55节 表面粗糙度.docx
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55节表面粗糙度
5.5GB/T131—1993机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法
5.5.1概述
标准等效采用ISO1302——1992。
表面粗糙度原称表面光洁度,是指加工表面上所具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性,一般由加工方法和其它因素形成。
属于几何精度的表面结构范畴。
通俗地讲,就是指零件表面经加工后遗留的痕迹,在微小的区间内形成的高低不平的程度(也可以说成为粗糙的程度)用数值表现出来,作为评价表面状况的一个依据。
它是研究和评定零件表面粗糙状况的一项质量指标,是在一个限定的区域内排除了表面形状和波纹度误差的零件表面的微观不规则状况。
零件在参与工作时,其表面的不规则状况直接影响了表面的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度;也影响了两表面间的接触刚度、密封性;还影响流体运动阻力的大小、导电、导热等性能。
因此,各国十分注意表面粗糙度这门学科的发展。
前苏联、德国和法国等国家成立了专门的研究机构,从事研究表面粗糙度对产品质量的影响,并在改进表面特征状况等方面取得了显著的成果。
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
《表面粗糙度、波纹度和加工纹理》,1947年又修订为ASAB46.1—1947。
标准采用中线制,在高度方向并列四个参数,并规定了数值系列。
美国的现行标准是ANSIB46.1—1978,与英国、加拿大标准一致。
标准中规定了个各种参数及定义,明确以轮廓算术平均偏差Ra为主要参数,其他参数在特殊需要时应用。
它的表面粗糙度数值不分等级,采用与符号一起直接标注在图样上的形式表示。
1945年前苏联颁布了国家标准ΓОСТ2789—45《表面光洁度、表面微观几何形状、分级和表示法》。
标准采用中线制,只规定了一个参数即轮廓均方根偏差HCK,数值分14级。
1951年修订为ΓОСТ2789—51,除HCK外,还增加了微观不平度平均高度HCP。
1959年修订的标准ΓОСТ2789—59用轮廓算术平均偏差Ra代替HCK,用微观不平度十点高度Rz代替HCP。
1973年又对原标准进行了修订,除原规定的轮廓算术平均偏差Ra和微观不平度十点高度Rz外,又增加了四个参数:
轮廓最大高度Rmax、不平度的平均间距Sm、不平度峰顶平均间距S和轮廓的支承长度率tp。
该标准规定了数值系列,取消了原来分为14级数值分级的规定。
由于前苏联是ISOTC57/SCI的秘书国,因此1973年的标准与ISO468是一致的。
1950年英国颁布了国家标准BS1134—1950《表面特征的评定》,采用中线制,规定了参数用轮廓度的中心线平均值CLA来评定。
日本于1955年颁布了国家标准JISBO601—1955《表面粗糙度》。
随着国际标准的修订,德国、英国、法国和日本都修订了本国的标准,使其尽量与国际标准相一致。
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》中规定了表面光洁度符号为:
毛面∽;普通光面▽、▽▽、▽▽▽;高级光面▽▽▽▽(加工方法)。
1956年发布的第一机械工业部部颁标准机40—56《表面光洁度代号和表面处理与热处理说明的注法》和机50—56《表面光洁度等级及代号》中规定光洁度分为14级,即▽1—3、▽▽4—6、▽▽▽7—9、▽▽▽▽10—14,对光洁度无特殊要求的表面注∽。
标准中规定了以微量不平度的平均平方根的偏差(HCK)或微量不平度的平均高度(HCP)为评定表面光洁度的参数,并规定了HCK、HCP的数值,这与前苏联标准ΓОСТ2789—51完全一致。
1959年将该标准修订为国家标准即GB130—59《机械制图表面光洁度和不涂层的代号及热处理、表面处理和涂层说明的注法》,其中表面光洁度的代号和注法与机50—56标准相同。
