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表面粗糙度

粗糙度的概念

零件經過加工後, 由於刀具、積屑瘤和鱗刺等給工件表面造成或大或小的波峰與波谷。 這些峰穀的高低程度很小, 通常只有放大才能看見。 這種微觀幾何形狀特徵, 稱為表面粗糙度。

2粗糙度的評定參數

以RaRzRy三種代號加數字來表示, 機械圖紙中都會有相應的表面品質要求, 一般是工件表面粗糙度Ra<0.8um的表面時稱作:鏡面。

輪廓算術平均偏差Ra:在取樣長度L內輪廓偏距絕對值的算術平均值

微觀不平度十點高度Rz:在取樣長度l內5個最大的輪廓峰高的平均值與 5個最大的輪廓穀深的平均值之和

輪廓最大高度Ry:在取樣長度L內輪廓峰頂線與輪廓穀底線之間的距離

3粗糙度的測量和標注

用電子儀器或光學儀器測量出Ra、Rz和Ry的數值即可定量評定表面粗糙度。 在實際生產中, 經常憑人的視覺和觸感並用樣塊與被加工表面相比較來鑒定其粗糙度。

標注方法:在零件圖上用符號標注加工表面的特徵。 為基本符號,單獨使用這一符號是沒有意義的,加注參數值時表示表面可用任何方法獲得。

4各種機械加工工藝獲得粗糙度等級

關於表面粗糙度的數值和表面特徵、獲得方法、應用舉例請參見下表

5表面粗糙度對機械零件使用性能的影響

表面粗糙度對零件品質有很大的影響, 主要集中在對零件的耐磨性、配合性質、抗疲勞強度、工件精度及抗腐蝕性上。

5.1、對摩擦和磨損的影響。 表面粗糙度對零件磨損的影響, 主要體現在峰頂與峰頂上, 兩個零件相互接觸, 實際上是部分峰頂的接觸, 接觸處壓強很高, 能使材料產生塑形流動。 表面越粗糙, 磨損越嚴重。

5 .2 對配合性質的影響。 兩構件配合, 無非兩種形式, 過盈配合和間隙配合。 對於過盈配合, 由於在裝配時, 表面的峰頂被擠平, 致使過盈量減小,

降低了構件的連接強度;對於間隙配合, 隨著峰頂不斷被磨平, 其間隙程度會變大。 因此, 表面粗糙度影響配合性質的穩定性。

5 .3 對抗疲勞強度的影響。 零件表面越粗糙, 凹痕越深, 波谷的曲率半徑也越小, 對應力集中越敏感。 因此, 零件表面粗糙度越大, 其應力集中越敏感, 其承受抗疲勞強就越低。

5.4 對抗腐蝕性的影響。 零件的表面粗糙越大, 即其波谷就越深。 這樣, 灰塵、變質的潤滑油、酸性的和鹼性的腐蝕性物質就容易積存在這些凹穀處, 並滲透到材料的裡層, 加劇零件的腐蝕。 因此, 降低表面粗糙度, 可以增強零件的抗腐蝕性。

6提升表面光潔度的方法

主要分為兩大種:增加相應的工藝和在原有的工藝上改進

增加相應的工藝:增加拋光、磨削、刮研、滾壓等工序,不僅能提高光潔度還能提升精度;另外國內外都有的超聲滾壓技術結合金屬塑性流動性,區別于傳統滾壓的冷作硬化,能提升粗糙度2-3個等級,還有改善材料綜合性能特點。

超聲滾壓——網路配圖

原有工藝上的改進:

6.1 合理選擇切削速度。切削速度V 是影響表面粗糙度的一個重要因素。加工塑性材料,如中、低碳鋼時,較低的切削速度易產生鱗刺,中速易形成積屑瘤,這會增大粗糙度。避開這個速度區域,表面粗糙度值會減小。所以不斷地創造條件以提高切削速度,一直是提高工藝水準的重要方向。

