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值在同等條件下隨使用時間延長的變化規律，進而得出量塊是否達到研合標準，以及時進行維護和修理，提高測量的準確性.

測量儀；量塊；表面粗糙度；研合；檢測

量塊又稱塊規，用鉻錳鋼等特殊合金鋼或線膨脹系數小、性質穩定、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，廣泛應用于機械加工、制造等行業中，是精密長度計量標準.它除了作為長度基準的傳遞媒介外，還有以下應用：

（1）生產中被用來檢定和校準測量工具或量儀.（2）相對測量時用來調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].量塊經長期使用后，因使用和維護不當、受溫度、濕度影響等，會使其工作面質量受損，出現表面劃痕、磨損、銹蝕等現象，導致表面粗糙度值變大，研合性變壞，影響測量的準確性，因此需對量塊進行定期檢測，以提高測量的準確性.

1 量塊表面光潔度與研合性的關系

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系表，生成曲線圖如圖1所示.通過以上數據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現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系

圖1 量塊表面粗糙度與研合力關系曲線

2 量塊表面粗糙度檢測

2.1 表面粗糙度測量參數

2.1.1 算術平均粗糙度值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，所有輪廓縱坐標絕對值的算術平均值.見圖2.

圖2 輪廓算術平均偏差

2.1.2 輪廓最大高度Rz

在取樣長度范圍內，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，設定各種測量長度進行自動測量，評定段內采樣數據達3000個點.并可顯示或打印輪廓，各種粗糙度參數及輪廓的支承長度率曲線等.

Ra測量范圍：0.01-10μm；測量參數：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的變化規律.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果，取測量參數Ra，Rz和Rt，取樣長度為0.8mm，評定長度為5×0.8=4mm.

表2 檢測數據（2012.8）（單位：μm）

表3 檢測數據（2012.12）（單位：μm）

表4 檢測數據（2013.5）（單位：μm）

2.3 數據處理

將三次測量數據以4×3矩陣形式表示，即：

利用MATLAB軟件中的plot()函數將所得數據按矩陣Ra、Rz和Rt數據生成曲線圖，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，有關研究結果和實驗證明當表面粗糙度值達到Ra為0.13μm時，潤滑層再厚也不能精密貼合.當Ra大于0.15μm時，則停止粘合[4,5,6].經三次測量后的實驗數據表明：

（1）經兩年使用后的量塊表面粗糙度Ra數值最大為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Ra，Rz和Rt值逐漸增大，其中2013年5月份測量數據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

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，在使用和維護中要格外小心，通過測量可以準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判提供依據.

〔1〕王伯平．互換性與測量技術基礎［M］．北京：機械工業出版社，2008．12．

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

〔3〕袁巧棉．有關量塊研合性的簡述［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］．工業計量，2013，32（4）：23．

〔5〕董秀鵬．影響量塊研合性的相關因素［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

A

1673-260X（2015）04-0035-03

龍巖學院青年教師攀登項目（LQ2013015）