GB/T 10610-2009在航空產(chǎn)品測量中的應(yīng)用

雷云蓮 張世林 王德輝

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

航空產(chǎn)品大多是通過車、銑、刨、磨、噴涂等多種工藝方式制造出來的，由于工藝過程中固有的內(nèi)在作用，在被加工零件表面上總會留下刀痕或其它加工痕跡，具有各種形式的凹凸不平的微小峰谷和間距。表面粗糙度就是反映這種表面微小幾何形狀誤差的特性。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的齒輪、軸承、襯套、軸類等各類產(chǎn)品中，表面粗糙度參數(shù)控制無處不在，工件表面粗糙度好壞直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)整體的配合穩(wěn)定性、耐磨性、抗腐蝕性、疲勞度、承載力、摩擦力等性能，因此，表面粗糙度參數(shù)測量方法的合理性、測量結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。而規(guī)范表面粗糙度參數(shù)測量的關(guān)鍵是依據(jù)的測量標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 10610–2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 評定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》規(guī)定了多種表面結(jié)構(gòu)參數(shù)的測得值和公差極限的比較規(guī)則，規(guī)定了應(yīng)用觸針式測量儀器接觸測量工件表面粗糙度時(shí)選用的截止波長的缺省規(guī)則，以利于表面粗糙度參數(shù)的測量與判定。

1 表面粗糙度參數(shù)

目前國標(biāo)規(guī)定評價(jià)表面粗糙度的參數(shù)有很多，而在工廠中應(yīng)用最多的是Ra、Rz等參數(shù)。

1.1 輪廓的算術(shù)平均偏差—Ra

在一個(gè)取樣長度內(nèi)縱坐標(biāo)值Z（x）絕對值的算術(shù)平均值。

注：算術(shù)平均偏差Ra是按5個(gè)連接的取樣長度組成的評定長度來確定的。

1.2 輪廓的微觀十點(diǎn)不平高度—Rz

在一個(gè)取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高與最大輪廓谷深之和。

注：通常這個(gè)參數(shù)是按5個(gè)連接的取樣長度的最大高度的平均值來測定的。

1.3 輪廓的最大高度—Ry

在一個(gè)取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高與最大輪廓谷深之和。

注：在GB/T 3505–1983中，Rz符號曾用于表示“不平度的十點(diǎn)高度”。新的Rz為原Ry的定義，原Ry的符號不再使用。在使用中的一些表面粗糙度測量儀器大多測量的是本標(biāo)準(zhǔn)的舊版本規(guī)定的Rz參數(shù)。因此，當(dāng)使用現(xiàn)行的技術(shù)文件和圖樣時(shí)必須注意這一點(diǎn)，因?yàn)橛貌煌愋偷膬x器按不同的定義計(jì)算所得到的結(jié)果，其差別并不都是非常微小而可忽略。

1.4 取樣長度—lr

在x軸方向判別被評定輪廓不規(guī)則特征的長度。（也就是用于判別具有表面特征的一段基準(zhǔn)線長度），在數(shù)值上與λc輪廓濾波器的截止波長相等。規(guī)定取樣長度的目的是為了限制和減弱表面其他幾何形狀偏差，特別是表面波紋度對表面粗糙度測量結(jié)果的影響。因?yàn)?，如果選擇的取樣長度過大，測量時(shí)受到波紋度的影響就大，因此測量得到的表面粗糙度參數(shù)值也隨之增大；如果選擇的取樣長度過小，就會使測量結(jié)果不能充分反映出被測表面粗糙度情況。

1.5 評定長度ln

用于評定被評定輪廓的X軸方向上的長度，是指在測量時(shí)，為了充分合理地反映工件表面的粗糙度特性，規(guī)定在評定時(shí)所必須的一段表面長度。評定長度一般包含一個(gè)或幾個(gè)取樣長度。因?yàn)榧庸け砻娲嬖谥煌潭鹊牟痪鶆蛐?，為了保證測量結(jié)果合理地反映出加工表面粗糙度的全面情況，測量時(shí)必須規(guī)定一段最小的表面長度。

2 制約表面粗糙度測量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素

2.1 取樣長度、評定長度選擇不一致

采用觸針式表面粗糙度測量儀進(jìn)行表面粗糙度測量時(shí)，Ra、Rz等參數(shù)大多可以在表面粗糙度測量儀器專用測量軟件中自動(dòng)求出。而其算法都是符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求的，因此，參數(shù)評定不存在分歧。但是在測量表面粗糙度參數(shù)時(shí)，取樣長度和評定長度的選擇在軟件中沒有具體規(guī)定，需要人為的去選擇，這就有可能存在選擇不一致的情況，造成測量結(jié)果的不一致。

2.2 測量方向的選擇

我們在測量過程中發(fā)現(xiàn)，測量時(shí)順著加工紋理和與加工紋理垂直所得測量結(jié)果差異很大，如果測量時(shí)將加工缺陷也計(jì)算在內(nèi)，測量結(jié)果相差更大，而對于研磨等工藝方式獲得的加工表面沒有固定的紋理，測量過程中測量部位的選擇及測量方式差異也很大。