6.2 合理選擇進給量。進給量的大小直接影響工件的表面粗糙度,一般情況下,進給量越小,表面粗糙度就越小,工件表面越光潔。

6.3 合理選擇刀具幾何參數。前角和後角。增大前角,能使材料被切削時擠壓變形和摩擦減小,也使總切削抗力減小,利於排屑。當前角一定時,後角越大,切削刃鈍圓半徑越小,刀刃越鋒利;此外,還能減小後刀面與已加工表面和過渡表面的摩擦和擠壓,有利於減小表面粗糙度值。增大刀尖圓弧半徑r,可使其表面粗糙度值減小;減少刀具的副偏角Kr,也可使其表面粗糙度值減小。

6.4 選擇合適的刀具材料。應選擇導熱性能好的刀具,以便及時傳遞切削熱,降低切削區塑形變形。此外,刀具應具有良好的化學性能,防止刀具與被加工材料產生親和作用,親和力過大時,極易產生積屑瘤和鱗刺,造成表面粗糙度過大。如在其表層塗硬質合金或陶瓷材料,切削時時,刀面上形成氧化保護膜,它能降低與加工表面間的摩擦係數,故有利於提高表面光潔度。

6.5 改善工件材料的性能。材料的韌性決定著其塑性,韌性好其塑性變形的可能性就大,機械加工時,零件表面粗糙度就越大。

6.6 選擇合適的切削液。正確選用切削液能顯著地減小表面粗糙度。切削液具有冷卻、潤滑、排屑與清洗作用。可以減小工件、刀具和切屑之間的摩擦,帶走大量的切削熱,降低切削區溫度,及時排掉細小切屑。

表面粗糙度對零件的影響主要表現

影響耐磨性。表面越粗糙,配合表面間的有效接觸面積越小,壓強越大,摩擦阻力越大,磨損就越快。

影響配合的穩定性。對間隙配合來說,表面越粗糙,就越易磨損,使工作過程中間隙逐漸增大;對過盈配合來說,由於裝配時將微觀凸峰擠平,減小了實際有效過盈,降低了連接強度。

影響疲勞強度。粗糙零件的表面存在較大的波谷,它們像尖角缺口和裂紋一樣,對應力集中很敏感,從而影響零件的疲勞強度。

影響耐腐蝕性。粗糙的零件表面,易使腐蝕性氣體或液體通過表面的微觀凹穀滲入到金屬內層,造成表面腐蝕。

影響密封性。粗糙的表面之間無法嚴密地貼合,氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。

影響接觸剛度。接觸剛度是零件結合面在外力作用下,抵抗接觸變形的能力。機器的剛度在很大程度上取決於各零件之間的接觸剛度。

影響測量精度。零件被測表面和測量工具測量面的表面粗糙度都會直接影響測量的精度,尤其是在精密測量時。

此外,表面粗糙度對零件的鍍塗層、導熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動的阻力、導體表面電流的流通等都會有不同程度的影響。

表面粗糙度測量方法

1. 比較法

使用於車間現場測量,常用於中等或較粗糙表面的測量。方法是將被測量表面與標有一定數值的粗糙度樣板比較來確定被測表面粗糙度數值的方法。

2. 觸針法

表面粗糙度利用針尖曲率半徑為2微米左右的金剛石觸針沿被測表面緩慢滑行,金剛石觸針的上下位移量由電學式長度感測器轉換為電信號,經放大、濾波、計算後由顯示儀錶指示出表面粗糙度數值,也可用記錄器記錄被測截面輪廓曲線。一般將僅能顯示表面粗糙度數值的測量工具稱為表面粗糙度測量儀,同時能記錄表面輪廓曲線的稱為表面粗糙度輪廓儀。這兩種測量工具都有電子計算電路或電子電腦,它能自動計算出輪廓算術平均偏差Ra,微觀不平度十點高度Rz,輪廓最大高度Ry和其他多種評定參數,測量效率高,適用於測量Ra為0.025~6.3微米的表面粗糙度。

6提升表面光潔度的方法

主要分為兩大種:增加相應的工藝和在原有的工藝上改進

增加相應的工藝:增加拋光、磨削、刮研、滾壓等工序,不僅能提高光潔度還能提升精度;另外國內外都有的超聲滾壓技術結合金屬塑性流動性,區別于傳統滾壓的冷作硬化,能提升粗糙度2-3個等級,還有改善材料綜合性能特點。

超聲滾壓——網路配圖

原有工藝上的改進:

