表面结构(5)轮廓法评定表面结构的规则和方法

基本术语的对照

基 本 术 语

GB/T 3505—1983

GB/T 3505—2000

取样长度

l

lp、lw、lr

评定长度

ln

ln

纵坐标值

y

Z(x)

局部斜率

—

轮廓峰高

yp

Zp

轮廓谷深

yv

Zv

轮廓单元的高度

—

Zt

轮廓单元的宽度

—

Xs

在水平位置c上轮廓的实体材料长度

ηp

Ml(c)

注：lp、lw和lr为给定的三种不同的轮廓的取样长度，分别对应于P、W和R参数。

表面结构参数对照

参  数

GB/T 3505—1983

GB/T 3505—2000

在测量范围内

评定长度ln

取样长度

最大轮廓峰高

Rp

Rp

√

最大轮廓谷深

Rm

Rv

√

轮廓的最大高度

Ry

Rz

√

轮廓单元的平均线高度

Rc

Rc

√

轮廓的总高度

—

Rt

√

评定轮廓的算术平均偏差

Ra

Ra

√

评定轮廓的均方根偏差

Rq

Rq

√

评定轮廓的偏斜度

Sk

Rsk

√

评定轮廓的陡度

—

Rku

√

轮廓单元的平均宽度

Sm

RSm

√

评定轮廓的均方根斜率

Δq

RΔq

√

轮廓的支承长度率

—

Rmr(c)

√

轮廓截面高度差

—

Rδc

√

相对支承比率

tp

Rmr

√

十点高度

Rz

—

注：1.GB/T 3505—2000规定了三个轮廓参数Pa(原始轮廓)、Ra(粗糙度轮廓)、Wa(波纹度轮廓)，表中只列出了粗糙度轮廓参数。

2.表中符号“√”表示在测量范围内采用的标准评定长度和取样长度。

表面粗糙度参数数值及取样长度l与评定长度ln数值(GB/T 1031—1995)

GB/T 1031—1995《表面粗糙度 参数及其数值》标准中参数定义的依据是GB/T 3505—1983、GB/T 1031—1995与修订后的GB/T 3505—2000在参数分类、定义和代号等方面均有些不同，但GB/T 1031至今仍为现行标准，因此本节表面粗糙度数值及其选用原则仍按GB/T 1031介绍

当表1中的Ra、Rz、Ry系列值不能满足要求时，可选用标准附录中补充系列值，见表2

表1      表面粗糙度参数数值及取样长度l与评定长度ln数值(GB/T 1031—1995)

高度参数

Ra

/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

Rz、Ry

/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

附加评定参数

Sm、S

/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

tp/%

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80

90

取样长度

与评定长度

Ra/μm

≥0.008～0.02

＞0.02～0.1

＞0.1～2.0

＞2.0～10.0

＞10.0～80.0

Rz、Ry/μm

≥0.025～0.1

＞0.10～0.5

＞0.50～10.0

＞10.0～50.0

＞50.0～320

l/mm

0.08

0.25

0.8

2.5

8.0

ln＝5l/mm

0.4

1.25

4.0

12.5

40.0

注：1. 在规定表面粗糙度要求时，必须给出表面粗糙度值和测定时的取样长度值两项基本要求，必要时也可规定表面加工纹理、加工方法或加工顺序和不同区域的粗糙度等附加要求。

2. 一般情况下，在测量Ra 、Rz、和Ry时推荐按本表选用对应的取样长度值，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。

3. 由于Ra既能反映加工表面的微观几何形状特征又能反映凸峰高度，且测量时便于数值处理，因此推荐优先选用Ra来评定轮廓表面。在高度特性参数常用的参数值范围内，(Ra为0.025～6.3μm，Rz为0.1～25μm)推荐优先选用Ra。

