塑料件表面粗糙度比较样块平均值偏差和标准偏差的确定

塑料件表面粗糙度比较样块平均值偏差和标准偏差的确定塑料件表面粗糙度比较样块平均值偏差 和标准偏差的确定陈捷王洪波何颖(哈尔滨理工大学) (北京牡丹电子集团公司) 摘 要 在制定国家标准 塑料件表面粗糙度比较样块的参数测试 、验证报告基础 上 , 总结了塑料件表面粗糙度比较样块平均值偏差和标准偏差的确定依据 , 对实验数据进 行了分析 , 指出了塑料件表面粗糙度测量中存在的问题及解决办法. 关键词 塑料 ; 表面粗糙度 ; 平均值偏差 ; 标准偏差分类号 T G841 文献对塑料件表面粗糙度测量中取样长度和评定长度的确定 , 通过测试验证的方法予以解 决. 在测量中平均值偏差和标准偏差同样也是两个极重要的参数 , 尤其在样块标准中 , 这两个参数 是衡量标准面精细程度和均匀程度的标志. 本文旨在通过实验 、验证的方法确定这两个重要参数. 平均值偏差和标准偏差1 平均值偏差是实测值的平均值相对粗糙度参数公称值的变动量 , 是表面粗糙度样块标准中最重 要的参数. 该数据是衡量被测表面偏离国际标准推荐的第一系列值的程度 , 以公称值的百分数来表 示 : R - R a a 100 % R a 式中R 实测数据的平均值 a R 实测数据平均值相邻近的公称值 a 该数值是衡量被检样块标准面偏离公称值的程度 , 是决定样块合格与否的关键数值. 标准偏差即散差 , 表示测量数据的离散程度 , 它与每次测量值和评定长度所包括取样长度的个数有关. 标准偏差大 , 说明被测表面不均匀 , 不适宜作比对的标准面. 表面粗糙度检测规程要求每 1 个评定长度包括 5 个取样长度 , 这已在文献中得以验证. 塑料件表面粗糙度标准的验证数据都是 以 5 个取样长度为一个评定长度 , 其标准偏差由下式给出 : m 1 2 ) ( ? R - R = 5 aa i i = 1m - 1 式中 评定长度包括 5 个取样长度的标准偏差 5 R 评定长度为 5 个取样长度时的某一实测值 a i 收稿日期 : 1996 - 03 - 12第 5 期 陈 捷等 : 塑料件表面粗糙度比较样块平均值偏差和标准偏差的确定 13 m 测取数据次数样块标准面均匀性由标准偏差占有效值的百分率来衡量 , 由下式计算 5100 % R a测试条件2 本次验证由“表面粗糙度测试分析系统”完成 , 计算机直接计算出 5 个取样长度为一个评定长 度时的标准偏差占有效值的百分率 , 数值直接显示并打印. 而平均值偏差则是在显示并打印出平均 (值后 , 再根据平均值相对邻近的粗糙度参数第一系列公称值的变动量 , 分别计算其上偏差 数值为 ) () 正数和下偏差 数值为负数, 取其绝对值较小值作为平均值偏差. 因此平均值偏差有上偏差和 下偏差之分.将各被测试样按 5 个取样长度为一个评定长度 , 测量 R , R ; R , S , S 及 t 值; 并打印 a z y m p 轮廓曲线和 t 曲线 ; 每一试样进行 10 次测量 ; 取其 R 值的平均值按公式进行平均值偏差计算 ; p a 其它参数和轮廓曲线作为测量结果的参考依据 ; 按不同原材料 、不同加工方法将测试结果统计 、整 理并分析 ; 根据相关标准相互协调的原则 , 参照其它样块标准 , 最后确定平均值偏差和标准偏差. 平均值偏差和标准偏差的确定3 注射成型是塑料件的主要加工方法 , 其方法虽然单一 , 但材质多样 , 因而塑料件表面情况差异 很大. 试件的材质分别有 AB S , PMMA , P P , A S , PC , H IPS 及 PC + AB S 等. 因本次验证测试件 很多 , 在表 1 中节选部分不同材质的注射成型试件平均值偏差和标准偏差的数据. 表 1 注射成型试件平均值偏差和标准偏差 试样号 材 料 平均值 R /m 平均值偏差( 公称值百分率) / % 标准偏差( 有效值百分率) / % a x4501 - 1 ABS 0 . 056 + 12 . 0 17 . 1 pp 0 . 203 40 . 6 x4506 - 1 + 1 . 5 0 . 092 29 . 7 x4508 - 2 ABS - 8 . 0 0 . 051 31 . 4 x4509 - 1 AS + 2 . 