表面粗糙度标注

1机加工零件表面几何状态参数测量实践叶宗茂神龙汽车有限公司摘要本文简述了表面形状、波纹度、粗糙度三个要素的特点、形成机理、对产品性能的影响；详细介绍了PSA表面几何状态标准中粗糙度、波纹度、支承率等各个参数的含义及各个参数分析与计算方法，及最新表征磨削表面质量的综合参数Rpk、Rk、Rvk、Mr1、Mr2的含义、应用及确定原则；如何根据不同配合表面的功能需要正确选择评定表面质量的微观参数；通过汽车零部件中一些典型零件表面的粗糙度、波纹度及支承率等参数的标注的具体实例，解释了粗糙度等各种参数在产品中所表示的意义，及在产品开发、工艺改造、现生产质量控制中如何理解这些标注。关键词表面状态轮廓粗糙度波纹度支承率综合参数测量分析前言随着加工工艺和检测技术的发展，人们对机加工零件表面状况的认识越来越清晰，原有的描述机加零件表面质量的国际标准已不能满足汽车生产厂家的需要，世界上各大汽车制造企业与计量设备制造商联合纷纷制订了高于国际标准的表面质量状态标准。神龙公司是中法合资的大型汽车公司，在引进法国先进制造技术的同时等同采用法国PSA集团的企业标准，这标志着神龙公司产品质量及质量控制水平达到了世界同步水平。随着公司二期工程的全面启动，新产品不断推出，公司在保证产品质量的同时，不断地采用新技术、新工艺、新材料来降低制造成本，尽量采用柔性化生产、共线生产，尽量简化生产工艺，所有这些新技术的使用都要以满足产品定义为前提，因此我们必须深入研究PSA集团的各类标准，搞清楚标准对产品质量的要求，这样才能保证在执行新工艺时不会降低产品质量。下面以对PSAQ类标准A326100通用标准A—表面几何状态总则，A326105通用标准A—表面几何状态轮廓参数的计算，A326110通用标准A—表面几何状态在文件上的标注的理解为例，结合发动机、车桥零件的加工工艺及质量控制状态对机加零件的表面状态评价参数进行描述、分析和讨论，希望对公司正在从事发动机、车桥、变速箱零部件研究、设计、开发、工艺编制、质量控制等方面的技术人员有所帮助。1表面形状、波纹度、粗糙度三个要素的特点、形成机理、对产品性能的影响表征机加工零件表面质量状况的三个要素是：表面形状、波纹度、粗糙度。三个要素对于零件的功能是不可分割的。因此只测量其中一个要素而忽略其它要素会导致误导的或不正确的分析。1.1表面形状表面形状就是与理想名义外形的偏离，这里忽略掉由波纹度、粗糙度引起的变化。形状误差产生的原因：所有物体都有可测量的与理想外形的偏差，这些误差可由各种各样的因素造成。如①加工过程中夹持过紧或过松②机床导轨的不精确③零件的应力释放不充分或不正确④由于零件自重而产生的下垂⑤加工中产生的热效应与理想外形的偏离将影响零件的性能和使用寿命。1.2波纹度是典型的由机床产生的误差，几乎总是存在于加工表面上；波纹度通常表现为周期性的，与粗造度相区别，其水平波长较长。在考虑波纹度是由有缺陷的机床而产生的特性时，可注意以下因素而将波纹度减少至最小：①刚度不够或平衡不好而产生震动。②非对称力产生的刀具路径的偏移波纹度对于要与其他表面接触时表面的功能设计是非常关键的。1.3粗造度是由切削刀具或加工过程中的作用而产生的，通常是表面上留下的加工痕迹。零件的功能——导向、密封、旋转等——决定了多大的粗造度对于正确的性能是必需的。对于装饰性的表面或需二次处理如油漆和电镀的表面，选择粗造度指标同样十分重要。2切削刀具的几何形状连同机床的设置如进给率、切削深度和速度都会影响粗糙度：幅度——峰谷之间的垂直距离间距——峰谷之间的水平距离陡度——各峰谷的尖锐程度粗造度在零件设计中是一项需深思熟滤的，同时又是可以控制的要素，粗造度总是叠加在波纹度上。根据定义，形状误差可借助于通用的几何量仪和专用量仪进行测量，且执行的评价标准都与国际标准一致，在实际工作中一般不会把形状误差和另外两类轮廓偏差混淆起来。