基于JB-4C精密粗糙度测量仪的量块表面粗糙度与研合性能的判断

杨元慧，唐庆顺

（龙岩学院，福建龙岩 364012）

基于JB-4C精密粗糙度测量仪的量块表面粗糙度与研合性能的判断

杨元慧，唐庆顺

（龙岩学院，福建龙岩 364012）

量块的研合能力随表面粗糙度值的增大而降低，采用JB-4C表面粗糙度测量仪对两年内使用过的实验室量块进行周期检测，得出量块表面粗糙度参数值在同等条件下随使用时间延长的变化规律，进而得出量块是否达到研合标准，以及时进行维护和修理，提高测量的准确性.

测量仪；量块；表面粗糙度；研合；检测

量块又称块规，用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其他材料制成，形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体，广泛应用于机械加工、制造等行业中，是精密长度计量标准.它除了作为长度基准的传递媒介外，还有以下应用：

（1）生产中被用来检定和校准测量工具或量仪.（2）相对测量时用来调整量具或量仪的零位.（3）还可以直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整.

量块有两个平行的测量面和四个非测量面，测量面极为光滑、平整，其表面粗糙度为Ra=0.008～ 0.012μm，其工作面一般在接触情况下使用[1].量块经长期使用后，因使用和维护不当、受温度、湿度影响等，会使其工作面质量受损，出现表面划痕、磨损、锈蚀等现象，导致表面粗糙度值变大，研合性变坏，影响测量的准确性，因此需对量块进行定期检测，以提高测量的准确性.

1 量块表面光洁度与研合性的关系

每块量块只代表一个尺寸，由于量块的测量平面十分光洁和平整，因此当表面留有一层极薄的油膜时（约0.02μm），用力推合两块量块使它们的测量平面互相精密接触，因分子间的亲和力，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性，利用量块的研合性就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组，得到所需的各种尺寸[2].以下是量块研合性与表面粗糙度关系表，生成曲线图如图1所示.通过以上数据和曲线图表明在在其它条件相同的情况下，测定不同表面粗糙度的量块研合力会发现量块的表面粗糙度值越小，研合能力越强[3].

表1 量块表面粗糙度与研合力关系

图1 量块表面粗糙度与研合力关系曲线

2 量块表面粗糙度检测

2.1 表面粗糙度测量参数

2.1.1 算术平均粗糙度值Ra

在滤波除去形状误差和较大的波纹度含量后，在取样长度lr范围内，所有轮廓纵坐标绝对值的算术平均值.见图2.

图2 轮廓算术平均偏差

2.1.2 轮廓最大高度Rz

在取样长度范围内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离.Rz=Rp+Rv

式中：Rp—轮廓最大峰高，Rv—轮廓最大谷深

图3 轮廓最大高度

2.1.3 轮廓的总高度：Rt

在评定长度内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离.

2.2 量块测量面的粗糙度检测

本文采用JB-4C表面粗糙度台阶测量仪对实验室用量块分年段进行周期性检测.

JB-4C表面粗糙度测量仪带有电脑及专用测量软件，可选定被测零件的不同位置，设定各种测量长度进行自动测量，评定段内采样数据达3000个点.并可显示或打印轮廓，各种粗糙度参数及轮廓的支承长度率曲线等.

Ra测量范围：0.01-10μm；测量参数：Ra，Rz，Rt等.通过这种检测方法对实验室使用后的成量83套量块进行检测，选常用尺寸为10mm的量块进行分年段周期检测.每次检测前先对量块进行清洗，在室温，无强磁场，无振动，无腐蚀气体的条件下检测.

成量83套量块于2012年2月引入实验室，2012年8月至2014年8月开始循环使用，每季度使用完毕清理后进行定期光洁度检测，共检测3次.取其中一个工作面的检测情况为例介绍表面粗糙度参数的变化规律.以下是该工作面分别在2012年8月，12月和2013年5月进行的三次检测结果，取测量参数Ra，Rz和Rt，取样长度为0.8mm，评定长度为5×0.8=4mm.

表2 检测数据（2012.8）（单位：μm）

表3 检测数据（2012.12）（单位：μm）

表4 检测数据（2013.5）（单位：μm）

2.3 数据处理

将三次测量数据以4×3矩阵形式表示，即：

利用MATLAB软件中的plot()函数将所得数据按矩阵Ra、Rz和Rt数据生成曲线图，如图4至图6所示.

图4 三次测量中Ra值的变化曲线

图5 三次测量中Rz值的变化曲线

图6 三次测量中Rt值的变化曲线

通过曲线图可以更加直观观测量块表面粗糙度值的变化情况.光洁度为14级的量块正常工作面的表面粗糙度值Ra≤0.012μm，Rz≤0.05μm其研合性能随表面粗糙度值的增大而变坏，有关研究结果和实验证明当表面粗糙度值达到Ra为0.13μm时，润滑层再厚也不能精密贴合.当Ra大于0.15μm时，则停止粘合[4,5,6].经三次测量后的实验数据表明：

（1）经两年使用后的量块表面粗糙度Ra数值最大为0.022μm<0.13μm，说明所使用量块还具有一定的研合性能.

（2）通过测量曲线图4、图5和图6可以看出经两年使用后的量块随使用时间的延长其表面粗糙度值参数Ra，Rz和Rt值逐渐增大，其中2013年5月份测量数据明显大于前两次测量，且Rz值达到0.155μm，Rt值达到0.310μm，其工作面在某些位置的粗糙度值超出0.012μm，说明量块工作面已有划痕或者碰伤等，应进行及时维护和修理，以保证其测量精度和使用寿命.

3 小结

采用JB-4C表面粗糙度台阶测量仪可对量块表面粗糙度进行精密测量，最小显示值：0.001μm.该仪器使用方便，能直接读取量块表面粗糙度的多种参数值，为检测量块表面光洁度状况提供了方便.因量块是精密长度测量基准，在使用和维护中要格外小心，通过测量可以准确把握量块的使用状况，判断其研合能力，为是否需要维护和修理做出预判提供依据.

〔1〕王伯平．互换性与测量技术基础［M］．北京：机械工业出版社，2008．12．

〔2〕杨好学．互换性与技术测量［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2006．2．

〔3〕袁巧棉．有关量块研合性的简述［J］．计量检验，2014（1）：341-342．

〔4〕王丽明．检定量块测量面研合性的常见问题分析［J］．工业计量，2013，32（4）：23．

〔5〕董秀鹏．影响量块研合性的相关因素［J］．机械工程师，2013（5）：191-192．

〔6〕杨元慧，唐庆顺，杨燕珍．JB-4C精密粗糙度测量仪对量块表面光洁度检验［J］．煤矿机械，2014，35（4）：177～178．

TH115

A

1673-260X（2015）04-0035-03

龙岩学院青年教师攀登项目（LQ2013015）