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粗糙度参数详解


粗糙度参数教程
参考标准:ISO1302-1992 GB3503-1983

JIS B0601-2001
JIS B0632-2001 JIS B0633-2001

EQ 石飞
——2011-03-21

粗糙度的直观印象
在机械学中,粗糙度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。

粗糙度是什么引起的?-1
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。例如加工过程中刀具与零件表面间 的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及 工艺系统中的高频振动等。被加工表面留下痕迹 的深浅、疏密、形状和纹理都有差别
比如1: 刀尖圆弧半径re就是切削中对粗糙度影响 非常重要的一个因素, re越大残留高度越 小,则粗糙度越差 比如2: 副偏角K‘r越小,粗糙度越好。但是要素 都是矛盾统一体,超过极限则物极必反, K’r变小会引起刀具振动变大,反而会影 响粗糙度

粗糙度是什么引起的?-2
要素 刀具 分类 几何形状 前角 后角 副偏角 修光刃 刃倾角 刃磨质量 刀具材料 切削条件 切削速度 进给量 切削液 工件材料 设备 影响刀刃锋利程度而影响粗糙度,越大越好 减小与已加工面摩擦越大越好 减小与已加工面摩擦越小越好 有利于粗糙度 影响排削方向,正值有利于粗糙度 刀具本身粗糙度影响加工结果(要求高1-2级) 与母材的分子亲和力越强越易沾刀粗糙度越差 对塑性材料敏感,速度越快粗糙度越好 减少进给量残留高度减小粗糙度减小 能起到润滑效果降低粗糙度 一般,韧性越好,塑性变形越大粗糙度越大 设备的刚度、精度越好则粗糙度越好

刀尖圆弧半径 影响残留高度,越小越好

粗糙度的影响有哪些1?
1) 表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙,配合表面间的有效接触面积越 小,压强越大,磨损就越快。 如丝般温润 如直接穿迷彩

2) 表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说,表面越粗糙,就越 易磨损,使工作过程中间隙逐渐增大;对过盈配合来说,由于装配时将 微观凸峰挤平,减小了实际有效过盈,降低了联结强度。 曲轴的油膜 水泵的强插

粗糙度的影响有哪些1?
3) 表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷,它们 像尖角缺口和裂纹一样,对应力集中很敏感,从而影响零件的疲劳强度。

4) 表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面,易使腐蚀性气体或液体通 过表面的微观凹谷渗入到金属内层,造成表面腐蚀。

5) 表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合,气体或 液体通过接触面间的缝隙渗漏。 6)表面粗糙度影响零件的接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下,抵 抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。 此外,表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、 液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。

粗糙度的历史
表面粗糙度的标准化工作是从三十年代开始发展起来的,和形位公差一样, 也是首先从解决图样标注的统一开始的。前联邦德国标准DIN140发布于1939 年,是世界上最早的有关表面粗糙度方面的标准。这个标准只规定表面粗糙 度的符号,把需要加工的表面分为▽、▽▽、 ▽▽▽、▽▽▽▽ ,不需要加 工的表面用符号∽表示。由于没有参数标准,因此各个符号均无既定的数值, 而是凭目测加以区分。 最早制订表面粗糙度参数标准的是美国,它于1940年发布了美国标准 ASAB46.1—1940 我国的表面粗糙度标准的制订工作是从五十年代初开始的。1951年颁布的中华 人民标准620.040—13《工程制图表面记号及处理说明》。1981年到1982年期 间对GB/T131—1974进行了修订,经过修订后的标准改为三个标准,即 GB/T1031—1983《表面粗糙度 参数及其数值》、GB/T3505—1983《表面粗糙 度 术语 表面及其参数》和GB/T131—1983《表面粗糙度 代号及其注法》。随 着我国加入WTO 和与国际标准接轨,1993年又对GB/T131—1983进行了修订, 主要对表面粗糙度参数Ra、Rz、Ry的上(下)限值和最大(小)值加以区分, 指出了在什么情况下用最大值,什么情况下用最小值。GB/T131—1993《表面 粗糙度符号、代号及其注法》一直沿用至今

