第五章 外表缺陷、外表粗糙度及测量本章要点：本章要点：1.1.掌握判别工件外表缺陷和外表粗糙度的区分方法，学会使用粗糙度样块。掌握判别工件外表缺陷和外表粗糙度的区分方法，学会使用粗糙度样块。2.2.掌握外表粗糙度的根本概念及代号的标注、选用原那么。掌握外表粗糙度的根本概念及代号的标注、选用原那么。3.3.学会根据图样或技术文件，判别工序间或成品工件外表缺陷的可接受性。学会根据图样或技术文件，判别工序间或成品工件外表缺陷的可接受性。 教学难点：教学难点： 对工件外表质量不管去掉材料与否的要求，不仅学会对工件外表质量不管去掉材料与否的要求，不仅学会用用RaRa、RzRz数值评定外表粗糙度。而且对工件外表缺陷，制定数值评定外表粗糙度。而且对工件外表缺陷，制定相应的检测、检验技术要求，同样予以关注。相应的检测、检验技术要求，同样予以关注。 对于外表缺陷的检验与评定，可用经验法目测，需进一步对于外表缺陷的检验与评定，可用经验法目测，需进一步判断、分析其原因那么用各仪器测定，控制产品质量。判断、分析其原因那么用各仪器测定，控制产品质量。教学时数参考：教学时数参考：4 4授课方式所用教具：授课方式所用教具：1.1.教材中本章有关外表缺陷工件及外表粗糙度工件实物，教材中本章有关外表缺陷工件及外表粗糙度工件实物，2.2.电子电子课件。课件。a)a)外表粗糙度样块外表粗糙度样块 b b便携式粗糙度测量仪便携式粗糙度测量仪 、 外表缺陷、外表粗糙度，是两类最常见的外表质量控制环节根本要求，这是确保零件发挥使用功能的根本要求。 第一节 概 述 外表粗糙度 是指零件在加工过程中，因不同的加工方法、机床与工具的精度、振动及磨损等因素在加工外表上所形成的具有较小间隔和较小峰谷的微观状况，它属微观几何误差。 外表缺陷 是零件外表不仅在加工中，而且在运输、储存或使用过程中生成的无一定规那么的单元体。它与外表粗糙度、波纹度和有限外表上的形状误差一起，综合形成了零件的外表特征。一、外表缺陷一、外表缺陷1外表缺陷的特征外表缺陷的特征 外表缺陷具有尺寸大小、深度、高度要求，有缺陷面积、总面外表缺陷具有尺寸大小、深度、高度要求，有缺陷面积、总面积，有缺陷数量、单位面积上缺陷数等要求，以上各参数是一个规定的外表上允许积，有缺陷数量、单位面积上缺陷数等要求，以上各参数是一个规定的外表上允许的最大极限值。的最大极限值。2常见的缺陷类型常见的缺陷类型 (1)凹缺陷类凹缺陷类 如铸件外表产生的毛孔、砂眼，模锻件的裂缝、缺损等。如铸件外表产生的毛孔、砂眼，模锻件的裂缝、缺损等。(2)凸缺陷类凸缺陷类 如冲压件的氧化皮、飞边，模铸或模锻模具挤出的缝脊。如冲压件的氧化皮、飞边，模铸或模锻模具挤出的缝脊。(3)混合缺陷类混合缺陷类 如滚压或锻压出现的皱皮、折叠，吃如滚压或锻压出现的皱皮、折叠，吃9量过大造成的不可去除的刀量过大造成的不可去除的刀痕剩余。痕剩余。(4)区域和外观缺陷类区域和外观缺陷类 如磨削进给量过大引起的外表的网状裂纹和鳞片，切削热造如磨削进给量过大引起的外表的网状裂纹和鳞片，切削热造成的外表烧伤。成的外表烧伤。在线教务辅导网：在线教务辅导网： :/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址： 对于外表缺陷的检验与评定，可用经验法目测，需进一步判断、分析其原因时，那么用各种仪器测定，控制产品质量。实际外表上有缺陷不表示该外表不可用，缺陷的可接受性取决于外表的用途或功能。