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                表面粗糙度標準體系的完善及其在發動機生產中的應 用
                2019-03-12 10:50:56 來源: 作者: 【 】 瀏覽:1674次 評論:0

                黃碩1

                (東風商用車有限公司 湖北省十堰市   郵編:442001)

                摘要:零件表面結構特征是由三部分組成的,即宏觀的形狀誤差、微觀』的表面粗糙度及界於兩者之間的表面波紋度。它所影響的主要方面有摩擦系數、磨損、疲勞強度、沖擊強度、耐腐蝕性、接觸剛度、抗振性、間隙配合中的對中精度、過盈配合中的結合強度、對光的反射性能、流體阻力、鍍層質量等。為此零件的表面粗糙度是零件質量的重要表征之一。但國內對評定表面質量參數的選擇及定義與國外發達國家存在著差異,這對於有關表面質量的新國標在幻境空間里在合資企業的上的應用造成了困難。就東風商用車而言,其生★產的發動機五大件中有關表面質量控制的相關參數使用的▓是法國標準。而從國內購置的外協零件采用的是國標,兩者存在一定的差異,導致使用者使用上的不便。執行標準】的不同,對零件的生ξ產、零件的質量及性能都有很大的影響

                關鍵詞:表面粗糙度輪廓;國家標準;演變;零件功能;

                Improved surface roughness standard system and application in Engine production

                HUANG Shuo

                (Dongfeng Comuercial Vehicle Co.,Ltd.,Shiyan hubei,442001)

                AbstractThe structural character of the surface of a part consists of three elements, which are form error, which is macroscopic, surface roughness, which is microscopic, and the surface waviness between them. It can affect the aspects such as friction coefficient, abrasion, tiredness intensity, anti-causticity, touch inflexibility, counter-shake, center aligned precision in the clearance combination, the linking intensity in the ultra-combination, ability to reflect light, liquid resistance, plating quality and so on. Therefore, the surface roughness is a very important character for describing the part quality. However, domestic demand for the assessment of surface quality parameter selection and definition of developed countries there are differences, which on the surface quality of the new national standard in the joint venture on the application caused difficulties. For example: For DFCV factory, the production of engines for five pieces of surface quality control parameters using the French standard. We learn that the national standard, there are some differences between the two, leading us to use the inconvenience. Especially external cooperation, they are entrusted to other companies in Xing yang factory processing, perform a standard different from the part of the production, quality and performance of parts has a great impact.

                Keywords: surface roughness profileGBevolutionpart of features

                1零件表面幾何狀態特性

                  在現代工業生產中,一個零件的許多技術性能∮的評價常常依賴於零件表面特征的狀況,零件表面的耐磨性、密封性、配合性質、摩擦力、傳熱性、導電性以及對光線和聲波的反射性,液體〖和氣體在壁面上的流動性、腐蝕性、塗層的附著︼力、振動和噪聲等功能都與零件表面的幾〖何特征密切相關。表面的形成機理及其特征︽取決於它的加工方式和工藝要求加工過程中任何條件的ξ 變化,包括刀具的磨損凝聚材料中的應力表面硬度的差異周圍環境的變化以及不規範的一旁工藝流程都將引起表面幾何特征的變化,由此可見必須使用合適的加工九幻真人冷哼一聲方式和經濟合理的〓工藝方法以獲得能反映特定使用功能的最優化的表面特征參數。

                零件在制造過〓程中產生的表面幾何形狀以及加工後的實際表面形狀與理想的表面形狀總是存在一定的偏差,實際表面往往『是一個很不規則的復雜◣表面其上有一系列的具有不同間距和高度的峰谷,實際表面對於理想表面的幾何形狀的偏差現今面對劃分為三類,即形天賦能力了吧狀誤差、表面波度、和表面粗糙度。形狀誤差是指從表面整體形狀觀察分析表面的宏觀特征,通常只包含一個或幾個起伏不平,其起伏間距較大;表面波度則是表面上呈現出的周期性的起伏,其起伏間距較小;表面粗糙度指◣的是更小間距上的起伏;零件表面雖然從宏觀上看是平直的但從微觀上︼看是粗糙不平的,同一而是深深個加工表面往往受形狀誤差、波紋度和粗糙度這三類表面幾何形狀偏差的綜合影響,即三類幾何形狀投靠我云嶺峰誤差疊加在一起所形成的表面輪廓形狀,雖然如此由於各類偏差形成的原因和特性以及它們與各種使用功能的因果關系均不相同。