1960年发布了第一机械工业部标准JB178—60《表面光洁度等级及代号》,与机50—56标准相比较,仅将代号改为汉语拼音字母。
到了1968年发布的国家标准GB1031—68《表面光洁度》与ISO的建议标准ISO/R468基本一致,将评定参数改为Ra和Rz。
1964年开始了对1959年国家制图标准的修订,于1970年发布为试行标准GB/T131—1970《机械制图表面光洁度状况、镀涂和热处理的代(符)号及标志》,到1974年转为正式标准。
该标准将多▽改为单▽即▽1—14,并明确规定符号“∽”的含义除表面不加工外,还包括维持原材料的表面光洁状况。
为积极采用国际标准,1980年开始对GB/T1031—1968《表面光洁度》进行修订,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。
本章主要介绍GB/T131—1993《表面粗糙度符号、代号及其注法》和与其有关的术语定义和参数系列。
5.5.1.1表面粗糙度的评定参数
评定表面粗糙度的参数主要有高度参数Ra、Rz和Ry以及间距参数S、Sm。
与这些参数有关的还有一些概念术语,现对这些参数分述如下:
(1)与评定参数有关的概念术语
1)基准线
用来评定表面粗糙度参数的一条给定的线,称为基准线(亦称中线,一般为轮廓的最小二乘中线),图5-5-1是将被测表面横向剖切并经放大后的表面轮廓示意状况。
图5-5-1
2)取样长度
为判别具有表面粗糙度特征而规定的一段基准线长度,称为取样长度,见图5-5-1中的“lr”。
3)评定长度
为评定轮廓而测量时必须的一段长度,称为评定长度,它可以包含一个或几个取样长度,一般情况下以5个取样长度为一个评定长度,见图5-5-1中的“ln”。
4)轮廓峰顶线
在取样长度范围内,平行于基准线,并且通过轮廓最高点的线,称为轮廓峰顶线,见图5-5-4
5)轮廓谷底线
在取样长度范围内,平行于基准线,并且通过轮廓最底点的线,称为轮廓谷底线,见图5-5-4
6)轮廓偏距
在轮廓偏距的方向上(对于实际表面可认为轮廓偏距是垂直于基准线的),轮廓线上的任何一点与基准线之间的距离,均称为轮廓偏距,见图5-5-4中的“y”。
7)轮廓峰高
任一轮廓峰的最高点到基准线之间的距离,称为轮廓峰高,见图5-5-4中的“yp”。
8)轮廓谷深
任一轮廓峰的最底点到基准线之间的距离,称为轮廓谷深,见图5-5-4中的“yv”。
9)轮廓水平截距
轮廓峰顶线与平行于它的截线(同轮廓相交的)之间的距离,称为轮廓水平截距,见图5-5-7中的“C”。
轮廓水平截距可用微米表示,或用轮廓最大高度(Ry)的百分数表示。
(2)评定表面粗糙度的高度参数
GB1031《表面粗糙度 参数及其数值》中规定了两个表面粗糙度的高度参数Ra和Rz,现分述如下:
1)轮廓算术平均偏差Ra
是指在取样长度l内,轮廓偏距绝对值的算术平均值,见图5-5-2所示。
其值为:
R
=
或近似为:
R
=
式yi中为第i个轮廓偏距。
图5-5-2
2)轮廓最大高度Rz
在取样长度lr内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离,如图5-5-4所示。
图5-5-3为以前被称为“微观不平度十点高度Rz”的参考图,可供读者对照。
图5-5-3
图5-5-4
(3)评定表面粗糙度的间距参数S、Sm
间距参数是反应轮廓横向长度方向特性的参数。
1)轮廓微观不平度的平均间距Sm(轮廓单元的平均宽度RSm)
是在取样长度lr内轮廓微观不平度的间距的平均值,如图5-5-5所示。
图5-5-5
2)轮廓的单峰平均间距S(轮廓单元的宽度XS)
是在取样长度lr内,轮廓的单峰间距的平均值,如图5-5-6所示。
图5-5-6
3)轮廓支承长度率tp
轮廓支承长度率tp是轮廓支承长度η
与取样长度lr之比,它是相对于不同的水平截距C而给定的,如图5-5-7所示
t
=
图5-5-7
式中η
为轮廓支承长度,是在取样长度lr内,一平行于中线的线与轮廓相截所得到的各段线长之和。
tp值能直接反映工作表面的耐磨性,但需要有专门的测量仪器。
但仅知道单个水平截距上的tp是不够的,在掌握了一定数量水平截距的tp后才能了解全面情况。
