November 28, 2020

机械加工 之表面粗糙度的定义与总结

作者: Jim Wang 公众号: 巴博萨船长

摘要:本文内容涉及:机械加工时,用于指示加工质量的表面粗糙度的定义是什么?其计算方法与表示方法又是如何?各国工业加工对表面粗糙度的工业标准总结。各种加工工艺所能达到的表面精度总结与分析。

Abstract: The content of this article involves: What is the definition of surface roughness used to indicate the quality of machining during machining? What is the calculation method and representation method? A summary of the industrial standards for surface roughness in industrial processing in various countries. Summary and analysis of the surface accuracy that can be achieved by various processing techniques.

作者: Jim Wang 公众号: 巴博萨船长

机械加工 之表面粗糙度的定义与总结

表面粗糙度定义

是通过真实表面法线向量方向与其理想形式的偏差来量化的。理解为加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小(在1mm以下),它属于微观几何形状误差如果这些偏差大,则表面粗糙;如果它们很小,则表面是光滑的。理论(几何)表面粗糙度。如何获得表面粗糙度值车削时的理论表面粗糙度表示最小值切削条件下的粗糙度值,由公式如下:

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上述公式中:

理解上述公式可参考下图。

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Ra,Rz与Ry 定义

Ra:轮廓算术平均偏差,取度L内轮廓偏距绝值算术平均值。主要的评定参数。
Rz:微观不平度十点高度,取度L内5轮廓峰高平均值与 5轮廓谷深平均值。一般只用来表示比较短小的表面。
Ry:轮廓最大高度,取度L内轮廓峰顶线与轮廓谷底线间距离。基本不单独使用,算是一个极限偏差值吧。

算数平均偏差Ra

Ra 的计算公式如下:

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当粗糙度曲线用y = f(x)表示时,以X轴为平均线方向,以Y轴为粗糙度曲线的垂直放大倍率在采样参考长度“ℓ”的范围内时用微米表示。Ra能客观地反映被测轮廓的几何特性。Ra值可用电动轮廓仪直接测量,但不够直观。

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微观不平度十点高度Rz

Rz的计算公式如下:

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从平均线与最高峰之间的5个峰(Yp)之间的平均距离以及平均线与5个谷值之间的各个距离(Yv)的平均值(以微米为单位)即可得出Rz。Rz用于评定表面粗糙度高度参数有较好的直观性,易在光学仪器上测量,但反映被测轮廓几何形状特性有局限性。

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上图中Yp1,Yp2,Yp3,Yp4,Yp5,为从平均线到采样参考长度“ℓ”范围内最高的5个峰的距离。而Yv1,Yv2,Yv3,Yv4,Yv5,则为从平均线到最低5米谷在取样基准长度“ℓ”的范围内的距离。

轮廓最大高度Ry

Ry的计算公式如下:

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Ry是从采样基准长度(ℓ)范围内的最高峰和最低谷之间的距离(以微米为单位)到粗糙度曲线的平均线方向得出的。参数Ry,测量简单,当被测表面很小,不适宜采用Rz,Rz评定时,可采用Ry。

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均方根值RMS

RMS的计算公式如下:

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上述式子中:

该公式近似等效于:

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RMS是轮廓长度与平均线偏差的均方根平均值,记录在评估长度内。Ra和RMS都是表面粗糙度的表示,但是各自的计算方式不同。Ra被计算为表面的微观粗糙度的平均峰和谷。RMS计算为表面的微观均方根的均方根。每个值都使用相同的表面峰和谷高度测量值,但使用不同的公式进行测量。

JIS标准中Ra,Rz与Ry符号与变化

类型 依据JIS B 0601-1994 标准 依据JIS B 0601-2001 标准
轮廓最大高度 Ry Rz
微观不平度十点高度 Rz RzJIS
轮廓算术平均偏差 Ra Ra

各国对于表面精度的定义工业标准(部分)

中国:

日本:

英国:

德国:

法国:

欧洲:

美国国家标准:

国际标准:

表面粗糙度的符号、代号

基本概念

如下图所示,在表面符号的周围表示表面粗糙度值,截止值或基准长度,加工方法,晶粒方向,表面起伏等。

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基本符号样式 (JIS B 0610 与DIN ISO 1302, DIN 4768 )

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加工需去除材料 (JIS B 0610 与DIN ISO 1302, DIN 4768 )

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加工时禁止去除材料(JIS B 0610 与DIN ISO 1302, DIN 4768 )

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预设Ra的上限(JIS B 0610 与DIN ISO 1302, DIN 4768 )

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标定纹理方向(JIS B 0610 与DIN ISO 1302, DIN 4768 )

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预设Ra的上限与下限(JIS B 0610 与DIN ISO 1302, DIN 4768 )