二、外表粗糙度二、外表粗糙度 外表粗糙度的产生外表粗糙度的产生 主要是由于切削加工中的刀痕、刀具与零件外表的摩主要是由于切削加工中的刀痕、刀具与零件外表的摩擦、切屑与工件离时的塑性变形、工艺系统的高频振动等因素造成的。它擦、切屑与工件离时的塑性变形、工艺系统的高频振动等因素造成的。它是评定产品质量的重要指标。是评定产品质量的重要指标。 外表波纹度外表波纹度 主要是由加工工艺系统的强迫振动造成的，是外表具有较强主要是由加工工艺系统的强迫振动造成的，是外表具有较强周期性波动的中间几何形状误差。周期性波动的中间几何形状误差。 经机械加工的零件外表，总是存在着宏观和微观的几何形状误差，如图5-1a、b所示。外表粗糙度误差与宏观几何形状误差和波度误差的区别，一般以一定的波距入与波高h之比来划分。 一般 A/h 1000者为宏观几何形状误差； A/h40 者为外表粗糙度误差；A/h = 401000者为波度误差。三、外表粗糙度对零件使用性能的影响 1) 零件外表粗糙不仅影响美观；2)对运动面的摩擦与磨损；3)贴合面的密封性等都有影响；4)另外还会影 响定位及定位精度、配合性质；5)疲劳强度、接触刚度；6)抗腐蚀性等。第二节 外表粗糙度的评定参数一、主要术语及定义( GB/T 3505-2021)1.外表轮廓 它是由一个指定平面与实际外表相交所得的轮廓，如图5-2所示。2.轮廓滤波器 即把外表轮廓分成长波和短波的滤波器。它们的传输特性相向，截止波长不同。如图5-3所示。3.粗糙度轮廓 是对原始轮廓采用c滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。它是定粗糙度轮廓参数的根底，如图5-3所示。4.波纹度轮廓 是对原始轮廓连续应用 和c两个滤波器后形成的轮廓。它是评定波纹度轮廓参数的根底，如图5-3所示。 2.取样长度 用于判别具有外表粗糙度特征的X轴方向上的一段基准线长度称为取样长度。取样长度应与外表粗糙度的要求相适应，过短不能反映粗糙度实际情况；过长那么会把波纹度的成分也包括进去。 3.评定长度 评定外表粗糙度所需的X轴方向上的一段长度称为评定长度。为了克服加工外表的不均匀性，较客观地反映外表粗糙度的真实情况，如图5-4所示。一般取 图5-4 取样长度和评定长度二、外表粗糙度主要评定参数( GB/T 3505-2021)(1)轮廓算术平均偏差Ra 在一个取样长度lr范围内，纵坐标值Z绝对值的算术平均值，如图5-7所示。其数学表达式为2轮廓最大高度Rz 在一个取样长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷底线之间的距离，称为轮廓最大高度Rz。图5-8所示的 为轮廓最大峰高， 为轮廓最大轮廓最大高度为 图5-8 轮廓最大高度Rz 示意图 Rz常用于不允许有较深加工痕迹如受交变应力的外表，或因外表很小不宜采用Ra时用Rz评定的外表。Rz只能反映外表轮廓的最大高度，不能反映微观几何形状特征。Rz常与Ra联用。三、三、 一般规定一般规定 1. 1. 国标规定采用中线制轮廓法来评定外表粗糙度，粗糙度的评定参国标规定采用中线制轮廓法来评定外表粗糙度，粗糙度的评定参数一般从数一般从RaRa、RzRz中选取，参数值见表中选取，参数值见表5-15-1、表、表5-25-2。表中的。表中的“系列值系列值应得到优先选用。应得到优先选用。2. 在常用的参数值范围内在常用的参数值范围内Ra为，为，Rz为为0.10 25m，推荐优先选用，推荐优先选用Ra。