以上介绍的六个参数都是评定表面粗糙度的参数,在国际标准ISO468中都列入了标准的正文。
考虑到我国的实际情况和测量的可能性,将其中两个高度参数Ra和Rz列入标准正文。
在实际使用中可以只选一个参数,也可以同时规定两个参数(Ra和Rz)。
GB/T1031—1995中规定在常用的数值范围内,即Ra为0.025~6.3µm,Rz为0.100~25µm时,为便于测量应优先选用Ra。
Rz参数在轴承、仪表和木材制品等行业中得到较多的应用。
S、Sm和tp一般不单独使用,只有在高度参数不能反映表面粗糙状况或仅用高度参数不能说明问题时才使用。
5.5.1.2评定参数的系列值
下面各表列出了表面粗糙度评定参数的第一系列和第二系列,应优先选用表中第1系列。
表5-5-1列出了轮廓算术平均偏差Ra的数值,单位:
µm
表5-5-1
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
0.012
0.025
0.050
0.100
0.008
0.010
0.016
0.020
0.032
0.040
0.063
0.080
0.20
0.40
0.80
0.125
0.160
0.25
0.32
0.50
0.63
1.00
1.60
3.2
6.3
1.25
2.0
2.5
4.0
5.0
8.0
10.0
12.5
25
50
100
16
20
32
40
63
80
表5-5-2列出了轮廓最大高度Rz的数值,单位:
µm
表5-5-2
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
0.025
0.050
0.100
0.032
0.040
0.063
0.080
0.20
0.40
0.80
0.125
0.160
0.25
0.32
0.50
0.63
1.00
1.60
3.2
6.3
1.25
2.0
2.5
4.0
5.0
8.0
10.0
12.5
25
50
100
16.0
20
32
40
63
80
200
400
800
125
160
250
320
500
630
1000
1600
1250
表5-5-3列出了取样长度lr的数值,单位:
mm
表5-5-3
0.08
0.25
0.8
2.5
8
25
表5-5-4列出了Sm和S的数值,单位:
mm
表5-5-4
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
第1
系列
第2
系列
0.006
0.002
0.003
0.004
0.005
0.008
0.010
0.0125
0.025
0.050
0.100
0.0160
0.020
0.032
0.040
0.063
0.080
0.20
0.40
0.80
0.125
0.160
0.25
0.32
0.50
0.63
1.00
1.60
3.2
6.3
1.25
2.0
2.5
4.0
5.0
8.0
10.0
12.5
表5-5-5列出了tp的数值
表5-5-5
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
表5-5-6列出了轮廓水平截距C值为Rz的百分数系列值
表5-5-6
5
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
关于取样长度和评定长度的选用:
在表面粗糙度标准GB/T1031—1995中规定了取样长度和评定长度的选用值。
一般情况下,在图样和技术文件中可省略标注。
如有特殊要求时,应给出相应地取样长度值,并在图样上或技术文件中注出。
表5-5-7和表5-5-8分别列出了Ra和Rz、的取样长度lr与评定长度ln的选用值。
表5-5-7
Ra
µm
lr
mm
ln
(ln=5l)
mm
>0.008~0.02
>0.02~0.1
>0.1~2.0
>2.0~10.0
>10.0~80.0
0.08
0.25
0.8
2.5
8.0
0.4
1.25
4.0
12.5
40.0
表5-5-8
Rz
µm
lr
mm
ln
(ln=5l)
mm
>0.025~0.10
>0.10~0.50
>0.50~10.0