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标定加工方式(JIS B 0610 与DIN ISO 1302, DIN 4768 )

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表面粗糙度三角形符号与Ra,Rz和Ry对照表

三角形符号是是在加工设计是,对加工表面精度等级进行简单标记的一种方式。需要说明的是:从1994年修订版的JIS标准中取消了精加工符号(三角形▽和波〜)。在这里也就对三角形符号进行简单介绍。

Ra 单位µm Ry 单位µm RzJIS 单位µm 三角形符号
0.0025
0.05
0.1
0.2
0.1
0.2
0.4
0.8
0.1
0.2
0.4
0.8
∇∇∇∇
0.4
0.8
1.6
1.6
3.2
6.3
1.6
3.2
6.3
∇∇∇
3.2
6.3
12.5
25
12.5
25
∇∇
12.5
25
50
100
50
100

表面粗糙度对照表

Rz (µm) VDI-3400 Ra (µm) RMS (µinch) Class ISO 1302
0.08 - 0.0125 0.5
0.16 - 0.025 1
0.32 - 0.05 2
0.64 0 0.10 4.1 N3
0.70 1 0.11 4.5
0.76 2 0.12 4.9
0.90 3 0.14 5.7
1.02 4 0.15 6.6
1.15 5 0.17 7.4
1.28 6 0.20 8.2 N4
1.41 7 0.23 9.0
1.60 8 0.25 10.2
1.79 9 0.28 11.5
2.05 10 0.32 13.1
2.24 11 0.35 14.3
2.56 12 0.40 16.4 N5
2.88 13 0.45 18.4
3.20 14 0.50 20.5
3.58 15 0.56 22.9
4.03 16 0.63 25.8
4.48 17 0.70 28.7
5.12 18 0.80 32.8
5.76 19 0.90 36.9 N6
6.40 20 1.00 41.0
7.17 21 1.12 45.8
8.06 22 1.26 51.6
8.96 23 1.40 57.3
10.24 24 1.60 65.5
11.52 25 1.80 73.7 N7
12.80 26 2.00 81.9
14.08 27 2.20 90.1
16.00 28 2.50 102.4
17.92 29 2.80 114.6
20.48 30 3.20 131.1 N8
22.40 31 3.50 143.4
25.60 32 4.00 163.8
- 33 4.50 -
32.00 34 5.00 204.8
- 35 5.60 -
40.32 36 6.30 258.0 N9
- 37 7.00 -
51.20 38 8.00 327.7
- 39 9.00 -
64.00 40 10.00 409.6
- 41 11.20 -
- 42 12.60 - N10
- 43 14.00 -
- 44 16.00 -
- 45 18.00 -

*VDI:Verein Deutscher Ingenieure 德国工业协会

*RMS:Root mean square 均方根

加工方式与加工精度对照表

表内符号 ○ 默认加工(Standard),● 精密加工 (Precision),◇ 粗加工(Rough),◈ 中等 (Medium),◆ 精密(Fine)

Ra算术平均 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.3 12.5 25 50 100
Ry最大峰值 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.3 3.2 12.5 25 100 200 400
评定长度 mm 0.25 0.8 2.5 8 25
三角指示 ∇∇∇∇ ∇∇∇ ∇∇ -
加工工艺 锻造(Forging)
铸造(Casting)
压造(Die casting)
热轧(Hot rolling)
冷轧(Cold rolling)
拉丝(Drawing)
挤压(Extruding)
滚光(Tumbling )
喷砂(Sandblasting)
轧制(Rolling)
平面铣(Face cutter grinding)
刨削(Planing)
刻蚀(Carving Slotting)
刀具磨削(Cutter grinding)
精镗(Precision boring)
锉(Filing)
圆磨(Round grinding)
镗孔(Boring)
钻孔(Drilling)
扩孔(Reaming)
拉刀研磨(Broach grinding)
剃齿(Shaving)
磨削(Grinding)
珩磨(Hone finishing)
超精研磨(Super finishing)
抛光(Buffing)
纸张研磨(Paper finishing)
抛光研磨(Lapping)
液体珩磨(Liquid honing)
打磨抛光(Burnishing)
表面轧制(Surface rolling)
放电雕刻(Electric discharge carving)
线切割(Wire cut electric spark)
化学抛光(Chemical polishing)
电解磨损(Electrolytic abrasion)

小结

文中内容为个人总结,本人虽从事工业软件行业四年,机械加工方面的知识却不敢自称精通。目前正在总结相关知识,文章粗陋必有不足之处,也望各位不吝赐教,多多指正。若读者有别的见解与认识也欢迎关注我的个人微信公众号,一起讨论学习。


关于本文

由 Barbossa Wang 撰写, 采用 CC BY-NC 4.0 许可协议.

#加工工艺#表面粗糙度