4. 根据表面功能的需要，在三项高度参数不能满足要求的情况下，可选用附加评定参数。Sm和S一般不单独使用，tp可单独使用。例如，必须控制零件表面加工痕迹的疏密度时，应增加附加评定参数Sm或S，当零件要求具有良好的耐磨性能时，则应增加选用tp参数。

5. 根据表面功能和生产的经济合理性，当选用表中Ra 、Rz、Ry、 Sm、和S 系列不能满足要求时，可选取补充系列值，见GB/T 1031附录A。Ra 、Rz、Ry的补充系列值见表2。

6. 选用轮廓支承长度率tp参数时必须同时给出轮廓水平截距C值。它可用微米或Ry的百分数表示。百分数系列如下：

Ry的5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%。如“tp70%、C50%”，表示水平截距C在轮廓最大高度Ry的50%的位置上，支承长度率的最小允许值为70%。

7. 轮廓的单峰(谷)S的最小间距规定为取样长度l的1%。轮廓峰(谷、单峰、单谷)的最小高度规定为轮廓最大高度Ry的10%。对评定Ra 、Rz、和Ry 参数也适用。

8. 当两个零件的配合表面给出相同的C 时，若tp值小，则表明零件配合的实际接触面积小，表面磨损较快。反之，tp值越大，则配合表面实际接触面积越大，表面的耐磨性就越好。

9. 为了限定和减弱表面波纹度对表面粗糙度测得的结果的影响，评定表面粗糙度时应选择一段基准线长度作为取样长度l。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，应按标准中本表规定的取样长度系列选取较大的取样长度值。

10.由于加工表面的不均匀性，在评定表面粗糙度时对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，当测量Ra 、Rz和Ry时推荐按本表选取相应的评定长度值。如被测表面均匀性较好，测量时可选用小于5l的评定长度值；均匀性较差的表面可选用大于5l的评定长度值。

表2                        补充系列值

Ra/μm

0.008

0.010

0.016

0.020

0.032

0.040

0.063

0.080

0.125

0.160

0.25

0.32

0.50

0.63

1.00

1.25

2.0

2.5

4.0

5.0

8.0

10.0

16.0

20

32

40

63

80

Sm、S/mm

0.002

0.003

0.004

0.005

0.008

0.010

0.016

0.020

0.032

0.040

0.063

0.080

0.125

0.160

0.25

0.32

0.5

0.63

1.00

1.25

2.0

2.5

4.0

5.0

8.0

10.0

Rz、Ry/μm

0.032

0.040

0.063

0.080

0.125

0.160

0.25

0.32

0.50

0.63

1.00

1.25

2.0

2.5

4.0

5.0

8.0

10.0

16.0

20

32

40

63

80

125

160

250

320

500

630

1000

1250

注：在GB/T 3505—2000中，轮廓微观不平度的平均间距Sm称为轮廓单元的平均宽度，用RSm表示。

轮廓法评定表面结构的规则和方法(GB/T 10610—1998)

在评定表面结构参数时，必须遵守下面的规则

① GB/T 3505中定义的各种表面结构参数测得值和公差极限值相比较的规则

② 应用GB/T 6062规定的触针式仪器测量由GB/T 3505给出的粗糙度轮廓参数时选用截止波长λc的特殊规则

参数测定

(1)在取样长度上定义的参数

① 参数测定：仅由一个取样长度测得的数据计算出参数值的一次测定

② 平均参数测定:把所有按单个取样长度算出的参数值，取算术平均求得一个平均参数的测定

当取5个(标准个数)取样长度测定粗糙度轮廓参数时，不需要在参数符号后面做标记

如果是在不等于5个取样长度上测得的参数值，则必须在参数符号后面附注取样长度的个数，如Rz1、Rz3

(2) 在评定长度上定义的参数

对于在评定长度上定义的参数Pt、Rt和Wt，是由一个评定长度(等于标准化的5个取样长度)上的测量数据计算出参数值的一次测定

(3) 曲线及有关参数

对于曲线及有关参数的测定，首先以评定长度为基础求解这条曲线，再利用这条曲线上测得的数据计算出某一参数数值

(4) 未注评定长度

如果在图样上或产品技术文件中没有其他指示，评定长度遵循以下规定：R系列参数，按表表面粗糙度参数数值及取样长度l与评定长度ln数值中表1给定的评定长度；P系列参数，评定长度应满足被测性能的长度