                表面粗糙度反√映的是零件表面上的微觀幾◆何形狀誤差》,是表征零件表面質量的重能量猶如波紋一般要技術指標。它對零件的下述主要功能產生影響:抗彎強度、疲勞強度、幹摩擦性能、粘滯摩擦性能〗、流體〒摩擦性能、抗腐蝕性、抗磨損性、導熱性、導電性、靜態密封性和動態密〒封性等等;表面粗糙度在零件磨合期間影響較大,根據零件的功能選擇加工方法時,應註意表面粗糙度和尺寸公差的精度等級之間通常存在一種密切的關♂系。表面粗糙度主要由加工過程中刀具和零件表面間的摩擦、切屑分離時表面金屬層的塑性變形及工藝系統的高頻振動等原因形成的。因九幻真人看到玄陵這么簡單就被king殺掉了為表面粗糙度對零件的使用性能有很大影響,所以要對零件表面提出表面粗糙度要求,制造零部件時也必須予以保證。但是,在零件加工過程中,由於機床、刀具、夾具、工藝、潤滑、冷卻及零件的結構、材料等因素的影響,使零件表面粗糙度產生實力各種缺陷,如最常見的:刀痕粗糙、鱗刺現象、表面波紋、劃傷拉毛、高頻率的卐振紋。這些缺陷的存在,往往使零件的表面粗糙度達不到產品的要求,嚴重時,導致零件功他們之前看和歐呼能的下降或喪失,因此必須采取相應的措施加以解決。

                2零件表面粗糙度對產品性能的影響

                表面粗糙度反映的是零件表面上的微觀幾何形狀誤差,是表征零件表面質量的重要技術指標。它主要對零件的功能產生以下影響:抗彎強度、疲勞強度、幹摩擦性能、粘滯摩擦性能、流體摩擦性能、抗腐蝕性、抗磨損性、導熱性、導電性、靜態密封性和動態密封性等等。下面就對耐磨性、配合性質穩↙定性、耐疲勞性、抗腐蝕性的影響進行具體的分析。

                <1>對耐磨性的影響

                影又是一道命令聲傳來響摩擦表面的抗磨料磨損能力:

                表面抗磨料磨損的能力與其最大峰高以及支承長選你們任何一個都會得罪其他兩個度率關系密切。另外,它還與谷底所占的ω 體積率有關。輪廓谷起著存積磨粒的作用,一旦各部位不足以存積掉下來的磨粒時,則磨損過程將大大加速發展。

                對於有⌒潤滑劑的表面,那些對油膜厚度有影響】的粗糙度參數,自然會對』抗磨料磨損能力起作用。如磨損率隨粗糙度加大而加快,但在到達一定程度以後▅就趨向穩定;橫向紋理比縱向紋理磨損快,但在粗糙度值較小時,紋理方向效應逐漸減小以至消失。

                影響摩擦表面的抗膠合磨損能力:

                磨損的另一種形式是膠合,分為熱膠合與冷膠合。熱膠合是粘著磨損中由溫度誘因且居突出地位的一種磨損。通常發生在重載〓荷、高的滑速◎場合。冷膠合也是粘著磨損的一種,它不是由∑ 表面瞬時高溫所引起的,而與峰點接觸處的高壓造成塑性流動最後形成粘連有關。

                由於膠合的發生與潤滑仙訣油膜的破裂有關,因此前述影失去了靈力響動壓油膜的因素,在不同程度上也影響抗膠合能力。在同樣的表面輪廓幅度下,波長愈大則抗膠合能力愈高;而在同樣波長之下,不平度幅值增大時,抗膠合能力先提↓高,超過一定限度(油膜破裂)後開始急∏劇降低。

                冷膠合大@多發生在低速重載條件下,可以控制表面粗糙度的均方根的值和峰頂曲率半徑來限制塑性指標,使其小於1以減少冷膠合產生的可能性。

                簡言之,相互運動的兩個零件表面越粗應著king這話糙,則它們的磨損就越快。這是因為這兩個表面只能在輪廓的峰頂處接觸,當表面間產生相對運動々時,峰頂的接觸將對▲運動產生摩擦阻力,使零件的表面磨損。

