楊元慧，唐慶順

（龍巖學(xué)院，福建龍巖 364012）

基于JB-4C精密粗糙度測量儀的量塊表面粗糙度與研合性能的判斷

楊元慧，唐慶順

（龍巖學(xué)院，福建龍巖 364012）

量塊的研合能力隨表面粗糙度值的增大而降低，采用JB-4C表面粗糙度測量儀對兩年內(nèi)使用過的實驗室量塊進行周期檢測，得出量塊表面粗糙度參數(shù)值在同等條件下隨使用時間延長的變化規(guī)律，進而得出量塊是否達到研合標(biāo)準(zhǔn)，以及時進行維護和修理，提高測量的準(zhǔn)確性.

測量儀；量塊；表面粗糙度；研合；檢測

量塊又稱塊規(guī)，用鉻錳鋼等特殊合金鋼或線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨以及不易變形的其他材料制成，形狀有長方體和圓柱體兩種，常用的是長方體，廣泛應(yīng)用于機械加工、制造等行業(yè)中，是精密長度計量標(biāo)準(zhǔn).它除了作為長度基準(zhǔn)的傳遞媒介外，還有以下應(yīng)用：

（1）生產(chǎn)中被用來檢定和校準(zhǔn)測量工具或量儀.（2）相對測量時用來調(diào)整量具或量儀的零位.（3）還可以直接用于精密測量、精密劃線和精密機床的調(diào)整.

量塊有兩個平行的測量面和四個非測量面，測量面極為光滑、平整，其表面粗糙度為Ra=0.008～ 0.012μm，其工作面一般在接觸情況下使用[1].量塊經(jīng)長期使用后，因使用和維護不當(dāng)、受溫度、濕度影響等，會使其工作面質(zhì)量受損，出現(xiàn)表面劃痕、磨損、銹蝕等現(xiàn)象，導(dǎo)致表面粗糙度值變大，研合性變壞，影響測量的準(zhǔn)確性，因此需對量塊進行定期檢測，以提高測量的準(zhǔn)確性.

1 量塊表面光潔度與研合性的關(guān)系

每塊量塊只代表一個尺寸，由于量塊的測量平面十分光潔和平整，因此當(dāng)表面留有一層極薄的油膜時（約0.02μm），用力推合兩塊量塊使它們的測量平面互相精密接觸，因分子間的親和力，兩塊量塊便能粘合在一起，量塊的這種特性稱為研合性，利用量塊的研合性就可以把各種尺寸不同的量塊組合成量塊組，得到所需的各種尺寸[2].以下是量塊研合性與表面粗糙度關(guān)系表，生成曲線圖如圖1所示.通過以上數(shù)據(jù)和曲線圖表明在在其它條件相同的情況下，測定不同表面粗糙度的量塊研合力會發(fā)現(xiàn)量塊的表面粗糙度值越小，研合能力越強[3].

表1 量塊表面粗糙度與研合力關(guān)系

圖1 量塊表面粗糙度與研合力關(guān)系曲線

2 量塊表面粗糙度檢測

2.1 表面粗糙度測量參數(shù)

2.1.1 算術(shù)平均粗糙度值Ra

在濾波除去形狀誤差和較大的波紋度含量后，在取樣長度lr范圍內(nèi)，所有輪廓縱坐標(biāo)絕對值的算術(shù)平均值.見圖2.

圖2 輪廓算術(shù)平均偏差

2.1.2 輪廓最大高度Rz

在取樣長度范圍內(nèi)，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離.Rz=Rp+Rv

式中：Rp—輪廓最大峰高，Rv—輪廓最大谷深

圖3 輪廓最大高度

2.1.3 輪廓的總高度：Rt

在評定長度內(nèi)輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離.

2.2 量塊測量面的粗糙度檢測

本文采用JB-4C表面粗糙度臺階測量儀對實驗室用量塊分年段進行周期性檢測.

JB-4C表面粗糙度測量儀帶有電腦及專用測量軟件，可選定被測零件的不同位置，設(shè)定各種測量長度進行自動測量，評定段內(nèi)采樣數(shù)據(jù)達3000個點.并可顯示或打印輪廓，各種粗糙度參數(shù)及輪廓的支承長度率曲線等.

