平整度、平面度、平行度

衡量材料表面平不平的指標有不少,在工程實踐中,平整度、平面度、平行度是常見的幾何公差指標。
由于名稱接近,概念相似,平整度、平面度、平行度,經(jīng)常出現(xiàn)概念不清、相互混淆的現(xiàn)象。
1.平面度(Flatness)

平面度是指材料表面與理想平面(評定基面)的偏差程度,通常用來描述材料表面的整體平坦性。比如說,一個陶瓷基板的表面是否平,有沒有凹凸不平的地方。平面度,可用最大偏差值來表示。

參考GB/T 24630.1-2009,可采用均方根平面度誤差(FLTq)來表征平面度指標。FLTq計算步驟如下:

第一步,常用最小二乘法來確定理想平面(評定基面)。

第二步,采集材料表面上所有點與理想平面(評定基面)的垂直距離LFD,如下圖所示,a1是某點的正局部平面度偏差值,a2是某點的負局部平面度偏差值。

待測表面與理想平面的垂直距離

第三步,計算均方根平面度誤差(FLTq)。FLTq數(shù)值越小,說明平面度越好。

上式中,LFD為局部平面度偏差,A為平面度要素的表面積。

在材料測試中,如果表面平面度不佳,可能會影響測試結(jié)果的準確性。

2.平整度(Smoothness/Flatness)

平整度是指材料表面的平坦程度,通常用來描述材料表面的最大高度差。該術(shù)語在工程中常與“平面度”混用,但更側(cè)重微觀粗糙度或局部平整特性,而非整體平面形狀。

參考GB/T 6621-2009的平整度的測量方法,采用總指示讀數(shù)(Total indication reading,TIR)和焦平面偏差(Focal plane deviation,F(xiàn)PD)值表征平整度大小。

第一步,采用最小二乘法確定理想平面(參考面或焦平面);

第二步,采集區(qū)域內(nèi)任一點與理想平面(參考面或焦平面)的厚度差值f(x,y);

第三步,計算TIR和FPD值。TIR和FPD數(shù)值越小,平面度越佳。

其實,從上述計算過程可以發(fā)現(xiàn),平整度和平面度的表征指標有一定的程度的相似性。還有時候可能會有不同的行業(yè)習慣用法,比如,平面度是國際標準中的術(shù)語,而平整度可能是更口語化的說法。

3.平行度(Parallelism)

平行度,是指兩個平面之間的平行程度??捎貌牧仙舷卤砻嬷g的最大間隙距離來表征兩個平面之間的平行程度。

平行度可用千分表進行測量。將待測平板固定到平臺上,豎直移動待測平板或高度尺規(guī)(千分表)進行測量,測量的最高測量值與最低測量值之差就是平行度。

千分表法測量平行度示意圖(圖源:基恩士)

上圖中,a為待測陶瓷基板,b為平臺,c (ΔH)是最高測量值與最低測量值之差,即為平板的平行度數(shù)值。

4.表面粗糙度(surface roughness)

表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度 [1]。其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很?。ㄔ?mm以下),它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小,則表面越光滑。通常把波距小于1mm尺寸的形貌特征歸結(jié)為表面粗糙度,1~10mm尺寸的形貌特征定義為表面波紋度,大于10mm尺寸的形貌特征定義為表面形貌。

我國國家標準有GB/T 131-2006《表面結(jié)構(gòu)的表示法》,規(guī)定了表面粗糙度的表示方法,適用于表面粗糙度的標注和圖樣標注;GB/T 1031-2009《表面結(jié)構(gòu)輪廓法 表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》,規(guī)定了表面粗糙度的參數(shù)及其數(shù)值,適用于機械加工表面質(zhì)量的評定,也可用于制定機械加工工藝規(guī)程和設(shè)計模具等。

零件被測表面和測量工具測量面的表面粗糙度都會直接影響測量的精度,尤其是在精密測量時。