面粗糙度代号中的数字及符号的方向必须按图4-15、图4-16的规定标注。

带有横线的表面粗糙度符号应该按图4-16的规定进行标注。

在同一图样上，每一表面一般只标注一次符号、代号，并尽可能靠近有关的尺寸线，见图4-15。

当零件所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其符号、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均应是图形上其它表面所注代号和文字的1.4倍，见图4-15。

齿轮、渐开线花键、螺纹等工作面没有画出齿（牙）形时，其表面粗糙度代号可按图4-17的方式标注。

4.5GB/T3505-2001与GB/T3505-1983之间基本术语与参数符号的比较

GB/T3505-2001与GB/T3505-1983之间基本术语与参数符号的比较见表4-11。

表4-11表面粗糙度新旧标准中基本术语与参数符号的比较（摘自GB/T3505-2001）

基本术语

参数

2001版基本术语

1983版

2001版

本标准参数

1983版

2001版

在测量范围内

评定长度

取样长度

取样长度

轮廓的最大高度

Ry

Rz

√

评定长度

评定轮廓的算术平均偏差

Ra

Ra

√

纵坐标值

y

Z（

）

轮廓单元的平均宽度

Sm

RSm

√

轮廓峰高

yp

Zp

轮廓的支承长度率

Rmr（c）

√

轮廓谷深

yv

Zv

相对支撑比率

tp

Rmr

√

在水平位置c上轮廓的实体材料长度

ηp

Ml（c）

十点高度

Rz

—

（注：

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）