表面粗糙度轮廓的评定-苏州曼戈斐仪器有限公司

表面粗糙度轮廓的评定

2020-06-12 10:05:36

零件在加工后的表面粗糙度轮廓是否符合要求，应由测量和评定它的结果来确定。测量和评定表面粗糙度轮廓时，应规定取样长度、评定长度、中线和评定参数。为了合理评定加工后零件的表面粗糙度，GB/T 3505-2009《术语、定义及表面结构参数》、GB/T 1031-2009《表面粗糙度参数及其数值》规定了轮廓法评定表面粗糙度的术语定义、参数及其数值。下面主要介绍相关基本术语及评定参数：

一、基本术语

（1）轮廓滤波器
滤波器是除去某些波长成分而保留所需表面成分的处理方法。轮廓滤波器是把轮廓分成长波成分和短波成分的滤波器，共有λs、λc和λf三种滤波器。λs滤波器是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；λc滤波器是确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。λf滤波器是确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器。它们所能抑制的波长称为截止波长。从短波截止波长至长波截止波长这两个极限值之间的波长范围称为传输带。三种滤波器的传输特性相同，截止波长不同。波长具体数值根据GB/T 6062-2009《接触（触针）式仪器的标称特性》中的规定确定。
为了评价表面轮廓（图6.2所示的实际表面轮廓）上各种几何形状误差中的某一几何形状误差，可以通过轮廓滤波器来呈现这一几何形状误差，过滤掉其他的几何形状误差。
对表面轮廓采用轮廓滤波器λs抑制短波后得到的总的轮廓，称为原始轮廓。对原始轮廓采用λc滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓，称为粗糙度轮廓。对原始轮廓连续采用λf和λc两个滤波器分别抑制长波成分和短波成分以后形成的轮廓，称为波纹度轮廓。粗糙度轮廓和波纹度轮廓均是经过人为修正的轮廓，粗糙度轮廓是评定粗糙度轮廓参数（R参数）的基础，波纹度轮廓是评定波纹度轮廓参数（W参数）的基础。本章只讨论粗糙度轮廓参数，波纹度轮廓参数有关内容可参考相关书籍及标准。零件表面宏观形状误差相关内容见本书第4章。
使用接触（触针）式仪器测量表面粗糙度轮廓时，为了抑制波纹度对粗糙度测量结果的影响，仪器的截止波长为λc的长波滤波器从实际表面轮廓上把波长较大的波纹度波长成分加以抑制或排除掉；截止波长为λs的短波滤波器从实际表面轮廓上抑制比粗糙度波长更短的成分，从而只呈现表面粗糙度轮廓，以对其进行测量和评定。其传输带则是从λs至λc的波长范围。长波滤波器的截止波长λc等于取样长度lr。
（2）取样长度lr
鉴于实际表面轮廓包含粗糙度、波纹度和宏观形状误差等三种几何形状误差，测量表面粗糙度轮廓时，应把测量限制在一段足够短的长度上，以抑制或减弱表面波纹度、排除宏观形状误差对表面粗糙度轮廓测量结果的影响。这段长度称为取样长度，它是用于在X轴方向（见图6.1）判别被评定轮廓不规则特征的长度，用符号lr表示，如图6.3所示。lr过长，表面粗糙度的测量值中可能包含有表面波纹度的成分；过短，则不能客观的反应表面粗糙度的实际情况，使测得结果有很大随机性。取样长度值与表面粗糙度的评定参数有关，在取样长度范围内，一般应包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。表面越粗糙，则取样长度lr就应越大。评定粗糙度轮廓的取样长度lr在数值上与轮廓滤波器λc的截止波长相等。
（3）评定长度ln
由于零件表面的微小峰、谷的不均匀性，在表面轮廓不同位置的取样长度上的表面粗糙度轮廓测量值不完全相同。因此，为了更合理地反映整个表面粗糙度轮廓的特性，应测量连续的几个取样长度上的表面粗糙度轮廓。这些连续的几个取样长度称为评定长度，它是用于评定被评定轮廓的X轴方向上的长度，用符号ln表示，如图6.3所示。
评定长度可以只包含一个取样长度或包含连续的几个取样长度。评定长度的缺省值为连续的5个取样长度（即ln=5×lr）。取样长度和评定长度的标准值见表6.1。
对于微观不平度间距较大的端铣、滚铣及其他大进给走刀量的加工表面，应按标准中规定的取样长度系列选取较大的取样长度值。由于加工表面的不均匀，在评定表面粗糙度时，其评定长度应根据不同的加工方法和相应的取样长度来确定。一般情况下，推荐选取标准值。对均匀性好的表面，可选ln<5×lr；对均匀性较差的表面，可选ln>5×lr。

图6.3 取样长度和评定长度
表6.1 取样长度和评定长度标准值摘自GB/T1031-2009、GB/T10610-2009

Ra/μm	Rz/μm	RSm/μm	标准取样长度lr/mm	标准取样长度ln/mm
≥0.006~0.02	≥0.025~0.1	≥0.013~0.04	0.08	0.4
>0.02~0.1	>0.1~0.5	>0.04~0.13	0.25	1.25
>0.1~2	>0.5~10	>0.13~0.4	0.8	4
>2~10	>10~50	>0.4~1.3	2.5	12.5
>10~80	>50~200	>1.3~4	8	40