6.1 合理選擇切削速度。切削速度V 是影響表面粗糙度的一個重要因素。加工塑性材料,如中、低碳鋼時,較低的切削速度易產生鱗刺,中速易形成積屑瘤,這會增大粗糙度。避開這個速度區域,表面粗糙度值會減小。所以不斷地創造條件以提高切削速度,一直是提高工藝水準的重要方向。

6.2 合理選擇進給量。進給量的大小直接影響工件的表面粗糙度,一般情況下,進給量越小,表面粗糙度就越小,工件表面越光潔。

6.3 合理選擇刀具幾何參數。前角和後角。增大前角,能使材料被切削時擠壓變形和摩擦減小,也使總切削抗力減小,利於排屑。當前角一定時,後角越大,切削刃鈍圓半徑越小,刀刃越鋒利;此外,還能減小後刀面與已加工表面和過渡表面的摩擦和擠壓,有利於減小表面粗糙度值。增大刀尖圓弧半徑r,可使其表面粗糙度值減小;減少刀具的副偏角Kr,也可使其表面粗糙度值減小。

6.4 選擇合適的刀具材料。應選擇導熱性能好的刀具,以便及時傳遞切削熱,降低切削區塑形變形。此外,刀具應具有良好的化學性能,防止刀具與被加工材料產生親和作用,親和力過大時,極易產生積屑瘤和鱗刺,造成表面粗糙度過大。如在其表層塗硬質合金或陶瓷材料,切削時時,刀面上形成氧化保護膜,它能降低與加工表面間的摩擦係數,故有利於提高表面光潔度。

6.5 改善工件材料的性能。材料的韌性決定著其塑性,韌性好其塑性變形的可能性就大,機械加工時,零件表面粗糙度就越大。

6.6 選擇合適的切削液。正確選用切削液能顯著地減小表面粗糙度。切削液具有冷卻、潤滑、排屑與清洗作用。可以減小工件、刀具和切屑之間的摩擦,帶走大量的切削熱,降低切削區溫度,及時排掉細小切屑。

表面粗糙度對零件的影響主要表現

影響耐磨性。表面越粗糙,配合表面間的有效接觸面積越小,壓強越大,摩擦阻力越大,磨損就越快。

影響配合的穩定性。對間隙配合來說,表面越粗糙,就越易磨損,使工作過程中間隙逐漸增大;對過盈配合來說,由於裝配時將微觀凸峰擠平,減小了實際有效過盈,降低了連接強度。

影響疲勞強度。粗糙零件的表面存在較大的波谷,它們像尖角缺口和裂紋一樣,對應力集中很敏感,從而影響零件的疲勞強度。

影響耐腐蝕性。粗糙的零件表面,易使腐蝕性氣體或液體通過表面的微觀凹穀滲入到金屬內層,造成表面腐蝕。

影響密封性。粗糙的表面之間無法嚴密地貼合,氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。

影響接觸剛度。接觸剛度是零件結合面在外力作用下,抵抗接觸變形的能力。機器的剛度在很大程度上取決於各零件之間的接觸剛度。

影響測量精度。零件被測表面和測量工具測量面的表面粗糙度都會直接影響測量的精度,尤其是在精密測量時。

此外,表面粗糙度對零件的鍍塗層、導熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動的阻力、導體表面電流的流通等都會有不同程度的影響。

表面粗糙度測量方法

1. 比較法

使用於車間現場測量,常用於中等或較粗糙表面的測量。方法是將被測量表面與標有一定數值的粗糙度樣板比較來確定被測表面粗糙度數值的方法。

2. 觸針法

表面粗糙度利用針尖曲率半徑為2微米左右的金剛石觸針沿被測表面緩慢滑行,金剛石觸針的上下位移量由電學式長度感測器轉換為電信號,經放大、濾波、計算後由顯示儀錶指示出表面粗糙度數值,也可用記錄器記錄被測截面輪廓曲線。一般將僅能顯示表面粗糙度數值的測量工具稱為表面粗糙度測量儀,同時能記錄表面輪廓曲線的稱為表面粗糙度輪廓儀。這兩種測量工具都有電子計算電路或電子電腦,它能自動計算出輪廓算術平均偏差Ra,微觀不平度十點高度Rz,輪廓最大高度Ry和其他多種評定參數,測量效率高,適用於測量Ra為0.025~6.3微米的表面粗糙度。

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