对于波纹度和粗糙度的轮廓偏差，由于各国对这两类轮廓偏差相互间的界限，及波纹度与形状误差间的界限存在差异，因此执行的评价标准也不一致，各国或各行业都制订了自己的评价标准，在这些表面轮廓标准中有的等同采用了国际标准，有的部分采用了国际标准，有的和国际标准差异很大，如我国的表面粗糙度标准就是等同采用的国际标准，德国是部分采用国际标准，法国采用的表面粗糙度标准与国际标准完全不同，PSA集团的表面粗糙度标准又是在法国标准的基础上制订的企业标准，神龙汽车公司等同采用的是PSA集团的表面粗糙度标准。以下主要讲述PSA集团表面几何形状标准中对粗糙度和波度参数的定义、滤波、分析和计算方法、参数的选择方法及在汽车典型零部件表面上的标注的含义。2对机加零件表面几何状态参数标准的理解2.1PSA集团表面几何状态标准的理解PSA集团表面几何形状标准中对粗糙度和波度参数的滤波和分析方法与国际标准中关于粗糙度和波度的描述是不同的，不能直接与用其它方法作分析的参数相比较。PSA集团关于零件表面几何形状描述的标准的有三个，都归属于通用标准A类即：1.标致雪铁龙PSA标准A326105通用标准A—表面几何状态轮廓参数的计算2.标致雪铁龙PSA标准A326100通用标准A—表面几何状态总则3.标致雪铁龙PSA标准A326110通用标准A—表面几何状态在文件上的标注2.1.1PSA表面几何状态标准R&W分析中所运用的轮廓图形在PSA表面几何状态标准R&W分析中,可以运用以下三种轮廓:①在工件上移动触针所获得的数据,经过斜度校正(也就是被测零件相对仪器基准的倾斜已根据最小二乘直线得以修正)，但是未经滤波的轮廓，如下图1。图1未经滤波的轮廓②修正的粗糙度包络线，如下图2。图2修正的粗糙度包络线3③波度包络线，如下图3。图3波度包络线2.1.2PSA表面几何状态标准中所定义的粗糙度和波度等参数的含义根据以上三种轮廓线可分析出以下粗糙度和波度标准参数，如图4，图4粗糙度和波度图解Pt这是初始粗糙度包络线（也就是修正前的包络线）中最高峰到最低谷之间的差值。R这是从修正后的粗糙度包络线中计算到的粗糙度平均高度。Ar粗糙度节距的平均间距。Rx初始粗糙度包络线（也就是修正前的包络线）中最高峰到相邻最低谷之间的差值。Wt修正后的粗糙度包络线中最大峰值到最低谷值之间的差值。实际上在计算得到。W波度的平均高度。Aw波度节距的平均间距。大于波度截止长度的波度节距在计算Aw值时不予考虑。Wx波度包络线中最大的阶跃值。Tp%支承长度率是支承表面的一种长度度量（表达为评定长度的百分比），所谓的支承表面是轮廓峰被一条平行于轮廓中线的直线截取后，各截线长度之和。确定支承表面的线可以设在低于最高峰以下的选定深度处，或在轮廓中线上面或下面的选定距离上。当该线设在轮廓最低谷处时Tp%为100%，因为所有的轮廓都在支承线以上，根据低于最高轮廓波峰的深度（或离开中线的距离）绘出从0%到100%极限值之间的Tp%值的图，便得到支承长度率曲线（或称Abbott火石曲线）。HtpHtp是两个Tp%值之间的距离。2.1.3PSA表面几何状态标准中粗糙度和波度参数的计算方法以上粗糙度和波度标准参数计算方法简述：从斜度修正后的被测轮廓上采集的数据点经过滤波，便形成粗糙度包络。在该过程中，每个包括在数据内的波峰都要经过四项测试，凡通过这些测试的波峰都从包络中删除，剩下的即为粗糙度包络，由此包络可计算出Pt、Ar、Rx和R的暂态值。各波峰在幅度修正（即孤立峰的衰减）中再次进行计算，此工作完成后便得到修正后的粗糙度包络，由此计算R的最终值。在修正后的粗糙度包络中，只取峰值再进行一次滤波，便形成波度包络，由此可计算出W、Wx、Wt和Aw值。