                <2>對配合性質穩定性的影響

                相互配合①的孔、軸表面上的微觀小峰被去掉後,它們的配合性質會發生改變。對於就算如此過盈配合,由於壓入裝配時孔、軸表面上的微小波峰被擠平,使有效過盈減少;對於間隙配合,在零件☉工作過程中孔、軸表面上的微小波峰被磨去,使間隙增大,因而影響或改變原設計的配合性質。對靜配合表面,應控制以及表面的形狀誤差;對熱壓配合表◣面,還應控制波紋度的深度和間距,但不必控制形狀誤差。    通常可按不大於1/2公差帶的上下翻騰兩下要求。但對於小尺寸的間隙配合則需另行考慮。

                <3>對耐疲勞性的影響

                影響摩擦表面的抗接觸疲勞能力:

                接觸Ψ疲勞分宏觀點蝕與微觀點蝕兩類。表面形貌對前者ㄨ沒有什麽影響,主要※影響後者。膜厚比越大抗微觀點蝕的能力愈強,壽命愈長。

                還有粗糙度峰頂曲率半徑和輪廓的均方根斜率都對微觀點蝕有很大影響。的比本來就不買值愈低,愈大,壽命也愈低,但膜厚比大於3-4以後就不受這兩者的影響了。實驗證明,在兩個←表面硬度相差較大的情況下,軟表面的幾何形貌不必控制,只需控制硬表面。另外在表面輪廓的頻譜這把劍中,對大〖於赫茲接觸寬度的大間距分量不必控制,只需控制小間距的那些粗糙度分量。還要特別註意那些突出卐的深谷,要單獨給予控制而它也不會知道不能依賴統計參數。

                影響零件的彎曲》或拉伸疲勞壽命:

                對動應力表面,要嚴格控制突出的溝槽和裂紋,愈是處於淺表面的愈重要。不能依賴統計參數,最好采用單值高度單數,如以及的比值。此外,最好使紋理方向與應力流線相平行,也與谷底的曲率半∩徑有關。

                對靜應力表面,因為它對應力集中不敏感,通常№只要控制即可。

                總之,對於承受交變應力作用的零件表面,疲勞裂紋容易在其表面輪廓的微小谷底出現,這是因為在微小谷底處產生應力集中,是材料的疲勞強度↑降低,導致零件表面產生裂紋而損壞。

                <4>對表面接觸剛度的影響

                由於表面的凹凸不平,實際表面間的接觸面積有的只有公稱面積的百分之幾。接觸面積愈╳小,單位面積受力就愈大,粗糙峰頂處的☆局部變形也愈大,接觸剛度便會降低,從而影響到機件的工作精度和抗振性。因此ξ需要控制表面輪廓峰頂的形狀,峰頂曲率半徑,輪廓峰的密度,以提高接觸剛度。

                <5>對抗腐蝕性若是達到金之境的影響

                在零件表面的微小凹谷處,容易殘留一些腐蝕性的物質,它們會向ω零件表面層滲透,使零件表面產生裂紋而損壞。

                <6>對Ψ 表面密封性的影響

                對於靜密封表面,應控制垂直於泄露方向的♀表面粗糙度和波〗紋度、輪廓支承〗長度率以及形狀誤差。紋理方向要與泄露方向垂直,並限斷魂谷和武仙一脈出乎了他制波紋距,也不應有突起的峰和深谷否則在密封面留下微隙會引起滲漏。

                對於動◥密封表面,由於有相對運動,表面間含有潤滑油層,表面不★能太光滑,以便貯油,其他要求與靜密封相同。經過鋼球噴射後的表面上形成很多小坑,有如我們倒要先被她耗盡靈力不可細密分布的油池,是理想的密封軸的表面。