0 0 . 148 20 . 4 f r94v - c3 HIPS - 26 . 0 0 . 185 5 . 4 f r94hb - 1 HIPS - 7 . 5 0 . 028 10 . 4 PC + ABS + 12 . 0 f r21hy2 0 . 026 8 . 3 PMMA t ww - 3 + 4 . 0 0 . 024 15 . 0 PC f r1394 - 4 . 0 0 . 109 24 . 9 ABS jbS3 + 9 . 0 1 . 377 19 . 2 PS 79606 - 2 - 13 . 9 2 . 006 27 . 3 PS + 25 . 4 79606 - 1 0 . 539 12 . 1 - 32 . 6 bdd - 2 ABS 1101 - 9 HIPS 0 . 252 + 26 . 0 16 . 2 平均值偏差和标准偏差的平均值/ % + 14 . 8 - 18 . 6 19 . 2 对车削、铣削、喷漆、喷砂、热膜压等加工方法生产的塑料件制品和零部件 , 原材料多采用 HIPS , ABS , 环氧树脂 , 酚醛树脂 , 尼龙等 , 可归为其它材料及其它加工方法 , 其部分测试数据列于表 2.上述二类试样测试的平均值偏差和标准偏差的平均值统计 、对比 、观察如表 3 .参照其它金属材料各种加工方法的样块标准中的平均值偏差和标准偏差 , 将塑料件的平均值偏差? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报第 2 卷 14 表 2 部份其他材料及其他加工方法试件平均值偏差和标准偏差 试样号 材 料 加工方法 平均值 R /m 平均值偏差( 公称值百分率) / % 标准偏差( 有效值百分率) / % a 皮 纹 94v - c2 HIPS 11 . 69 8 . 9 - 6 . 4 皮 纹 f r94hb - 6 HIPS 6 . 54 4 . 6 + 3 . 9 喷 砂 jbs9 1 . 58 11 . 8 HIPS - 1 . 1 喷 砂 0 . 73 6 . 9 jbs10 HPS - 8 . 4 车 削 1 . 82 39 . 9 7142 - 3 尼龙 1010 + 14 . 2 车 削 1 . 57 17 . 0 7142 - 2 - 1 . 6 尼龙 1010铣 削 环 氧 2 . 53 13 . 7 7141 - 32 - 2 . 1 铣 削 环 氧 铣 削 1 . 95 25 . 9 7141 - 31 + 21 . 9 酚 醛 铣 削 2 . 05 20 . 7 7141 - 21 + 28 . 6 酚 醛 喷 漆 7141 - 11 2 . 55 22 . 2 - 20 . 0 喷 漆 ABS 7141 - 3 0 . 45 10 . 0 + 14 . 7 ABS 0 . 62 11 . 9 7141 - 2 - 22 . 5 ABC 热膜压 t t 20 0 . 25 13 . 5 + 27 . 5 注 射 79613 - 1 纯尼龙 0 . 46 + 15 . 5 8 . 9 平均值偏差和标准偏差的平均值/ % + 14 . 2 - 15 . 3 15 . 1 平均值和标准偏差平均值进行圆整 ; 与金属材料样块标准中的平均值偏差和标准偏增长进行比较 , 个别调整 , 使所有样块标准在保留各自特性基础上尽可能统一 ; 在样块标准适用于生产实际的前提 下 , 对塑料件表面粗糙度比较样块的平均值偏差和标准偏差重新整理 、确定 1 数值如表 41 表 3 统计的平均值偏差和标准偏差平均值 表 4 塑料件表面粗糙度比较样块的 平均值偏差和标准偏差 平均值偏差 分 类 标准偏差平均值 平均值/ % 平均值偏差 标准偏差 分 类 热塑性塑料 ( 公称值百分率) / % ( 有效值百分率) / % + 1418 - 1816 19125 注射成型热塑性塑料注射成型 20 其它材料及 + 12 - 17 + 1412 - 1513 15110 其它材料及加工方法15 加工方法 数据分析4 表 4 中确定的塑料件表面粗糙度比较样块的平均值偏差与 GB - 5 相同 , 而标准偏差却 却与 GB 相同. 