车和铣
车和铣都是祛 除表面材料的 方法,只不过 是相对运动方 式不一样而已

车的原型

铣的原型

刀具的小知识【附属1】

刀具的小知识【附属2】

粗糙度在图纸中标注符号
参考ISO1302- 1992

符号 含义 说明

基本 表面可用任 何方法获得 用于简化代号

加横线 表面需用去除 材料方法获得 车、磨,电火花 加工,腐蚀等

加圆圈 表面用不去除 材料方法获得 铸,锻,冲压, 粉末冶金等

要标 注时 所有表面 同一标准

粗糙度在图纸中标注符号-2

除开横线和圈圈,还有其他的要件需要标注

标注符号-加工纹理

标注符号-16%法则和标注方法
在零件图上,表面粗糙度轮廓符号周围一般只标注幅度参数Ra或Rz和 允许值(单位为μm),而构成表面粗糙度轮廓代号。但在采用幅度参数Ra 时,不需标注该参数的符号,而只标注其允许值。 表面粗糙度轮廓幅度参数允许值的给定分下列几种情况: ①给定上限值 这时,同一评定长度范围内幅度参数所有的实测值中, 大于上限值的个数少于总数的16%,则认为合格。 ②给定上限值和下限值 这时,同一评定长度范围内幅度参数所有的 实测值中,大于上限值的个数少于总数的16%,且小于下限值的个数少 于总数的16%,则认为合格。 ③给定最大值 这时,在最大值后面增加标注一个“max”的标记, 整个被测表面上幅度参数所有的实测值皆不大于允许值,则认为合格。 ④给定最大值和最小值 这时,在最大值后面增加标注一个“max” 的标记,在最小值后面增加标注一个“min”的标记,整个被测表面上 幅度参数所有的实测值皆在最大与最小允许值范围内,才认为合格。

粗糙度在图纸中标注符号
1 lr Ra ? ? Z(x) dx lr 0
高度参数

铣(最后一道工序)
0.7/Rsm0.050 宽度参数

(Ra) 0.4

1 m RSm ? ? Xsi m i ?1

0. 1

C

标注符号事例表

表面轮廓-断面曲线-粗糙度

表面轮廓 形状偏差

断面曲线 波纹曲线

粗糙度曲线

概念理解-断面曲线等

表面轮廓 断面曲线

粗糙度曲线

粗糙度基本术语-1
取样长度

评价长度

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,以限 制或减弱波纹度、排除形状误差对表面粗糙度轮廓测量的影响。这段 长度称为取样长度. 为了更可靠地反映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.

粗糙度基本术语-2

?

lr

0

Z dx ? min
2

Fi ? ? Fi' ?
i ?1 i ?1

n

n

【距离】 最小二成基准线

【面积】 算术平均基准线

常用

粗糙度基本术语-3(参考JIS规格)
JIS B0601-2001 JIS B0601-1994 JIS B0601-1982 备注

Rp
Rv Rz Rc

Ry -

Rmax(断面曲线) -

最大山峰
最深波谷 标注符号,计算方法改变 轮廓要素的高度平均

Rt
Ra Ra75 Rq Rsk Rku Rsm RΔq Rmr(c)

Ra Sm Tp

Ra -

评价长度内的Rz(Rt)
常用高度参数:算术平均高度 与Ra相关的,二次方平均平方根高度 歪度 尖度 宽度参数:计算条件改变 负荷参数 负荷长度比率;定义有改变

Rδc
Rmr Rzjis

Rz

Rz(断面曲线)

负荷曲线相关
负荷曲线相关

粗糙度曲线上的术语-4

常用高度方向的参数-1
新标准中才有 的参数Rp/Rv

建立在取样长 度上的参数

常用高度方向的参数-2
新标准中Rz是指取 样长度上的最高波 峰与最低波谷距离

?R ??R Rz ?
pi

vi

旧标准中Rz是指取 样长度上的最高5 波峰与最低5波谷 的平均高度

10

常用高度方向的参数-3

映射过去,像照镜子

关于Ra有很多话说,首先他是一个“平均的概念”,而且平均的还非常彻底,其次, 它用数学上积分的方法求得一个“近似的面积”——被粗糙度曲线围起来的面积, 然后再除以“取样长度”;Ra*Lr=“包围起来的面积”