                <7>對表面塗層質量的這冰焰竟然是真正影響

                對於電鍍的基體表面,建議采用車削或端銑,而不這是謎影白猿妖獸用磨削,並控制紋路間距和溝槽』截面形狀,以使鍍層牢固。同時也要控制表面粗糙度和波紋度的大小。

                對於塗漆∮的基體表面,基於同樣理由,也要控制紋路間距,如汽車上的冷〓軋薄鋼板就提出了這個要求,以提高金屬板的噴塗特性和噴塗表面的美觀。

                <8>對滾動軸承噪聲和振動的影響

                對於滾動軸承的噪聲振動,滾道波紋度的狀況要比表面粗糙度的影響大。此外,由於赫茲接觸主要與中線以上的輪廓相關,因而表面質量的優劣可主要根據波峰部分的輪廓而不是谷部輪廓來判定。個別深而窄的谷底形狀對疲勞壽命ㄨ也有影響,但對噪聲振動【不重要。

                3表面粗糙度控制在發動機制造中的應用

                3.1氣缸孔支承長度率的含第三層是無盡星空義及測量

                如圖1,氣缸孔經過珩磨後,對其珩磨表面除了粗糙度和波紋度的要求外,還有三個磨削標準要控制,它們是:


                1氣缸孔珩磨表看著千仞峰面粗糙度測量工藝圖

                磨合標準:1μ≤C2%-C20%≤3μm

                運行標準:1.5μ≤C20%-C80%≤3μm

                潤滑標準:1.5μ≤C80%-C98%≤2.5μm

                它們的〓含義為:

                磨合標準:缸孔表面輪廓頂部的部分,當發動卐機開始運行時,將很快要被磨一拳之威損掉,其減低的高度將影響缸孔進入正常工作狀態的磨々合時間及實際材料磨損量。因此其產品規定了該輪廓頂部的深度必須在1μm3μm之間,若該」深度小於1μm將影響缸孔進入正常工作狀態的磨合時間,若該Ψ深度大於3μm時,將加大缸孔實際材料磨損←量。

                運行標準:缸孔表面輪廓核心◤部分深度,是缸孔長期工作的表面,它影響汽缸的運我勸你一句轉性能和使用壽命。產品規定了該輪廓核心部位的最佳深度在1.5μm 3μm之間最合適,當深度小於1.5μm時,將縮短缸孔的使用壽命,當深度⊙大於3μm時,將影響缸孔的運轉性能。

                潤滑標準:缸孔表面輪廓延伸到●材料內的輪廓部分,這些深入零件表面的深溝槽在活塞環相對缸孔運動時,有利於形成附著性能很好的油膜,在減少〖摩擦損失的同時,大幅度降低╲油耗。產品規定了該輪廓部分的最佳深度必須在1.5μm2.5μm之間,若該深度小於◥1.5μm將影響油膜的深度,摩擦損失增大,若該深度大於2.5μm時,將影響活塞在缸孔的運行速度。

                評價缸孔表面質量的這三個標準□是基於缸孔表面未濾波的輪廓來進行計算評〇價的。其計算方法為根據產 一劍飄零落楓葉品給定的2個支承長度率〒來計算這2個支承長度率之間的深度差。其中C2%主要是為了去掉那些不影響產品性能的孤立的波峰⌒ ,C98%主要是為了去掉那些不影響產品性能的孤立的波谷,保證測量結果的重復性,C20%C80% 根據缸孔表面平臺珩磨工藝的特點及缸孔材料並進行長期的臺架試驗總結出的最能反映產品質量狀態的兩個參數。

                3.2曲軸各個軸頸表面狀態參數的含咬牙道義及測量

                如圖2,曲軸各個軸頸表面在拋光以後采數十個人透過迷霧看到了這邊用綜合參數來表征曲軸軸頸表面磨削質量。

                ——簡約峰高(峰頂的降低 長老),即曲軸表面輪廓頂部的平均高度。當發動機開始運行時,將很快被磨損掉,其減低的高度將影響曲軸進入正常工作狀態的磨合時間和實際材■料磨損量。

                ——粗糙度核心輪廓深度(中心峰谷高度),是曲軸長期工作的表面,它影響曲軸的運轉性能和使用壽命。

                ——簡約谷深(谷底的降低),這些深入曲軸表面的深溝槽在曲軸與軸瓦相對運動時,有利於形成附著性能很好的油膜,在減少軸與瓦的摩擦損失的同時,能大幅度降低油耗這介之體該如何辨別。

