汽車減振器活塞桿表面微裂紋檢測研究綜述

蘇春陽，孫曉幫，王天利，蘇成立，王素艷

（1.遼寧工業(yè)大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001；2.錦州星光金屬收購站，遼寧 錦州 121000）

引言

隨著社會的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為目前必不可少的一種交通工具，如今人們在購買車輛時，不僅考慮汽車的動力性，而還會考慮汽車的舒適性，汽車懸架決定著汽車的舒適性。然而在汽車懸架系統(tǒng)內(nèi)，減振器發(fā)揮著極為重要的作用，汽車活塞桿表面的微裂紋也會對汽車減振器的性能具有一定的影響，例如舒適性以及減振器活塞桿的使用壽命，如果微裂紋密度過大，則會影響活塞桿使用壽命，如果微裂紋密度過小，則會影響減振器所發(fā)揮出來的舒適性。因此各大活塞桿采購方對活塞桿制造企業(yè)在微裂紋密度上提出了很高的要求，目前的微裂紋檢測方式極為費時費力。本文針對汽車減振器活塞桿表面微裂紋密度的檢測方法進行闡述，并提出具有創(chuàng)新性的展望。

1 減振器活塞桿表面微裂紋研究現(xiàn)狀及形成

1.1 減振器活塞桿表面微裂紋研究現(xiàn)狀

近30年來，國內(nèi)外對金屬微裂紋的研究約有68篇。如圖1，為相關(guān)文獻在國內(nèi)各大期刊上的發(fā)表數(shù)量變化曲線圖,而國外在30年內(nèi)與此相關(guān)的文獻僅有3篇，且相關(guān)度較低。

因此就不對國外的研究進行著重的說明。從國內(nèi)文獻發(fā)表數(shù)量變化曲線可以看出，與其他領(lǐng)域相比，國內(nèi)對于微裂紋的研究還是相對較少。其中，浙江大學吳文炳老前輩在1986年發(fā)表的《對電鍍件表面蝕斑和微裂紋的探討》從電鍍過程中詳細的分析了金屬表面微裂紋在電鍍過程中的產(chǎn)生原因。朱自華老前輩在2000年發(fā)表的《淺析微裂紋鉻的電鍍工藝》中，詳細闡述了從金屬表面電鍍過程中加入添加劑的量以及種類來控制微裂紋生成數(shù)量及微裂紋的作用。但目前來講，雖然對微裂紋檢測方面的文獻數(shù)量較多，但是都是20年以前的文獻，并且當時研究的微裂紋與現(xiàn)在的微裂紋相比，概念不太一樣。因此微裂紋的檢測方法還需進一步研究。

圖1 國內(nèi)金屬表面微裂紋近30年文獻發(fā)表數(shù)量

1.2 減振器活塞桿表面處理過程

通過以上對國內(nèi)外的金屬表面微裂紋的研究分析，了解了如今國內(nèi)外對金屬表面微裂紋研究的近況?；钊麠U表面亦為金屬表面，接下來進入到本研究的主題—汽車減振器活塞桿表面微裂紋。首先介紹一下活塞桿表面的處理過程，第一步是用堿水先清洗三遍，進行除油處理，而后再用清水清洗三遍，下一步就是產(chǎn)生微裂紋的一步—電鍍。隨后將活塞桿送進去氫爐干燥5分鐘左右。最后將活塞桿拿去對其表面進行碾壓以及剖光，以將微裂紋蓋嚴和使活塞桿表面光滑。

1.3 減振器活塞桿表面微裂紋形成原因

在活塞桿表面電鍍時，會在電鍍槽加入一種特制的添加劑，主要由CrO3、H2SO4按照一定的比例配置而成，電鍍電流密度控制在50～70 A/dm2，溫度在55℃左右[1]，添加劑的濃度增加，生成微裂紋的條數(shù)會增多，同理，反之亦然。在電鍍過程中，大量的氫氣會從鎳鉻電積層中溶解出來，并且，由于相隔一定距離的晶體在成長和合并時發(fā)生的機械夾雜作用，總會使電鍍層中夾入其他異類的物質(zhì)，包括氫氣。因而就會在電鍍表面形成一些縫隙[2]。如圖2.2，圖中絲網(wǎng)狀黑線即為在激光顯微鏡放大100倍后導入成像系統(tǒng)后的活塞桿表面微裂紋。

