氣缸套內(nèi)表面平臺珩磨網(wǎng)紋檢測

徐冬明 郎巖梅 李佰庚 曹 朋 許 欣

(哈爾濱量具刃具集團有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

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氣缸套內(nèi)表面平臺珩磨網(wǎng)紋檢測

徐冬明 郎巖梅 李佰庚 曹 朋 許 欣

(哈爾濱量具刃具集團有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

詳細(xì)介紹了氣缸套平臺珩磨網(wǎng)紋檢測方法，分析并說明粗糙度輪廓和支承率曲線所用濾波器的原理，對容易混淆的粗糙度參數(shù)給出詳細(xì)的解釋。在鑒定平臺網(wǎng)紋質(zhì)量方面，對相關(guān)人員有重要的實際價值。

氣缸套平臺珩磨網(wǎng)紋；輪廓支承長度率；表面粗糙度儀器；高斯濾波器

0 引言

氣缸套是發(fā)動機的心臟部件，它的加工質(zhì)量直接影響到發(fā)動機的裝配性能和使用性能。平臺珩磨網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異性能在發(fā)動機氣缸套內(nèi)表面加工中得到了普遍的應(yīng)用，尤其是缸套內(nèi)表面形成的平臺網(wǎng)紋溝槽增強了儲油能力，保證了缸套表面形成油膜，改善油膜的分布，保證了發(fā)動機工作中油膜的穩(wěn)定。平臺珩磨后的缸套可以減少發(fā)動機初期磨合的時間，減少缸套磨損，延長發(fā)動機的使用壽命。

正確的檢測平臺珩磨網(wǎng)紋，對其輪廓曲線和參數(shù)進行正確評價和描述，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。本文將從氣缸內(nèi)表面珩磨網(wǎng)紋測量原理、粗糙度相關(guān)參數(shù)的含義及作用等方面詳細(xì)闡述平臺網(wǎng)紋的檢測方法。

1 珩磨網(wǎng)紋粗糙度檢測

1.1 檢測設(shè)備

一般使用臺式觸針式表面粗糙度測量儀。沿著缸套的軸向滑行，測量表面粗糙度輪廓。

1.2 粗糙度輪廓濾波器的選擇

粗糙度輪廓的中線是評定輪廓及參數(shù)的基準(zhǔn)。中線的提取是靠濾波器完成。標(biāo)準(zhǔn)2RC濾波器本身有非線性相移特性，使得用2RC濾波法建立的中線表面粗糙度輪廓嚴(yán)重失真，故在平臺網(wǎng)紋粗糙度的檢測中應(yīng)選用ISO 11562相位校正濾波器。該濾波器是以高斯函數(shù)作為轉(zhuǎn)換函數(shù)的濾波器，作為一種零相位漂移濾波方法，徹底校正了標(biāo)準(zhǔn)2RC濾波器相位失真的缺陷。ISO 11562濾波器的加權(quán)函數(shù)如下：

式中：x為相對加權(quán)函數(shù)中心的位置；lco為輪廓濾波器的截止波長(co是cut-off的縮寫)；

圖1是原始輪廓，圖2和圖3分別演示應(yīng)用2RC和ISO 11562濾波器的濾波效果。

圖1 原始輪廓

圖2 標(biāo)準(zhǔn)2RC濾波器濾波的輪廓

圖3 ISO 11562濾波器濾波的輪廓

我們看到，標(biāo)準(zhǔn)2RC濾波器濾波后的輪廓變得高矮交錯，平臺部分變得不平整，直接影響之后的參數(shù)評定，給計算帶來很大的誤差。經(jīng)ISO 11562濾波器濾波的輪廓，平臺部分依舊保持平整，計算的中線非常接近輪廓上部的平臺部分，且深槽并沒有對中線造成很大的誤差，給后期的誤差評定提供了有利的數(shù)據(jù)保障。

1.3 常用粗糙度參數(shù)的計算方法和定義

1.3.1 輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

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

從定義上可知，Ra值僅表示表面輪廓的平均粗糙度情況，不能代表表面輪廓的特性。Ra值相同的表面，其表面的輪廓形狀可能不同，因此Ra值的大小不能代表汽缸體內(nèi)表面的輪廓幾何形狀，也不能代表平臺珩磨網(wǎng)紋的輪廓參數(shù)，單獨使用Ra值表征平臺網(wǎng)紋有一定的局限性。

1.3.2 輪廓最大高度Rz(國標(biāo)3505-2009)

定義：在一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高Rv和最大輪廓谷深Rp之和。

Rz=Rv+Rp

1.3.3 平均峰谷高度Rz(DIN4768)

定義：在每一個取樣長度內(nèi)計算輪廓最大峰高和最大輪廓谷深之和，記為Rzi，計算評定長度上連續(xù)5個取樣長度的Rzi算術(shù)平均值。公式如下：

1.3.4 十點平均高度Rz(國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/JIS 4287/1—1984)

定義：在評定長度上，5個最高輪廓峰高度和5個最深輪廓谷深度絕對高度的平均值之和。公式如下：

注意：Rz(DIN)在取樣長度內(nèi)計算；Rz(ISO/JIS)在評定長度內(nèi)計算。

2 基于輪廓支承長度率曲線的綜合參數(shù)

2.1 計算輪廓支承長度率原始輪廓濾波器的選擇

原始輪廓所用濾波器應(yīng)選用ISO 13565規(guī)定的濾波器。由于平臺網(wǎng)紋輪廓具有分布均勻的溝槽，應(yīng)用以上提到的ISO 11562濾波器所得的基準(zhǔn)線會受到深谷的不良影響，溝槽附近的中線會向下偏移，用這樣的中線調(diào)平時，輪廓會有微小的變形，影響計算精度。故我們應(yīng)選擇ISO 13565 規(guī)定的濾波器來計算支承長度率曲線原始輪廓。