                ——輪廓支承長度率(金屬材料↘率),是曲軸進入長期工作狀態時的輪廓支承長度率,其數值大小直接反應了零件的加工水平和¤使用壽命性能。

                ——輪廓支承長度率(金屬后退材料率),是曲軸脫離長期工作狀態時的輪廓支承長度率,其數值決千仞峰第一智者長老定了工作表面的貯油、潤滑能力,即曲軸各個軸頸正常的磨損金光頓時被震飛了出去量。

                評價曲軸表面質量的這五個參數是基於曲軸表面已濾波的輪廓來進行計算評價的。濾波的目的是允許曲jī光軸軸頸有輕微的波動卐或不損害曲軸運轉功能的小凸起。因為考慮了已濾波,因此產√品在定義這些參數時給出的值較低。TU系列曲軸表面綜合參數的值。見表1

                1  TU系列曲軸表面綜合參數值   單位:

                參數名稱






                名義值

                <0.2

                <0.5

                0.12—0.9

                <15%

                >80%

                基於輪廓支承長度率曲線曲線的綜合Ψ 參數很多,在生個別錯字大家請見諒產實際中,僅僅選用了與使用性能密切相關的參數。並且的相關性並不相同,可以分別利用它們或單獨評定波峰區、中心區、波谷區。如我們在評定返銷TU5jp4曲軸軸徑時僅用;在評▂定自制TU5jpk曲軸軸徑用


                2曲軸各個軸頸表面粗糙度測量◥工藝圖

                3.3缸體頂平面粗糙▃度要求測量分析

                缸體頂變化平面粗糙度要求為 代表被▓測表面為有密封墊的靜態密封狀態,處於靜態密封狀態的零件表面,必須控制零件表面結構參身份數:。對於TU5系列缸體的頂平面↓采用的加工工藝為平臺珩磨頂平面,平臺珩磨頂平面工藝可完全保證參數在滿足就這樣放過一線天要求的範圍內,故僅控制粗糙▼度2.5—5之間,波紋度小於4即可滿足產品要求。

                若要采用其它的加工工藝加工缸體頂平面,除了要檢測外還必須檢測參數看是否在滿足產『品要求的範圍內,只有5個參數都合格,才能證∞明該表面質量符合產品要求。

                20146月,東風商用車在國產化氣缸體毛≡胚時,珩磨後的缸體頂平面粗糙度總是達不到要求,,在調整機◥床,分析原因時,檢測了前道工序—精銑頂平◇面後的缸體頂平面粗糙度,發現精銑後的缸體頂平面粗糙度都在4左右,波紋度也在4以下,於是就有人向←工藝人員提出,既然精銑後的缸體頂平面粗糙度能夠ζ 滿足產品技術要求,可以取消缸體頂平面珩磨工藝。降低生產成本,提高生█產效率。工藝人員找到緩慢偏差測量間的測量人員,測量【人員測量了3件精銑頂平面的零件和1件珩磨頂平面的缸體,精銑頂平面的零件的都合格,但其隱含參數測量結果都大於產品對缸體頂平面的質量要求,測量數椐如下表2

                2:精銑頂平面和珩磨頂平面表面參數測量結果對比  單位

                參數

                合格標準

                精銑頂平面

                珩磨頂平面


                25

                4.4712

                1.8760


                4

                2.0789

                0.7193


                10

                15.2331

                5.3182


                8

                8.3120

                2.6195


                600—800

                1153.6

                787.9576

                通過測量數據的對比說服了他們珩磨頂平面加工工藝是不能取消的。

                隨著加工≡技術的發展,如果說采用新工藝、新材料、新刀具後零件加工質量能夠達到產品技術要求,還是要大膽采用新技術,以降↓低生產成本,提高企業競爭力。

                3.4排氣 咔管缸蓋結合面粗糙度測量分析

                如圖3,排氣管缸蓋結合面粗糙度表示該表面與缸蓋排氣面為固定裝配∮的靜態密封。由於該表面加工為大進給量銑削成型,又是密封面,因此在控制粗糙度和波紋度的同時,還需要控制值,既,該零件才滿足產品質〗量要求。該表面質量看似要求很低,實際上如果不嚴格執行換刀頻次,就很容易超差。在日常的生產∩過程中經常發現其波紋度超差,但其粗糙度往往很低,以前一段時間的一次測量結果為例,見表3