2 減振器活塞桿表面微裂紋的作用及其密度檢測方法

2.1 減振器活塞桿表面微裂紋的作用

雖然減振器活塞桿表面的微裂紋很細，寬度只有幾十μ m，但是其作用卻不可忽視。首先塞桿表面存在適量的微裂紋，會增加其表面的強度，提高耐磨性，從而提高活塞桿的使用壽命。當鍍層微裂紋數(shù)多達400～600條/cm，硬度高達900～1200HV，故鎮(zhèn)層耐磨損性好，耐蝕性能高，分別比普通硬鉻層提高20%～30%甚至1倍[3]。其次，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在汽車減振器活塞桿領(lǐng)域內(nèi)，活塞桿表面微裂紋可起到儲存潤滑油的作用。當活塞桿在減振器內(nèi)上下運動時，儲存在表面微裂紋中的潤滑油不止能起到潤滑的作用，而且還能產(chǎn)生一定的阻尼力，起到減小行車過程中的減振器簧上質(zhì)量的震動頻率與振幅，從而提高乘坐人員的舒適性以及貨物的完備性。但是，如果表面微裂紋條數(shù)過多的話，則會降低活塞桿表面的受力強度，影響活塞桿的使用壽命。因此，各大活塞桿采購單位都會根據(jù)以往的經(jīng)驗以及其具體的應(yīng)用車型對活塞桿生產(chǎn)廠家做出一定的要求。本人通過在錦州萬友汽車零部件有限公司調(diào)研獲知部分采購方對減振器活塞桿表面微裂紋的要求，如表1。

表1 部分活塞桿采購方對活塞桿表面微裂紋條數(shù)的要求

2.2 減振器活塞桿表面微裂紋的檢測方法

由于各大活塞桿采購方對微裂紋密度有所要求，因此各大活塞桿供貨方會在發(fā)貨前對活塞桿進行抽檢，并且出具檢測報告。目前的檢測方法多集中于，先用腐蝕劑對抽檢出來剖完光的活塞桿進行外表皮腐蝕處理。處理結(jié)束后，將其放在激光顯微鏡下進行放大100倍，再用成像系統(tǒng)控制處在目鏡處的攝像頭進行拍照，而后進行人工數(shù)取微裂紋條數(shù)。

圖2 成像系統(tǒng)下的活塞桿微裂紋及其檢測界面

如圖2，為成像系統(tǒng)下活塞桿微裂紋檢測界面，將放大100倍的圖片導入系統(tǒng)后，再用固定的100μm紅線在圖中隨機量取3處。然后由人工進行查數(shù)穿過紅線的微裂紋的條數(shù)，將3條標記線所穿過微裂紋的條數(shù)的總數(shù)除3，即為N，即代表此樣桿微裂紋密度為N條/100μm，轉(zhuǎn)換后的密度值即為100*N條/μm。根據(jù)此結(jié)果，即可判定此樣桿合格否。

3 展望

由于目前活塞桿表面微裂紋的條數(shù)查數(shù)具有耗時耗力、人工成本高等弊端。隨著機器視覺領(lǐng)域的發(fā)展與成熟，如果此工位交給機器視覺系統(tǒng)去做，在出微裂紋密度的同時，還能即時打印出檢測報告。機器視覺檢測的優(yōu)點是：

（1）檢測速度快。

（2）檢測誤差小。

（3）可節(jié)省大量人力。

（4）可實時出具檢測報告。

目前此設(shè)備還在本人的構(gòu)思中，本人已將其作為碩士畢業(yè)論文研究內(nèi)容的一部分。爭取在未來一年半的時間內(nèi)通過本人的不懈努力，運用機器視覺軟件解決這一業(yè)界難題。從而為企業(yè)在活塞桿表面微裂紋密度檢測這一工位提供更為可靠的技術(shù)支持，從而提升企業(yè)率潤率。

4 結(jié)論

（1）適當密度的活塞桿表面微裂紋對活塞桿各方面性能都有一定的好處。

（2）目前的活塞桿表面微裂紋的密度檢查比較落后。

（3）通過對機器視覺的利用，可優(yōu)化對塞桿表面微裂紋密度的檢測方式。