2.2 ISO 13565濾波器的濾波原理

步驟1)對原始輪廓應(yīng)用濾波器ISO 11562，得到輪廓的中線，見圖4(a)；

圖4 ISO 13565濾波器的濾波過程

步驟2)將輪廓上所有低于中線以下的谷都用此中線代替，見圖4(b)；

步驟3)對已經(jīng)消除深谷影響的輪廓再一次應(yīng)用相同的濾波器，從而得到第二條中線，見圖4(c)；

步驟4)將這條中線移至最初的原始輪廓，見圖4(d)；

步驟5)用原始輪廓與該基準(zhǔn)線的差獲得標(biāo)準(zhǔn)的粗糙度輪廓，見圖4(e)。

此輪廓可作為支承率曲線計算的基礎(chǔ)輪廓。

2.3 支承長度率的計算方法

輪廓支承長度(ML)定義：在評定長度內(nèi)，一平行于中線的水平線與輪廓所截得各線段長度之和。

ML(c)=b1+b2+b3…+bi+bn

輪廓支承長度率(Mr)定義：輪廓支承長度與評定長度之比，以百分?jǐn)?shù)計。

Mr=ML(c)/Ln

由于支承率曲線反映了某一個截面實際的接觸長度的大小，直觀的反映了零件表面的耐磨性，并可以用它近似的描述磨損到一定程度時實際接觸面積的大小，對提高承載能力也具有重要意義。所以它是描述粗糙度輪廓形狀的主要指標(biāo)，也是評價平臺網(wǎng)紋質(zhì)量的一項重要參數(shù)。

2.4 平臺網(wǎng)紋輪廓支承率曲線參數(shù)分析

在支承率曲線坐標(biāo)系中，用輪廓支承率為40%的切割線，沿著支承率曲線移動，直到找到最小的斜率為止，然后把切割線兩端延長與縱坐標(biāo)相交，見圖5。

圖5 平臺網(wǎng)紋支承率曲線

Rk為核心部分粗糙度。

Rpk和Rvk可分別對應(yīng)“峰區(qū)”和“谷區(qū)”等面積的直角三角形的高。

2.4.1 峰高度Rpk

指粗糙度核心輪廓上方的輪廓峰的平均高度。當(dāng)發(fā)動機開始運行時，氣缸套表面輪廓頂部的這一部分將很快被磨掉，其高度的降低將影響氣缸套進入正常工作狀態(tài)的磨合時間及實際的材料磨損量。

2.4.2 核心粗糙度深度Rk

在分離出輪廓峰和輪廓谷之后剩余的核心輪廓深度為Rk。這部分是氣缸套長期工作表面，它影響氣缸套的運轉(zhuǎn)性能和使用壽命，是粗糙度輪廓的核心部分。

2.4.3 谷深度Rvk

從粗糙度核心輪廓延伸到材料內(nèi)部的輪廓谷的平均深度。這些深入表面的深溝槽在活塞對缸套運動時，形成很好的油膜，在提高孔的耐磨性、縮短發(fā)動機磨合時間的同時，能大幅降低油耗。

2.4.4 輪廓支承長度率Mr1

為一條將輪廓峰分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的。Mr1值是氣缸套進入長期工作表面的上限，其數(shù)值的大小直接反映了氣缸套的加工水平和使用性能。

2.4.5 輪廓支承長度率Mr2

為一條將輪廓谷分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的。Mr2是進入長期工作表面的下限，其數(shù)值的大小不但決定磨損量，還決定了工作表面以下深溝槽的貯油、潤滑能力。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了氣缸套內(nèi)表面珩磨平臺網(wǎng)紋的檢測方法，容易混淆的粗糙度相關(guān)參數(shù)的含義及對氣缸套使用中的作用。對基于支承長度率曲線進行分析，介紹了原始輪廓濾波器的濾波原理，詳細(xì)解釋支承率曲線相關(guān)參數(shù)的定義，希望在鑒定平臺網(wǎng)紋質(zhì)量方面，給基層的鑒定人員起到指導(dǎo)性的建議。

[1] 楊光明.氣缸套平臺網(wǎng)紋談.內(nèi)燃機配件, 2004(5)

[2] 郭俊平.氣缸套平臺珩磨網(wǎng)紋參數(shù)tp解析和評定.柴油機設(shè)計與制造,2008(4)

[3] 聶夢清.表面形貌評定標(biāo)準(zhǔn)軟件設(shè)計.計量技術(shù),2007(10)

[4] 王中宇.二維表面粗糙度最小二乘評定基準(zhǔn)線的改進.計量學(xué)報,2008(3)

[5] GB/T 18778.2—2003表面機構(gòu)輪廓法具有復(fù)合加工特征的表面 第1部分：濾波和一般測量條件

[6] GB/T 18778.2—2003表面機構(gòu)輪廓法具有復(fù)合加工特征的表面 第2部分：用線性化的支承長度率曲線表征高度特性

[7] GB/T 18777—2009表面機構(gòu)輪廓法相位修正濾波器的計量特性

[8] GB/T 3505—2009表面機構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)

[9] JB/T 5082.7—2011內(nèi)燃機氣缸套第7部分: 平臺珩磨網(wǎng)紋技術(shù)規(guī)范及檢測方法

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.09