3. 国标国标GB/T 35052021虽然定义了虽然定义了R、W、P三种高度轮廓，常用的是三种高度轮廓，常用的是R轮廓。轮廓。当零件外表有功能要求时，除选用高度参数当零件外表有功能要求时，除选用高度参数Ra、Rz之外，还可选用附加的评定之外，还可选用附加的评定参数。如当要求外表具有良好的耐磨性时，可增加轮廓单元的平均宽度参数。如当要求外表具有良好的耐磨性时，可增加轮廓单元的平均宽度 轮廓轮廓长度支承率指标长度支承率指标 外表粗糙度的根本符号如图5-9所示，在图样上用粗实线画出。符号及其意义见表5-4。 为了明确外表结构要求，除了标注结构参数和数值外，必要时应标注补充要求，补充要求包括传输带、取样长度、加工工艺、外表纹理及方向、加工余量等。第三节 外表结构代号及标注 ( GB7T 131-2006) 图5-9 外表粗糙度的根本符号二、加工纹理方向符号表二、加工纹理方向符号表5-5四、控制外表功能的最少标注图5-10 图5 -10 外表功能最少标注 a-上限或下限符号U或L b-滤波器类型“X。标准滤波器是高斯滤波器，代替了2RC滤波器 c-传输带标注为短波或长波滤波器 d-轮廓R、w或p e-特征参数，代号后无“max用“16%规那么；否那么按“最大规那么 f-评定长度包含假设干个取样长度；默认评定长度：g-极限判 断规那么(“16%规那么或“最大化规那么 h-以微米为单位的极限值 五、应用五、应用GB/T 131-2006标准的重要性及特点标准的重要性及特点 有关外表结构要求图样标注的演变有关外表结构要求图样标注的演变( GB/T 131-2006)见表见表5-7。1)新数字高斯滤波器，取代了模数2RC滤波器，是本标准最重要的变化。2)除R粗糙度轮廓外，还定义了两个新的 W波纹度轮廓和P原始轮廓。3)参数标注为大小写斜体，如Ra和Rz，旧标准中标注为下标的如Ra：和Rz不再使用。4)标准中Rz为原Ry的定义，原Ry的符号不再使用。5)重新定义了外表结构触针式测量仪器( GB/T 6062-2021)，用于实际轮廓的评定。六、外表结构要求的标注例如表六、外表结构要求的标注例如表5-8 通过屡次、多例反复读识外表结构要求的标注例如，到达正确理解与检测通过屡次、多例反复读识外表结构要求的标注例如，到达正确理解与检测的目的的目的注：1“16%规那么：用同一个参数及评定长度，测值大于或小于规定值的个数不超过总数的16%那么该外表合格。2“最大规那么：在被检的整个外表上，参数值一个也不能超过规定值。3“传输带：是两个定义的滤波器之间的波长范围。即被一个短波滤波器和另一个长波滤波器所限制。长波滤波器的截止波长值就是取样长度。传输带即是评定时的波长范围。使用传输带的优点是测量的不确定度大为。 第四节第四节 外表粗糙度值的选择外表粗糙度值的选择确定零件外表粗糙度时，除有特殊要求的外表外，一般多确定零件外表粗糙度时，除有特殊要求的外表外，一般多采用类比法选取。采用类比法选取。1)在满足零件外表功能要求的情况下，尽量选用大一些的外表粗糙度值。2) 一般情况下，同一个零件上，工作外表或配合面的外表粗糙度值应小于非工作面或非配合面的外表粗糙度值。3)摩擦面、承受高压和交变载荷的工作面的外表粗糙度值应小一些。4)尺寸精度和形状精度要求高的外表，其外表粗糙度值应小一些5)要求耐腐蚀的零件外表，其外表粗糙度值应小一些。6)有关标准已对外表粗糙度要求作出规定的，应按相应标准确定外表粗糙度值。