测得值与公差极限值相比较的规则

(1) 被检区域的特征正在检验中的工件各个部位的表面结构，可能呈现均匀一致状况，也可能差别很大。这点通过目测表面就能看出。在表面结构看来均匀的情况下，将采用整体表面上测得的参数值和图样上或产品技术文件中给定的技术要求相比较

如果个别区域的表面结构有明显差异，应将每个应用区域上测定的参数值分别和图样上或产品技术文件中给定的技术要求相比较

由于按参数的上限值规定要求，所用表面的个别区域可能会出现最大参数值

(2) 16%规则

对于按一个参数的上限值(GB/T 131)规定要求时，如果在所选参数都用同一评定长度上的全部实测值中，大于图样或技术文件中规定值的个数不超过总数的16%，则该表面是合格的

对于给定表面参数下限值的场合，如果在同一评定长度上的全部测得值中，小于图样或技术文件中规定值的个数不超过总数的16%，该表面也是合格的

为了指明参数的上、下限值，所用参数符号没有“max”标记

(3) 最大规则

检验时，若规定了参数的最大值要求，则在被检的整个表面上测得的参数值一个也不应超过图样或技术文件中的规定值。为了指明参数的最大值，应在参数符号后面增加一个“max”的标记，如Rz1max

(4) 测量不确定度

为了验证是否符合技术要求，将测得参数值和规定公差极限值进行比较时，应根据有关工件和计量器具的测量检验是否符合技术要求的判定规则把测量不确定度考虑进去。在对测量结果和上限值或下限值进行比较时，估算测量不确定度不用考虑表面的不均匀性，因为这在允许16%超差中已计及

参数评定

(1) 概述

表面结构参数不能用来描述表面缺陷。因此在检验表面结构时，不应把表面缺陷如划痕、气孔等考虑进去

为了判定工件表面是否符合技术要求，必须采用表面结构参数的一组测量值，其中每个单元的数值是从一个评定长度上测定的

判定被检表面是否符合技术要求的可靠性，以及由同一表面获得的表面结构参数平均值的精度取决于获得表面参数单元值的评定长度内取样长度的个数，而且也取决于评定长度的个数，即在表面的测量次数

(2) 粗糙度轮廓参数

对于GB/T 3505有关的粗糙度系列参数，如果评定长度不等于5个取样长度，则上、下限值应重新计算，而且将其和等于5个取样长度的评定长度联系起来，下图中所示每个σ等于σ5

σn和σ5的关系，由下式给出：

式中，n为所用取样长度的个数(小于5)

测量的次数愈多、评定长度愈长，则判别被检表面是否符合要求的可靠性愈高，测量参数平均值的不确定度也愈小

然而，测量次数的增加将导致测量时间和成本的增加。因此，检验方法必须考虑一个兼顾可靠性和成本的折中方案(参见附录A)

    用触针式仪器检验的规则和方法

(1) 粗糙度轮廓参数测量中确定截止波长的基本原则

当工业产品文件或图样的技术条件中已规定取样长度时，截止波长λc应与取样长度值相同

若在图样或产品文件中没有出现粗糙度的技术规范或在给出的粗糙度规范中没有规定取样长度，可由(2)给出的方法选定截止波长

(2) 粗糙度轮廓参数的测量

当没有指定测量方向时，工件的安放应使其测量截面方向与粗糙度高度参数(Ra、Rz)的最大值方向相一致，该方向垂直于被测表面的加工纹理。对无方向性的表面，测量截面的方向可以是任意的