2.1.4PSA表面几何形状标准中粗糙度和波度参数选择表根据不同的配合表面的功能需要，PSA表面几何形状标准给出了不同的粗糙度和波度参数要求，其选择表如下表1：表1粗糙度和波度参数参数选择表4表面的使用功能参数名称缩写粗糙度轮廓表面波纹度轮廓全轮廓RRmaxARWWmaxWtAWPt*Tp（c）两零件间相接触有相对移动滑动摩擦FGX≤0.8ROX干摩擦FSXOXO滚动摩擦FRX≤0.3RXOO抗冲击RMOOOOX湿摩擦FFXOO动态密封有密封垫EDXOO≤0.6RXO无密封垫OX≤0.6RX两零件间相接触固定装配静态密封有密封垫ESOX≤ROO无密封垫OX≤RX有负载固定配合ACOX粘附（粘贴）ADXO独立表面有负载刀具（切割面）OCOOXX抗交变应力EAOXOO独立表面无负载抗腐蚀RCXX涂层（油漆）REOO电镀DEX≤2RX测量MEX≤R外形ASXOOO说明：表中符号的含义为：X；主参数：规定至少1个O：辅助参数：根据零件的功能而规定。*：或Tr（C），当需要获得波纹度时。在上表中，所给出的值（≤ΑR）在没有技术要求时不允许超出的，它们是按图样上规定的R值来表示的（而不是按R的测量值来表示的）。2.1.5PSA表面几何状态标准中有关支承长度率参数的几个详细描述及计算方法支承长度率（TP）是反映零件表面微观的一种混合参数，它综合反映了零件表面微观不平度几何形状的特性，它对零件的承载能力，润滑与磨损有很重要的影响，尤其在磨合期间影响最大。随着制造工艺的进步和检测技术的发展，人们对零件表面微观形状了解的深入，单一反映表面不平度的幅度参数—粗糙度已不能全面评价表面微观形状了，而综合反映零件微观不平度的支承长度率显得越来越重要。尤其在汽车行业，越来越多的机加零件表面状况需要用支承长度率来表征了。（1）支承长度率TP（C）①支承长度：由轮廓与一条直截线相交所确定的各段长度的总和，该直线平行于轮廓的总体走向且位于深度C处。（截取深度“C”以μm为单位）②支承长度率TP（C）：给定一个水平截距“C”（即假设在磨损了“C”这么一个高度后），TP（C）就是用百分率表示的支承长度与评定长度之比：5式中n=单个支承长度Lci的数目，C=截距。③支承长度率曲线：在垂直于轮廓的总走向方向测量，从轮廓的最高顶点开始，支承长度率曲线是TP（C）=f（C）的图解表示，如图5所示：主要用于评价车桥机加件（如前轮毂、横梁座等静态承重载荷的零件）磨削表面的微观质量。图5支承长度率图解（2）磨合、工作及润滑标准磨合标准：CR=C（TP2%）-C（TP1%）工作标准：CF=C（TP3ˊ%）-C（T’P2ˊ%）润滑标准：CL=C（TP4%）-C（T’P3%）三个标准的图解如图6所示：主要用于评价气缸孔珩磨表面微观质量。图6磨合、工作及润滑标准图解（3）微观支承长度TP（C）①支承长度：用一个C截距的截线与轮廓相切确定的部分长度的总和。②轮廓的截线：轮廓的经修正过的上包路线的一条等距线，截距是C，如图7所示：图7修正过的上包路线③矫平上包路线：如果将上包线扯直矫平，图7将改变为如图8所示。图8矫平上包路线6④与矫平的轮廓支承长度率曲线有关的微观标准为：微观磨合标准：CRR=C（Tr2%）-C（Tr1%）微观工作标准：CRR=C（Tr3ˊ%）-C（Tr2ˊ%）微观润滑标准：CR=C（Tr4%）-C（Tr3%）Tr（C）等值于经过扯直矫平的轮廓的Tp（C）值。主要用于评价曲轴轴颈表面抛光的微观质量。Tr（C）用在当一个零件可能具有轻微的波动或不损害功能的小凸起（如轴瓦吻合曲轴轴颈的凸起）时。2.2对综合参数Rpk、Rk、Rvk、Mr1、Mr2参数的含义的理解随着制造工艺的发展，检测技术的进步，为了更加科学的描述零件表面结构特征，欧洲的汽车工业开始采用综合参数Rpk、Rk、Rvk、Mr1、Mr2来表征磨削零件表面微观结构状态。这是PSA集团引用的德国DIN4776标准专门用于评定磨削零件表面微观结构状态的几个参数。2.2.1Rpk、Rk、Rvk、Mr1、Mr2的含义综合参数Rk,Rpk,Rvk,Mrl,Mr2,如下图9所示：图9综合参数Rpk、Rk、Rvk、Mr1、Mr2图解图中：切削划线的位置，单位为微米；用百分比表示的轮廓支承长度率（Mr）。①Rpk——简约峰高（峰顶的降低）粗糙度核心轮廓上方的轮廓峰的平均高度。即Mr1纵坐标之上的轮廓峰的平均高度