Ra測量范圍：0.01-10μm；測量參數(shù)：Ra，Rz，Rt等.通過這種檢測方法對實驗室使用后的成量83套量塊進行檢測，選常用尺寸為10mm的量塊進行分年段周期檢測.每次檢測前先對量塊進行清洗，在室溫，無強磁場，無振動，無腐蝕氣體的條件下檢測.

成量83套量塊于2012年2月引入實驗室，2012年8月至2014年8月開始循環(huán)使用，每季度使用完畢清理后進行定期光潔度檢測，共檢測3次.取其中一個工作面的檢測情況為例介紹表面粗糙度參數(shù)的變化規(guī)律.以下是該工作面分別在2012年8月，12月和2013年5月進行的三次檢測結(jié)果，取測量參數(shù)Ra，Rz和Rt，取樣長度為0.8mm，評定長度為5×0.8=4mm.

表2 檢測數(shù)據(jù)（2012.8）（單位：μm）

表3 檢測數(shù)據(jù)（2012.12）（單位：μm）

表4 檢測數(shù)據(jù)（2013.5）（單位：μm）

2.3 數(shù)據(jù)處理

將三次測量數(shù)據(jù)以4×3矩陣形式表示，即：

利用MATLAB軟件中的plot()函數(shù)將所得數(shù)據(jù)按矩陣Ra、Rz和Rt數(shù)據(jù)生成曲線圖，如圖4至圖6所示.

圖4 三次測量中Ra值的變化曲線

圖5 三次測量中Rz值的變化曲線

圖6 三次測量中Rt值的變化曲線

通過曲線圖可以更加直觀觀測量塊表面粗糙度值的變化情況.光潔度為14級的量塊正常工作面的表面粗糙度值Ra≤0.012μm，Rz≤0.05μm其研合性能隨表面粗糙度值的增大而變壞，有關(guān)研究結(jié)果和實驗證明當(dāng)表面粗糙度值達到Ra為0.13μm時，潤滑層再厚也不能精密貼合.當(dāng)Ra大于0.15μm時，則停止粘合[4,5,6].經(jīng)三次測量后的實驗數(shù)據(jù)表明：

（1）經(jīng)兩年使用后的量塊表面粗糙度Ra數(shù)值最大為0.022μm<0.13μm，說明所使用量塊還具有一定的研合性能.

（2）通過測量曲線圖4、圖5和圖6可以看出經(jīng)兩年使用后的量塊隨使用時間的延長其表面粗糙度值參數(shù)Ra，Rz和Rt值逐漸增大，其中2013年5月份測量數(shù)據(jù)明顯大于前兩次測量，且Rz值達到0.155μm，Rt值達到0.310μm，其工作面在某些位置的粗糙度值超出0.012μm，說明量塊工作面已有劃痕或者碰傷等，應(yīng)進行及時維護和修理，以保證其測量精度和使用壽命.

3 小結(jié)

采用JB-4C表面粗糙度臺階測量儀可對量塊表面粗糙度進行精密測量，最小顯示值：0.001μm.該儀器使用方便，能直接讀取量塊表面粗糙度的多種參數(shù)值，為檢測量塊表面光潔度狀況提供了方便.因量塊是精密長度測量基準(zhǔn)，在使用和維護中要格外小心，通過測量可以準(zhǔn)確把握量塊的使用狀況，判斷其研合能力，為是否需要維護和修理做出預(yù)判提供依據(jù).

〔1〕王伯平．互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2008．12．

〔2〕楊好學(xué)．互換性與技術(shù)測量［M］．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006．2．

〔3〕袁巧棉．有關(guān)量塊研合性的簡述［J］．計量檢驗，2014（1）：341-342．

〔4〕王麗明．檢定量塊測量面研合性的常見問題分析［J］．工業(yè)計量，2013，32（4）：23．

〔5〕董秀鵬．影響量塊研合性的相關(guān)因素［J］．機械工程師，2013（5）：191-192．

〔6〕楊元慧，唐慶順，楊燕珍．JB-4C精密粗糙度測量儀對量塊表面光潔度檢驗［J］．煤礦機械，2014，35（4）：177～178．

TH115

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1673-260X（2015）04-0035-03

龍巖學(xué)院青年教師攀登項目（LQ2013015）