外表粗糙度数值的选择，一般应作以下考虑：外表粗糙度数值的选择，一般应作以下考虑： 有关圆柱体接合的外表粗糙度值的选用，见表5-9。 第五节 外表粗糙度的测量测量外表粗糙度的方法很多，下面仅介绍几种常用的测量方法及程序，见表5-10 一、比较法一、比较法 比较法就是将被测零件外表与外表粗糙度样块图比较法就是将被测零件外表与外表粗糙度样块图5-1la5-1la，通过视觉、触感或其他方法进行比较后，对被检外表的粗糙度作出评定的方法。，通过视觉、触感或其他方法进行比较后，对被检外表的粗糙度作出评定的方法。 用比较法评定外表粗糙度虽然不能精确地得出被检外表的粗糙度数值，但由于器具简单，使用方便且能满足一般的生产要求，故常用于生产用比较法评定外表粗糙度虽然不能精确地得出被检外表的粗糙度数值，但由于器具简单，使用方便且能满足一般的生产要求，故常用于生产现场，包括车、磨、镗、铣、刨等机械加工用的外表粗糙度比较样块。现场，包括车、磨、镗、铣、刨等机械加工用的外表粗糙度比较样块。四、针描法针描法又称感触法，它是利用金刚石针尖与被测外表相接触，当针尖以一定速度沿着被测外表移动时，被测外表的微观不平将使触针在垂直于外表轮廓方向上产生上下移动，将这种上下移动转换为电量并加以处理。从仪器的指示表中获得参数值。采用针描法测量外表粗糙度的仪器叫做电动轮廓仪图5-11d，它百作为Ra、Rz等多种参数的评定依据。该类仪器的优点：不受工件大小制约，可在大型工件上测取数据，防止因取样而破坏工件的麻烦，因此优先选用。 Ra一般为0. 016.3 m，甚至20m。 符合新标准的接触触针式新型智能化仪器轮廓计和轮廓记录仪如TRl01型及SJ301/RJ201型等便携式粗糙度测量仪图5-12a、b测得Ra、Rz等参数，已出现取代光切法及干预法仪器的趋势。 图5 -11 外表粗糙度常用测量仪器 a)外表粗糙度样块 .a)b) 图5-12 便携式粗糙度测量仪 a) TRlOI袖珍外表粗糙度仪 bSJ-301外表粗糙度测量仪加工时不同切削方式获得的外表，用比照法所使用的粗糙度样块 本章小结： 1.本章介绍了外表缺陷、外表粗糙度两类最常见的外表质量控制环节，这是确保零件发挥适用功能的根本要求，应同时关注。 2.阐述了常见外表缺陷的术语及分类；外表粗糙度的根本术语及定义、标准选用原那么。 3.按不同高度值区分几何形状误差时，形状误差为几mm；外表波度为50m；外表粗糙度那么为几百m。使用中优先选用Ra、Rz指标和轮廓仪。掌握机加工中，常用工种车、铣、刨、镗、磨等粗糙度样块的使用。 4. 对高精度的渐开线齿轮粗糙度的测量，因齿面曲率大，应使用专用仪器进行测量，如SP-60齿轮测量仪。 5应用GB/T 131-2006标准的重要性及特点简述：1)参数标注为大、小写斜体，如Ra、Rz。2)新的Rz为原Ry，的定义。原Ry的符号不再使用。3)重新定义了外表结构触针式测量仪器( GB/T 6062-2021)，用于实际轮廓的评定。4)“16%规那么，参数测值大于或小于规定值的个数不超过总数的16%那么该外表合格。5)“最大规那么，整个外表上，参数值一个也不能超过规定值。6)“传输带是两个定义的滤波器间的波长范围取样长度。使用传输带的优点，使测量的不确定度大为减少。7)旧版本与新版本图形标注的演变见表5-7。8)鉴于标准、图样、接触式轮廓仪器正处于替代与过渡中，国标GB/T 131-2006指出标准、图样、仪器三者应配套与正确使用。 习题与练习五根据各院校不同情况选择