其原因是在塑料件表面粗糙度的测量中 , 靠取样长度来消除波纹度的影响很 难 , 因而塑料件表面粗糙度测量中受波纹度影响极大 , 在塑料件表面平面度中 , 表面粗糙度与波纹 度交织在一起难于区分. 塑料件表面平面度产生的原因多种多样 , 与塑料材质特性 、成型方法 , 成型过程中的温度 、压力 、时间及塑料件本身结构有关 , 同时模具的加工方法 , 模具表面质量也极大地影响着塑料件表面 平面度. 411 材质的化学 、物理特性对塑料件表面平面度的影响 高分子聚合物在外界压力下加热成型 , 外界压力撤除后 , 产生表面恢复弹性 , 它受塑料件的结 构 、模具形状 、各点温度及压力撤除时间 、速度不同而不同 , 这些不同的表面恢复弹性产生极大的 表面平面度 ; 热固性塑料的交联反应程度的不同 , 可使塑料件存在不同程度的可溶性低分子物 , 这 种可溶性低分子物使塑料件内分子间结合力下降 , 产生热膨胀 、后收缩 、内应力 、蠕变增加 , 导致 塑料件发生翘曲 、裂纹 , 同样产生较大的平面度. 操作工艺的不当也会使塑料件表面产生熔接痕 、凹痕 ; 脱模剂的不合理使用也会产生较大的平 面度. ? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 5 期 陈捷等 : 塑料件表面粗糙度比较样块平均值偏差和标准偏差的确定 15 412 模具表面质量对塑料件表面平面度的影响 塑料件表面平面度与模具制造质量及模量表面质量有极大关系. 用机械方法 , 尤其高精度机械 加工的模具 , 经机械抛光电镀后模具表面极为均匀 、光滑 , 压制出的塑料件表面平整 、光亮. 测量 时表面粗糙度数值小 , 标准偏差也较小 , 说明表面十分均匀 ; 而用机械加工后经手工抛光电镀的模 具 , 虽然表面光亮 , 但微观不平整 , 压制出的塑料件在测量时 , 虽然有时表面粗糙度数值较小 , 但 标准偏差往往较大 , 说明表面不均匀.结论5 ) 1塑料件表面粗糙度比较样块可用轮廓法进行表面粗糙度测量 , 其主要参数可由轮廓法进行 验证 ;) 2塑料件表面粗糙度比较样块的平均值偏差与金属机械加工样块标准中的平均值偏差相同 , 符合正偏差小于负偏差原则 ; 标准偏差比金属机械加工样块标准中的标准偏差要大 , 亦符合塑料件 的生产工艺特点 ; ) 3文献 1 结论中指出“塑料件表面粗糙度的形成与模具抛光表面有关”, 本文又强调模具 加工中抛光工序是影响塑料件表面平面度的重要环节 , 应引起同行们的重视. 参 考 文 献 ( ) 陈 捷等. 塑料件表面粗糙度取样长度和评定长度的验证. 哈尔滨科学技术大学学报 , 1991 , 2: 37,40 1 肖明耀. 误差理论与应用. 北京 : 计量出版社 , 1985 2 吴松青. 表面粗糙度应用指南. 北京 : 机械工业出版社 , 1990 袁长3 良等. 表面粗糙度及其测量. 北京 : 机械工业出版社 , 1989 北京塑4 料工业公司编. 塑料成型工艺. 北京 : 轻工业出版社 , 1989 成都科5 技大学编. 塑料成型工艺学. 北京 : 轻工业出版社 , 1989 6 Definitio n of Avera ge Value De viatio n and St andard De viatio n of Roughne s s Co mp ari so n Sp ecimens fo r Pla stic Part s Chen J ie , W a n g Hon gbo , He Y i n g Abstract On t he basis of making testing and verif ying repo rt s of natio nal standard parameters , t he definitio n met ho d and so me experiment s data of average value deviatio n and standard deviatio n of ro ughness co mpariso n specimens fo r plastic part s are discussed , and so me p ro blems in t