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表面粗糙度参数Rz


表面粗糙度参数 Rz、Rmax、Rt、R3z、RPc 等的 测量
甘晓川 张瑜 刘娜 石作德 谷荣凤

在 GB/T3505-2000《产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 表 面结构术语、定义及参数》中定义了表面粗糙度幅度参数(纵坐 标平均值)Ra、Rq、Rsk、Rku 和间距参数、混合参数等,虽然该标 准等效采用了 ISO4287:1997 几何产

品规范(GPS)表面特征:轮廓 《 法 表面结构的术语、定义及参数》,但这些参数远远不能满足 我国目前工业生产的需要,特别是在涉外产品中常常会提出一 些非标的表面粗糙度参数的技术要求,例如 Rmax(DIN EN ISO 4287)、RPc(prEN 10049)、R3z(Daimler Benz Standard 31007)等。 这些参数的正确测量直接影响产品符合性的判断,因此生产部 门对这些参数的准确测量都有迫切的需求。同时,对这些参数 的正确认识及理解能有效地指导生产过程,在使产品技术指标 满足要求的同时可有效降低生产成本。 笔者在实际工作中经常会为一些厂家测量这样的参数,如发 动机冷凝管内表面的 Rmax、Rt 等参数、轴类零件的 RPc 参数。现 结合实例对这些参数的定义和测量方法作一些说明,以供参考。

一、参数的定义 1.参数 Rz(GB/T3505-2000) 在一个取样长度 lr 内,最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和的 高度如图 1 所示。

图1

参数 Rz 示意图

这里 Rz 的定义和 GB/T3505-1983《表面粗糙度术语 表面及其 参数》中的定义已经完全不同。GB/T3505-1983 中 Rz 符号曾用 于指示“不平度的十点高度”。 正在使用中的一些表面粗糙度测量 仪器大多只能测量以前的参数 Rz。因此,采用现行的技术文件 和图样时必须小心慎重,因为用不同类型的仪器按不同的规定 计算所取得的结果之间的差别,并不都是非常微小而可忽略的。 2.参数 Rmax(DIN EN ISO 4287) 参数 Rmax 与参数 Rzi 之间有些关系,因此首先介绍 Rzi 的定义。 Rzi 的定义为,在一个取样长度 lr 内最高峰和最低谷之间的垂 直距离。 Rmax 的定义为在评定长度 lc 内 Rzi 的最大值(在 DIN EN ISO 4288 中,Rmax 的符号为 Rz1max),其示意图如图 2 所示。

图2

参数 Rmax 示意图

3.参数 Rt(GB/T3505-2000) 参数 Rt 的定义为评定长度内最大的峰谷垂直距离,如图 3 所 示。

图3

参数 Rt 示意图

4.参数 R3z(Daimler Benz Standard 31007) R3zi 的定义为, 粗糙度轮廓上一个取样长度 lr 内第 3 高的轮廓 峰和第 3 高的轮廓谷之间的垂直距离,如图 4 所示。

图4

参数 R3z 示意图

R3z 是 5 个连续取样长度上粗糙度深度 R3zi 的平均值。 5.参数 RPc(prEN 10049)

参数 RPc 的定义为单位长度内连续穿过规定的上轮廓截止线 c1 和下轮廓截止线 c2 的粗糙度轮廓元素的数量。 在使用中取 c1 等于 c2,它们间的距离也叫做带宽(Bandwidth)或 Peak Count Level。通常会取它们位于中线(Mean Line)或平行于中线指定的 另外的直线的两侧,如图 5 所示。

图5

参数 RPc 示意图

三、测量使用的仪器 测量使用的仪器为英国某公司生产的粗糙度仪。该仪器采用 的是触针式测量方法,其粗糙度参数的测量误差为 2%,具有分 析评定 25 个参数 R、 个参数 P、 个参数 W、 个参数 R&W 22 23 12 和 7 个参数 Rk 的能力。此外,对同一测量数据可以进行多次不 同参数的分析评定,而不需要多次测量。

四、参数 Rmax、Rt、R3z 的测量 参数 Rmax、Rt、R3z 的测量同测量参数 Ra 一样,都需要使仪器 的探针在被测表面上扫描规定的长度,从而得到表面轮廓。表 面轮廓经滤波器滤波后得到原始轮廓,用规定的方式对原始轮

廓进行分析就得到对应的参数。 它们的评定与 Ra 的评定类似,滤波器、取样长度 lc 等评定条 件的选取都对评定结果有明显的改变。笔者使用的滤波器是 2CR-PC。而取样长度 lc 的选取由于没有明确的规定,工作中可 选用与参数 Ra 同样的取样长度 lc,这也是广泛采用的方式。 图 6 为使用粗糙度仪对某钢管内表面进行测量后得到的粗糙 度轮廓,表 1 为该粗糙度轮廓各粗糙度参数的测量结果。

图6

某钢管内表面粗糙度轮廓

由表 1 的测量结果可以看出,Rt>Rmax>Rz>R3z,这与前面介绍 的这些参数定义的含义是一致的。

表1

某钢管内表面粗糙度参数测量结果

五、参数 RPc 的测量 Rmax、 t、 3z 等这些参数的评定过程不再涉及其他条件的设定, R R 所以对它们的评定相对简单。而参数 RPc 的评定稍显复杂一些, 其评定过程还需要设定 3 个条件,分别为参考类型、高度、带 宽。其中参考类型和高度是配合在一起的,笔者使用“平均值以 上的高度”,且高度为“0”,也就是以中线为中心,上下各半个带 宽。而带宽的大小就依靠产品的技术要求了,表 2 即为一个技 术要求的实例。该要求分别对 7 个带宽每英寸长度内的峰值数 量都提出了要求。

表2

参数 RPc 技术要求实例

分别在带宽中设定所要求的数值,然后计算机将依照设定的 条件对粗糙度轮廓进行分析计算,从而得到所需的参数 RPc 数 值。表 3 为通过设定不同条件后对图 7 分析后得到的参数 RPc, 图 7 为包含 29 个评定长度的粗糙度轮廓。

图7

某轴类零件的外表面粗糙度轮廓

表3

某轴类零件的外表面粗糙度 RPc 参数测量结果实例

六、结束语 表面粗糙度可用具有不同定义的多种参数进行评定,前面涉 及的仅仅为几个比较常见的参数。虽然有些参数在我国的国标

中并未定义,但由于这些参数在国外已大量使用,使得我们的 制造部门不得不在对外贸易中面对对方设置的贸易壁垒。开展 此类参数的测量可为生产和研究部门的研制提供有力的技术支 持,对打破技术性贸易壁垒也起到巨大的作用。 作者单位【辽宁省计量科学研究院】


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