>10.0~50.0
>50.0~320
0.08
0.25
0.8
2.5
8.0
0.4
1.25
4.0
12.5
40.0
5.5.2基本规定
该标准等效采用了国际标准ISO1302—1992《技术制图—标注表面特征的方法》。
两者名称不同,这是因为ISO标准是考虑到表面的状况涉及表面粗糙度、波纹度和表面缺陷等,因此题目含义较广。
而GB/T131—1993所规定的符号仅涉及表面粗糙度及其有关规定,没有规定表面缺陷和波纹度等其它表面特征,因此称表面粗糙度更为确切,也易于被人们接受。
如果将来在标准中增加了这方面的内容,也可相应地把名称扩大为“表面特征”。
该标准适用于机电产品图样及有关技术文件。
其它图样和技术文件也可参照采用。
5.5.2.1表面粗糙度的代号
表面粗糙度代号由基本符号、表面粗糙度参数代号及数值、取样长度、加工方法、纹理方向和加工余量等组成,但表面粗糙度代号并不是必须由上述内容组成,而是根据零件表面的功能要求而定。
(1)表面粗糙度的基本符号
表面粗糙度的基本符号由两条不等长的直线组成,其夹角为60°,如图5-5-8(a)所示。
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。
如需表示表面的粗糙度由去除材料的方法获得,则应在基本符号上加一短画,如图5-5-8(b)所示。
去除材料主要是指切削加工,如车、铣、刨、钻、磨以及其它工艺方法(剪切、抛光、腐蚀、电火花加工、气割等)。
如需表示表面的粗糙度由不去除材料的方法获得如铸造、锻造、冲压变形、热轧、冷轧、粉末冶金等,或者要求保持原供应状况即保持上道工序的表面粗糙状况时则用图5-5-8(c)所示的符号,即基本符号加一小圆。
因此,原标准中的“∽”,应由新标准的
代替。
(a)(b)(c)
图5-5-8
如需要标注表面粗糙度的有关参数或对加工方法进行说明时,可在上述三个符号的长边上加一横线,如图5-5-9所示。
图5-5-9
如需表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求,可以在上述三个符号上加一小圆,如图5-5-10所示。
图5-5-10
(2)表面粗糙度高度参数的注写方法
表面粗糙度的高度参数Ra和Rz应注写在基本符号的上方。
Ra是常用参数,也是世界各国都采用的参数,标准中规定只需标注数值,不必标出代号“Ra”,并推荐在常用的参数范围内(Ra为0.025µm~6.3µm,Rz为0.100µm~25µm)优先选用Ra,因为在我国图样中大量出现的也是Ra的数值。
对于Rz不仅要在粗糙度符号上方标出数值,还应标注参数代号。
表面粗糙度数值根据零件的功能要求而定,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。
表5-5-9表示了各种不同功能要求的粗糙度表示方法的举例。
表5-5-9
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,下限值不限制
用任何方法获得的表面粗糙度,Ra的最大值为3.2µm,最小值不限制
用去除材料方法获得的表面粗糙度,Ra的上限值为3.2µm,下限值不限制
用去除材料方法获得的表面粗糙度,Ra的最大值为3.2µm,最小值不限制
用不去除材料方法获得的表面粗糙度,Ra的上限值为3.2µm,下限值不限制
用不去除材料方法获得的表面粗糙度,Ra的最大值为3.2µm,最小值不限制
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
用任何方法获得的表面粗糙度,Rz的上限值为3.2µm,下限值不限制
用任何方法获得的表面粗糙度,Rz的最大值为3.2µm,最小值不限制
用不去除材料方法获得的表面粗糙度,Rz的上限值为200µm,下限值不限制
用不去除材料方法获得的表面粗糙度,Rz的最大值为200µm,最小值不限制
用去除材料方法获得的表面粗糙度,Ra的上限值为3.2µm,Rz的上限值为12.5µm,两者下限值不限制
用去除材料方法获得的表面粗糙度,Ra的最大值为3.2µm,Rz的最大值为12.5µm,两者最小值不限制
(3)参数Sm、S和tp的标注