常用宽度方向的参数-4
Rt是与Rc非常相类似的 参数;区别在于Rt是建 立在评价长度上的,而 Rc是建立在取样长度上

Rc

Rt

Rc/Rt也是新标准才有的 参数,对于“轮廓曲线 要素”的理解较难;后 面还有Rsm也会用到, 一并讲解

常用宽度方向的参数-5

新Rsm:轮廓度要素Xs的平均值 旧Sm:凸凹的平均间隔 (相邻波峰/谷的平均宽度) 轮廓度要素的感度界限定义:

Rsm ?

最小高度:Rz的10%----a) 当波峰过矮时,不计算
最小宽度:Lr的1%------b) 当波长过短时,不计算

Xs 3 ? Xs 4 2 Xs1 ? Xs 2 ? Xs 3 ? Xs 4 ? Xs 5 Sm ? 2
Rc ? Zt 3 ? Zt 4 旧基准不管3721全部计算 2 所以新基准要更加严格,即
同样一段曲线Rsm>Sm

负荷曲线参数的理解-1

负荷曲线参数的理解-辅助知识
什么是概率?
什么是概率密度? 作为工业上应用最多的分布-正态分布,如何求得? 正态分布与负荷曲线在理解上的相似处有哪些?

什么是概率?-1
1.抛一枚硬币,同样的手,同样的硬币,同样的桌子— —10次,估计能得到国徽面和菊花面各多少次?
2.公司组织大家抽车,签有400只,车只有23台,你觉 得是先抽,中的可能性大,还是后抽,中的可能性大? 3.3D彩票中的概率有多大?

1.答案:

3.答案:

2.答案:

什么是概率?-2
古典概率相关 古典概率讨论的对象局限于随机试验所有可能结果为有限个等可能的情形, 即基本空间由有限个元素或基本事件组成,其个数记为n,每个基本事件发生的 可能性是相同的。若事件A包含m个基本事件,则定义事件A发生的概率为p(A) =m/n,也就是事件A发生的概率等于事件A所包含的基本事件个数除以基本空 间的基本事件的总个数,这是P.-S.拉普拉斯的古典概率定义,或称之为 概率与统计 概率的古典定义。历史上古典概率是由研究诸如掷骰子一类赌博游戏中的问题引 起的。计算古典概率,可以用穷举法列出所有基本事件,再数清一个事件所含的 基本事件个数相除,即借助组合计算可以简化计算过程。 几何概率相关 集合概率若随机试验中的基本事件有无穷多个,且每个基本事件发生是等可 能的,这时就不能使用古典概率,于是产生了几何概率。几何概率的基本思想是 把事件与几何区域对应,利用几何区域的度量来计算事件发生的概率,布丰投针 问题是应用几何概率的一个典型例子。 在概率论发展的早期,人们就注意到古典概率仅考虑试验结果只有有限个的 情况是不够的,还必须考虑试验结果是无限个的情况。。

什么是概率密度?-1

概率密度理解上有困难,他究竟是什么东西?
1公斤铁和1公斤棉花,哪个重? 1盆水和1盆尿,哪个重? 老汤和徐婴以同样的速度上10层楼 谁做的功多 老汤和徐婴都吃10个大白馒头 估计谁先吃完?谁做的功多?
密度:单位体积内的质量

一样重 尿;因为尿含多种盐分密度大 老汤;他体重大

老汤先吃完(效率高)做功一样多

密度 ? 功率 ?

质量 体积 功 时间

概率密度?