2.3 合格的判定原則

為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般要求測量次數(shù)越多，評定長度越長，則被檢表面符合要求的可靠性就越高，測量參數(shù)平均值的不確定度就越小。但是，隨著測量次數(shù)的增加將導(dǎo)致測量時(shí)間和成本的增加，因此，要有一個(gè)能夠兼顧可靠性與測量成本的折衷的方案。

2.4 測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

針對以上分析的影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，我們以某齒輪的軸表面為例（該件圖紙要求Ra0.8）進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)見表1。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，在取樣長度、評定長度不同，測量方向不固定，所得的測量結(jié)果必然不相同，這將會造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確，在故障分析或產(chǎn)品驗(yàn)收中造成測量不一致，以致無法對產(chǎn)品做出仲裁的判定，造成無法可依的混亂局面。因此，有必要對影響測量結(jié)果的因素進(jìn)行規(guī)范。

表1 制約測量結(jié)果因素表

3 標(biāo)準(zhǔn)主要解決的問題

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10610–2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 評定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》中，對影響表面粗糙度測量結(jié)果的因素都做了統(tǒng)一的規(guī)定。

3.1 取樣長度、評定長度的選擇

因?yàn)槿娱L度、評定長度選擇不一致，會造成測量結(jié)果的不一致，在本標(biāo)準(zhǔn)中針對不同的表面粗糙度參數(shù)數(shù)值規(guī)定了對應(yīng)的取樣長度和評定長度。Ra參數(shù)值與取樣長度lr與評定長度ln的對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 Ra參數(shù)值與取樣長度 lr 與評定長度ln的對應(yīng)關(guān)系

3.2 測量方向

在本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：沒有指定測量方向時(shí)，工件的安放應(yīng)使其測量截面方向與得到粗糙度參數(shù)最大值的測量方向相一致，該方向垂直于被測表面的加工紋理，對無方向的表面（如研磨等），測量截面的方向可以是任意的。在檢測時(shí)，不應(yīng)把表面缺陷，如劃痕、氣孔等考慮進(jìn)去。

3.3 合格判定原則

3.3.1 16%規(guī)則

當(dāng)參數(shù)的規(guī)定值為上限值時(shí)，如果所選參數(shù)在同一評定長度上的全部實(shí)測值中，大于圖樣或技

術(shù)

產(chǎn)品文件中規(guī)定值的個(gè)數(shù)不超過實(shí)測值總數(shù)的16%，則該表面合格。

當(dāng)參數(shù)的規(guī)定值為下限值時(shí)，如果所選參數(shù)在同一評定長度上的全部實(shí)測值中，小于圖樣或技術(shù)文件中規(guī)定值的個(gè)數(shù)不超過實(shí)測值總數(shù)的16%，則該表面合格。

指明參數(shù)的上、下限值時(shí)，所用參數(shù)符號沒有“max”標(biāo)記。

在所標(biāo)出參數(shù)符號后面沒有注明“max”（最大值）的要求時(shí)，若出現(xiàn)下述情況，工件是合格的并停止測量。否則，工件應(yīng)判不合格。

3.3.2 最大規(guī)則

檢驗(yàn)時(shí)，若參數(shù)的規(guī)定值為最大值，則在被檢表面的全部區(qū)域內(nèi)測得的參數(shù)值一個(gè)也不應(yīng)超過圖樣或技術(shù)產(chǎn)品文件中的規(guī)定值。若規(guī)定參數(shù)的最大值，應(yīng)在參數(shù)符號后面增加一個(gè)“max”標(biāo)記，例如：Rzmax。

在標(biāo)注的參數(shù)符號后面有尾標(biāo)“max”時(shí)，一般在表面可能出現(xiàn)最大值處（為有明顯可見的深槽處）應(yīng)至少進(jìn)行3次測量；如果表面呈均勻痕跡，則可在均勻分布的3個(gè)部位測量。

4 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用效果

標(biāo)準(zhǔn)出具了詳盡準(zhǔn)確的規(guī)定，在進(jìn)行表面粗糙度測量過程中全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，不再發(fā)生因?yàn)閰?shù)選擇不一致而引起的紛爭，同時(shí)檢測效率大大提高。以某研磨工件表面粗糙度測量為例，圖紙要求Ra0.2μm，在沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，操作人員會在工件表面上測量不同位置、不同方向測量約10個(gè)數(shù)據(jù)，最后取平均值作為測量結(jié)果，每件測量時(shí)間為20min，而采用GB/T 10610–2009標(biāo)準(zhǔn)之后，我們在測量第一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)測量值為Ra0.12μm小于理論值的70%，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)即可以停止測量，判定該件為合格，測量時(shí)間縮短為3min。

對于測量過程中容易引起誤解的條款，標(biāo)準(zhǔn)都做了詳細(xì)的規(guī)定。在實(shí)際測量過程中，只需按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行檢測即可，既保證了工件測量準(zhǔn)確性，又提高了工作效率，降低了測量成本，規(guī)范了測量行為，尤其是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品故障分析、問題件仲裁過程中有法可依，為航空器的研制提供了快捷的技術(shù)支持。