                3 排氣管缸蓋結合面粗糙度\波紋度測量結果  單位:


                合格標準

                測量結果

                R

                16

                4.3265

                W

                16

                25.8736

                Rx

                32

                12.1522

                Aw

                ≤2500

                2635.4

                這種情況下,必須及時換刀●具,調整進給◤量及切削速度。

                排氣管缸蓋結合面表面質量還會出現另一種質量現象,就是局部很粗糙、另一局部很光滑,產生這種現象的原因為刀★具在加工零▅件過程中產生了劇烈振動,要檢查刀具主軸部分。排氣管缸蓋結合面表面質量是非常關鍵的測量朝易水寒開口道目,一旦超差就容易造成結╳合面漏氣現象。


                3排氣管缸蓋結合消面粗糙度測量工藝圖

                3.4排氣管圍在宮殿周圍缸蓋結合面粗糙度測量分析

                如圖4,飛輪磨擦面表面質量要求為表示零件表面的配合方式為就連尉遲威和琳瑯繳幹摩擦,幹摩擦的配合方式對零件表面波紋度要求較高,因為它直接影響了零件的使用壽命,所以它除了控◣制粗糙度和波紋度外,還有隱含質量標準粗糙度間距和波紋√度間距要求,由於存在該摩擦面為車削成型,實際上要達到3μm這個波紋度要求是比〓較困難的,在日常過程控制中經常發現該測量項目超差,一般這個波♀紋度僅能達到3.5μm左右。


                4飛輪磨擦面表面粗糙度測量工藝圖

                4總結

                表面形貌極大地影響著零件的使用性能,合理地表征和評定表面形貌是一項具有重要意義的課題,表面粗糙度理論及標準在不足百年的時間內得到了巨大的發展,隨著當今微機處→理技術、集成電路≡技術等的發展,出現了輪廓法圖形法、功能參數集法時序▓分析法、最斷瓊兄小二乘多項式擬合法、濾波法、分形法等各種評定方法,取得了很大的進展,像輪廓法圖形法、功能參數集三種方法已經在汽車制造行業得到了廣泛 吱應用,時序千言分析法♂、最小二乘多項式擬合法、濾波法、分形法正在汽車行業試驗應用,但這些方法目前都只能得到真實表面的有限信息,仍然存在一些問題有待完▽善:如:表面輪廓微觀統計特征※的全面準確描述問題;表面輪▲廓為隨機過程,評定參數的值並不確定,由此重傷昏迷了產生了測量不確定性問題評定參數的相互關系◎以及參數數目↘越來越多的參數爆炸問題;表面輪廓的測量結果受測量基準和儀器分辨率影響的問題;表面粗糙度參◣數與使用性能不能完全對應的問題▂。但隨著汽↙車工業的高速發展,這些問題終將被解決,越來越多的表面粗糙度評定方法●及參數將得到廣泛應用。

                在論文中稍有不足之處在於對所天雷珠仿佛永遠都吸納不滿雷霆一般列舉的生產實例你跟我來分析不夠全面及深度也稍顯不足;另一方面,在寫論文過程中所采集到的數據未能充分列出。

                隨著科技@的發展,人們對產品質量的要求不斷提高,傳統的表面粗糙度二維評定已經不能適應社會生產的需要,表面粗糙度的三維評定將成為表面質量評定的△必然趨勢,表面粗糙度的測量方法也將向高速、高效的光學非接觸方向發展。同時,希望論文不足之處在今〒後能得到完善。

                參考文獻

                [1]GB/T 131-2006   產品幾々何技術規範GPS  技術產品文件中表面結構的表示法(ISO13022002TDT

                [2]GB/T 1031-2009   產品幾何技術規範(GPS)  表面結構  輪廓法  表面粗糙度的參數及其數值

                [3]GB/T 18618-2002   產品幾何技術規範(GPS)  表面結構  輪廓法  圖形參數(eqv  ISO120851997

                [4]甘曉川張瑜劉娜石作德谷榮鳳表面粗糙度參數等的測量[C]



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