参数Sm、S和tp在国际标准ISO468—82中作为规定的参数,而我国标准GB/T1031中则列为附录内作参考用,设计人员可根据零件表面的功能要求和测试手段的可能性来确定是否选用这些参数。
目前Sm、S和tp是作为附加参数出现的。
根据ISO/TC57分析,
对参数Ra进行n次测量,取其平均值,的测量精度与S和Sm的比值有关。
一般这些参数只是在高度参数尚不能满足表面功能时作为附加参数使用,是满足表面多功能要求而提出的。
选用tp时应同时给出轮廓水平截距C,不同的C值会得到不同的tp值,这与所采用的加工方法有关。
Sm和S均标注在基本符号的横线下面,数值写在相应代号的后面,如图5-5-11所示,(a)表示Sm的上限值为0.05,(b)表示Sm的最大值为0.05
(a)(b)
图5-5-11
tp和C值标注在基本符号的横线下面,如图5-5-12所示,(a)表示水平截距C在轮廓最大高度Rz的50%的位置上,支承长度率的下限值为70%,(b)表示水平截距C在轮廓最大高度Rz的50%的位置上,支承长度率的最小值为70%。
(a)(b)
图5-5-12
(4)表面粗糙度取样长度的标注
表面粗糙度数值的大小与取样长度有密切关系,在测量Ra和Rz时,推荐按照GB/T10610—1989第6.1条表1、表2的有关规定选用对应的取样长度,此时在图样中或技术文件中可省略标注,若根据功能要求不能选用上表中的数值时则可自行给定,此时应将所给定的取样长度标注在表面粗糙度基本符号的横线下面,如图5-5-13所示。
图5-5-13
(5)用指定的加工方法获得表面粗糙度的标注
一般来说,表面粗糙度的数值与加工方法无必然联系。
当零件的表面功能要求用指定的加工方法获得所给定的粗糙度数值时,应在基本符号长边的横线上面标注加工方法,图5-5-14(a)表示铣削后的粗糙度应不大于a值。
图样上一般都是加工后的要求,所以无需加“后”字。
如果是加工前的要求,则应加注“前”字,如图5-5-14(b)所示为铣削前的工序应使粗糙度数值不大于a1值。
(a)(b)
图5-5-14
在需要有镀(涂)覆或其它表面处理要求时(表示方法或标记按GB/T13911和GB4054的规定),可以注写在符号长边的横线上面,也可以在技术要求中说明。
例如凡是镀(涂)覆后需要达到的表面粗糙度要求,其标注方法如图5-5-15(a)所示;若要求的表面粗糙度为镀(涂)覆前的,则应加注“前”字,如图5-5-15(b)所示。
若需要同时标出镀(涂)覆前和镀(涂)覆后的表面粗糙度要求时,首先用粗点画线将需要镀(涂)覆的部分画出,然后将表面粗糙度符号和电镀要求的字样标上,在粗点画线下面的轮廓线上的粗糙度符号是表示镀前的要求,如图5-5-15(c)所示。
这种标注方法就不需要标注“镀(涂)覆前”字样,因不会带来任何误解。
国际标准也作了同样规定。
(a)(b)(c)
图5-5-15
(6)表面加工纹理方向的标注
一般情况下,表面粗糙度不要求有特定的纹理方向。
但某些功能的要求如千分尺的尺身,要求纹理方向平行于滑动面;又如对有密封要求的表面应采用呈多方向或放射形的纹理方向;对要求形成油膜的轴承面呈圆形纹理方向。
因此在标准中规定纹理方向的符号是十分必要的,这对提高表面的质量,保证功能的要求有重要的意义。
纹理方向的符号应标注在基本符号的右下方,如图5-5-16所示。
ISO1302中规定了六种纹理方向的符号,美国标准中增加一个纹理无方向或凸起的细粒状符号,我国标准包括美国增加的一种共七个符号,如表5-5-10所示。
图5-5-16
表5-5-10
符号
说明
示意图
=
纹理平行于标注代号的视图的投影面
⊥
纹理垂直于标注代号的视图的投影面
×
纹理呈两相交的方向
M
纹理呈多方向
C
纹理呈近似同心圆
R
纹理呈近似放射形
P
纹理无方向或呈凸起的细粒状
注:
若表中所列符号不能清楚地表明所要求的纹理方向,应在图样上用文字说明。
总的来说,表面粗糙度可以和与其有关的内容同时标注,但这只是在必要时,也即零件表面功能有此要求时才这样做,目的是保证零件的表面质量。
有关表面粗糙度的各项规定,应注在符号注写
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