功率:单位时间内做的功

概率密度?-2
1.概率密度主要是建立在集合概率上面的。
2.概率指事件随机发生的机率,概率密度的概念也大致如此, 指事件发生的概率分布。密度大则事件发生的分布情况多。 3.对于随机变量X,若存在一个非负可积函数p(x)(﹣∞ < x < ﹢∞),使得对于任意实数a, b(a < b),都有(公式如右图)

则称p(x)为X的概率密度。

4.概率密度就是单位长度,面积,体积上的概率

正态分布如何求得?
NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 原始数据 数据 1.00 2.00 1.00 5.00 4.00 3.00 3.00 4.00 上限值 基准值 下限值 数据计数(n) 5 3 1 8 8 图形生成原始数据 NO. x f(x)-密度 F(x)-概率 1 -5.871427842 4.16802E-09 9.86588E-10 2 -5.696499285 8.50149E-09 2.05133E-09 3 -5.609035007 1.20763E-08 2.94238E-09 4 -5.521570729 1.70925E-08 4.2057E-09 5 -5.43410645 2.41055E-08 5.99037E-09 6 -5.346642172 3.38738E-08 8.50251E-09 7 -5.259177893 4.74294E-08 1.20259E-08 8 -5.171713615 6.61709E-08 1.695E-08 9 -5.084249336 9.19865E-08 2.38067E-08 10 -4.996785058 1.27414E-07 3.33204E-08 11 -4.90932078 1.75852E-07 4.64733E-08 12 -4.821856501 2.41832E-07 6.45919E-08 13 -4.734392223 3.31372E-07 8.94616E-08 14 -4.646927944 4.52434E-07 1.23475E-07 15 -4.559463666 6.15504E-07 1.69827E-07 16 -4.471999388 8.3434E-07 2.32766E-07 17 -4.384535109 1.12692E-06 3.17922E-07 f(x)-密度 18 -4.297070831 1.51662E-06 4.32721E-07 19 -4.209606552 2.03376E-06 5.86929E-07 20 -4.122142274 2.71743E-06 7.93328E-07 21 -4.034677995 3.61787E-06 1.06859E-06 22 -3.947213717 4.79938E-06 1.43437E-06 23 -3.859749439 6.34385E-06 1.9187E-06 24 -3.77228516 8.35522E-06 2.55768E-06 1.09648E-05 2 3.39767E-06 -625 -3.684820882 -4 -2 0 4 6 26 -3.597356603 1.43376E-05 4.49794E-06 27 -3.509892325 1.86806E-05 5.93397E-06 F(x)-概率 100% 28 -3.422428046 2.42517E-05 7.80146E-06 90% 29 -3.334963768 3.13711E-05 1.02213E-05 80% 30 -3.24749949 4.04346E-05 1.33457E-05 70% 31 -3.160035211 5.19295E-05 1.73653E-05 60% 32 -3.072570933 6.64524E-05 2.25179E-05 50% 33 -2.985106654 8.47314E-05 2.90991E-05 40% 34 -2.897642376 0.00010765 3.74749E-05 30% 35 -2.810178097 0.000136277 4.80963E-05 20% 10% 36 -2.722713819 0.000171895 6.15172E-05 0% 37 -2.635249541 0.000216045 7.84142E-05 -8 -6 -4 -2 0 4 38 -2.547785262 0.000270558 2 9.96114E-05 6 39 -2.460320984 0.000337608 0.000126108

平均值(x) 最大值(max) 最小值(min) 极差(R) 标准变差(σ ) CP CPK 不良概率 超上限不良概率 超下限不良概率 概率密度函数

2.88 5.00 1.00 4.00 1.457737974 0.45732956 0.428746463 0.171636155 0.07245639 0.099179764

f ( x) ?

1 2? ?
a

?( x?? )2

e

2? 2

8

10

12

累计概率函数

F(x) ? ?

b

1 e 2??

?( x??)2 2? 2

某区间内概率 a b 概率

8

10

12

14

正态分布图形与粗糙度负荷曲线相似?
f(x)-密度

正态分布-概率密度

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

正态分布-概率
100%

F(x)-概率 90%
80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 2 4 6 8 10 12 14

是不是和粗糙度 负荷曲线很像?

此粗糙 度曲线 的负荷 曲线!

粗糙度负荷曲线的意义
开始

结束

1.负荷粗糙度曲线在开始的时候越平缓,表示突出的波峰越少;

那零件表面接触的有效面积就越大,连接刚度,磨损等都有利
2.负荷粗糙度曲线在结束的时候越平缓,表示波谷特深的越少;

那样的话零件产生应力集中的几率就小,耐腐蚀性也就越好


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