（4）中线m
为了定量地评定表面轮廓参数，首先要确定一条中线，它是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，以中线为基础来计算各种评定参数的数值。用轮廓滤波器λc抑制了长波轮廓成分相对应的中线，称为粗糙度轮廓中线。粗糙度轮廓中线是用以评定被测表面粗糙度参数数值的基准。中线按照标称形状用最小二乘法拟合确定的。所谓最小二乘法拟合，是指在一个取样长度内使轮廓上各点到该中线距离的平方和

为最小。在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困难，可使用轮廓算术平均中线。轮廓算术平均中线是指在取样长度内，与轮廓走向一致，将轮廓划分为上、下两部分，且使上、下两部分面积相等的线，如图6.4所示。

图6.4 轮廓算术平均中线
即：

（6.1）
（5）轮廓峰与轮廓谷
轮廓峰表示被评定轮廓上连接轮廓与X轴两相邻交点的向外（从材料到周围介质）的轮廓部分；轮廓谷表示被评定轮廓上连接轮廓与X轴两相邻交点的向内（从周围介质到材料）的轮廓部分。
（6）轮廓单元
轮廓单元指的是一个轮廓峰与相邻的一个轮廓谷的组合。一个轮廓单元的轮廓峰高与轮廓谷深之和，称为轮廓单元高度，用Zt表示；一个轮廓单元与X轴相交线段的长度，称为轮廓单元宽度，用Xs表示。如图6.5所示。
（7）轮廓实体材料长度Ml（c）
轮廓的实体材料长度是指在一个给定水平截面高度c上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和，用Ml（c）表示。如图6.6所示。

（6.2）

图6.5 轮廓单元图6.6 轮廓实体材料长度
二、评定参数
国标规定采用中线制来评定表面粗糙度，为了定量地评定表面粗糙度轮廓，必须用参数及其数值来表示表面粗糙度轮廓的特征。由于表面轮廓上的微小峰、谷的幅度、间距和形状是构成表面粗糙度轮廓的基本特征，因此在评定表面粗糙度轮廓时，可采用以下幅度参数、间距参数和混合参数。其中幅度参数是基本参数，间距参数和混合参数是附加评定参数。
（一）幅度参数—

、

1.轮廓的算术平均偏差

轮廓的算术平均偏差

是指在一个取样长度内，粗糙度轮廓上各点纵坐标值Z（x）（纵坐标值指被评定轮廓在任一位置上距X轴的高度）绝对值的算术平均值（见图6.4）。

（6.3）
或近似为：

（6.4）
2.轮廓最大高度

轮廓峰的最高点距X轴的距离，称为轮廓峰高Zp，轮廓谷的最低点与X轴的距离，称为轮廓谷深Zv，如图6.5所示。在一个取样长度内，轮廓峰高的最大值称为最大轮廓峰高，用Rp表示，轮廓谷深的最大值称为最大轮廓谷深，用Rv表示。
轮廓的最大高度Rz是指在一个取样长度内，被评定轮廓的最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之和，如图6.7所示。
即：

（6.5）
显然，评定粗糙度轮廓的幅度参数Ra、Rz的数值越大，则零件表面越粗糙。Ra参数能客观地反映表面微观几何形状误差，是通常采用的评定参数。一般用触针式电动轮廓仪进行测量。Rz测量相对简单，但不如Ra值能准确反映表面几何特性。
需要注意的是在GB／T3035-l983中，符号

曾用于表示“轮廓不平度的十点高度”。而现在使用中的一些表面粗糙度测量仪器大多测量的是本标准旧版本规定的

参数。因此当使用现行的技术文件和图样时必须注意这一点，因为用不同类型的仪器按不同的定义计算所得到的结果其差别并不都是非常微小而可以忽略。

图6.7 轮廓最大高度
（二）间距参数—RSm
轮廓单元的平均宽度RSm是指在一个取样长度内轮廓单元宽度的平均值，如图6.8所示。RSm的值可以反映被测表面加工痕迹的细密程度。

（6.6）

图6.8 轮廓单元的宽度
（三）混合参数—Rmr（c）

轮廓的支承长度率Rmr（c）是指在评定长度范围内在给定水平截面高度c上轮廓的实体材料长度Ml（c）与评定长度的比率。

（6.7）
表示轮廓支承长度率随水平截面高度c变化关系的曲线称为轮廓支承长度率曲线，如图6.9所示，显然不同的c位置有不同的轮廓支承长度率。

图6.9 轮廓支承长度率曲线
轮廓支承长度率与零件的实际轮廓形状有关，能直观反映实际接触面积的大小，是反映零件表面耐磨性能的指标。对于不同的实际轮廓形状，在相同的评定长度内对于相同的水平截距，轮廓支承长度率越大，则表示零件表面凸起的实体部分就越大，承载面积就越大，因而接触刚度就越高，耐磨性能就越好。如图6.10（a）表面的耐磨性能较好，图6.10（b）的耐磨性能较差。

（a）耐磨性较好的轮廓形状（b）耐磨性较差的轮廓形状
图6.10不同轮廓形状的实体材料长度

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