应该在被测表面可能产生极值的部位进行测量，这可通过目测来估计。应在表面这一部位均匀分布的位置上分别测量，以获得各个独立的测量结果

为了确定粗糙度轮廓参数的测得值，应首先观察表面并判断粗糙度轮廓是周期性的还是非周期性的。若没有其他指示，基于这一判别，则应分别遵照下面①或②中一个规定的程序执行。如果采用特殊的测量程序，必须在技术文件和测量记录中加以说明

① 非周期性粗糙度轮廓的测量程序

对于具有非周期粗糙度轮廓的表面应遵循下列步骤进行测量

a.待求的粗糙度轮廓参数Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值，择优选用以下手段，如目测、用粗糙度比较样块、全轮廓轮迹的图解分析等方法来估计

b.利用a.中估计的Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值，按表1、表2或表3预选取样长度

表1                   测量Ra值的取样长度

Ra/μm

粗糙度取样长度lr/mm

粗糙度评定长度ln/mm

(0.006)＜Ra≤0.02

0.02＜Ra≤0.1

0.1＜Ra≤2

2＜Ra≤10

10＜Ra≤80

0.08

0.25

0.8

2.5

8

0.4

1.25

4

12.5

40

表2                 测量Rz、Rz1max值的取样长度

Rz①、Rz1max②/μm

粗糙度取样长度lr/mm

粗糙度评定长度ln/mm

(0.025)＜Rz，Rz1max≤0.1

0.1＜Rz，Rz1max≤0.5

0.5＜Rz，Rz1max≤10

10＜Rz，Rz1max≤50

50＜Rz，Rz1max≤200

0.08

0.25

0.8

2.5

8

0.4

1.25

4

12.5

40

① Rz是在测量Rz、Rv、Rp、Rc和Rt时使用。

② Rz1max仅在测量Rz1max、Rv1max、Rp1max和Rc1max时使用。

表3                   测量RSm值的取样长度

RSm/μm

粗糙度取样长度lr/mm

粗糙度评定长度ln/mm

0.013＜RSm≤0.04

0.04＜RSm≤0.13

0.13＜RSm≤0.4

0.4＜RSm≤1.3

1.3＜RSm≤4

0.08

0.25

0.8

2.5

8

0.4

1.25

4

12.5

40

c.利用测量仪器，按b.中预选的取样长度，完成Ra、Rz、Rz1max或RSm的一次典型测量

d.将测得的Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值和表1、表2或表3中预先取样长度所对应的Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值范围相比较

如果测得值超出了预选取样长度对应的数值范围，则应按测得值指示的取样长度来设定，即把仪器调整至相应的较高或较低的取样长度。然后应用这一调定的取样长度测得一组典型数值，并再次与表1、表2或表3中数值相比。此时，测得值应达到由表1、表2或表3建议的测得值和取样长度的组合

e.如果以前在d.步骤评定时没有采用过更短的取样长度，则把取样长度调至更短些获得一组Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值，检查所得到的Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值和取样长度的组合是否也满足表1、表2或表3的规定

f.只要d.步骤中最后的设定与表1、表2或表3相符合，则设定的取样长度和Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值二者是正确的。如果e.步骤也产生一个满足表1、表2或表3规定的组合，则这个较短的取样长度设定值和相对应的Ra、Rz、Rz1max或RSm的数值是正确的

g.运用上述步骤中预选出的截止波长(取样长度)完成一次典型的要求的参数测量

② 周期性粗糙度轮廓的测量程序

对于具有周期性粗糙度轮廓的表面应采用下述步骤进行测量

a.用图解法估计待求粗糙度的表面参数RSm的数值

b.按估计的RSm的数值，由表3确定推荐的取样长度作为截止波长

c.必要时，如在有争议的情况下，利用由b.选定的截止波长值测量RSm值

d.如果按照c.步骤相应的RSm值由表3查出的取样长度比b.步骤的较小或较大，则应采用这较小或较大的取样长度作为截止波长

e.用上述步骤中预选的截止波长(取样长度)完成一次典型的要求的参数测量。