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 PSA Q 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 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 加工过程中夹持过紧或过松 机床导轨的不精确 零件的应力释放不充分或不正确 由于零件自重而产生的下垂 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 刚度不够或平衡不好而产生震动 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 12 1 PSAPSA 集团表面几何状态标准的理解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 12 1 1 PSAPSA 表面几何状态标准表面几何状态标准 R WR W 分析中所运用的轮廓图形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 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 修正的粗糙度包络线 如下图 2 图 2 修正的粗糙度包络线 3 波度包络线 如下图 3 图 3 波度包络线 2 1 22 1 2 PSAPSA 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 Htp Htp 是两个 Tp 值之间的距离 2 1 32 1 3 PSAPSA 表面几何状态标准中粗糙度和波度参数的计算方法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 42 1 4 PSAPSA 表面几何形状标准中粗糙度和波度参数选择表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 表面的使用功能表面的使用功能参数参数 粗糙度轮廓粗糙度轮廓表面波纹度轮廓表面波纹度轮廓全轮廓全轮廓名称名称缩缩 写写 R RRmaxRmaxARARW WWmaxWmaxWtWtAWAWPtPt Tp Tp c c 两零件间相接触有相对移动两零件间相接触有相对移动 滑动摩擦滑动摩擦 FGFGX X 0 8R0 8RO OX X 干摩擦干摩擦 FSFSX XO OX XO O 滚动摩擦滚动摩擦 FRFRX X 0 3R0 3RX XO OO O 抗冲击抗冲击 RMRMO OO OO OO OX X 湿摩擦湿摩擦 FFFFX XO OO O 有密封垫有密封垫 X XO OO O 0 6R 0 6RX XO O 动态动态 密封密封无密封垫无密封垫 EDED O OX X 0 6R 0 6RX X 两零件间相接触固定装配两零件间相接触固定装配 有密封垫有密封垫 ESESO OX X R RO OO O 静态静态 密封密封无密封垫无密封垫 O OX X R RX X 有负载固定配合有负载固定配合 ACACO OX X 粘附 粘贴 粘附 粘贴 ADADX XO O 独立表面有负载独立表面有负载 刀具 切割面 刀具 切割面 OCOCO OO OX XX X 抗交变应力抗交变应力 EAEAO OX XO OO O 独立表面无负载独立表面无负载 抗腐蚀抗腐蚀 RCRCX XX X 涂层 油漆 涂层 油漆 REREO OO O 电镀电镀 DEDEX X 2R 2RX X 测量测量 MEMEX X R R 外形外形 ASASX XO OO OO O 说明 表中符号的含义为 说明 表中符号的含义为 X 主参数 规定至少 主参数 规定至少 1 个个 O 辅助参数 根据零件的功能而规定 辅助参数 根据零件的功能而规定 或 或 Tr C 当需要获得波纹度时 当需要获得波纹度时 在上表中 所给出的值 R 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 52 1 5 PSAPSA 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 1 支承长度率 支承长度率 T TP P C C 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 m 为单位 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 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 2 磨合 工作及润滑标准 磨合 工作及润滑标准 磨合标准 CR C TP2 C TP1 工作标准 CF C TP3 C T P2 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 3 微观支承长度 微观支承长度 T TP P C C 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 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 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 6 图 8 矫平上包路线 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 Tr3 C Tr2 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 22 2 对综合参数对综合参数 RpkRpk RkRk RvkRvk Mr1Mr1 Mr2Mr2 参数的含义的理解参数的含义的理解 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 DIN 4776 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 12 2 1 RpkRpk RkRk RvkRvk Mr1Mr1 Mr2Mr2 的含义的含义 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 Rpk 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 例如 缸孔表面或曲 轴表面轮廓顶部的这一部分 当发动机开始运行时 将很快被磨损掉 其减低的高度将影响零件进入正常工作状 态的磨合时间和实际材料磨损量 Rk 粗糙度核心轮廓深度 中心峰谷高度 在分离出轮廓峰和轮廓谷之后剩余的核心粗糙度轮廓的深度 Rk 即在 Rk 上边界线以上为波峰区 在 Rk 上 边界线以下为波谷区 可见 Rk 的上边界是 tp Mr1 处的水平截线 下边界是 tp Mr2 处的水平截线 通俗地讲 就是 Mr1 和 Mr2 两个点在纵坐标上的投影之差 RK 表征了粗糙度轮廓核心部分的特点 是 tp c 曲线上 tp 增长最快 截距下降最慢 的区域 是零件长期工作的表面 它影响零件的性能和寿命 Rvk 简约谷深 谷低的降低 从核心粗糙度轮廓延伸到材料内的轮廓谷的平均深度 即 Mr2 纵坐标之下的轮廓谷的平均深度 这些深入 零件表面的深沟槽在零件相对运动时 有利于形成附着性能很好的油膜 在减少摩擦损失的同时 能大幅度降低 油耗 Mr1 轮廓支承长度率 金属材料率 7 是以百分数表示的轮廓支承长度率 是由一条将轮廓峰分离出粗糙度核心轮廓的截线而确定的 该截止线是 粗糙度中心轮廓到没有实体材料的那一边的分界线 它表示零件表面轮廓核心粗糙度的上边界的轮廓支承长度率 即 Mr1 值是零件表面进入长期工作状态的轮廓支承长度率 可见 Mr1 是波峰区域和中心区域在横轴上的分界线 其左是波峰区 其右是中心区域 其数值大小直接反应了零件的加工水平和使用寿命性能 Mr2 轮廓支承长度率 金属材料率 是以百分数表示的轮廓支承长度率 是由一条将轮廓谷分离出粗糙度核心轮廓的截线而确定的 该截止线是 粗糙度中心轮廓到实体材料的那一边的分界线 它表示零件表面轮廓核心粗糙度的下边界的轮廓支承长度率 即 Mr2 值是零件表面脱离长期工作状态的轮廓支承长度率 可见 Mr2 是中心区域和波谷区域在横轴上的分界线 其左是中心区域 其右是波谷区 其数值大小不但决定了正常磨损量 还决定了工作表面的储油 润滑能力 2 2 2 综合参数综合参数 Rpk Rk Rvk Mr1 Mr2 确定原则确定原则 综合参数确定的前提条件是必须遵循下列两个假设 已滤波的轮廓没有失真 tp c 曲线已经确定 综合参数确定方法 在坐标系中用支承长度率为 40 的切割线 轮廓支承长度率 Mr 用百分比表示 沿着 tp c 曲线移动 直至找到最小斜率为止 然后把切割线两端延长 与纵坐标轴相交 这条切割线把 tp c 曲线分 为 3 个区域 即波峰区 中心区 波谷区 在波峰区可以确定 Rpk 在中心区可以确定 Rk Mr1 Mr2 在波谷区可 以确定 Rvk 2 2 32 2 3 综合参数综合参数 RpkRpk RkRk RvkRvk Mr1Mr1 Mr2Mr2 在实际生产中的应用在实际生产中的应用 基于轮廓支承长度率曲线 tp c 曲线的综合参数很多 在生产实际中 仅仅选用了与使用性能密切相关的参数 Rpk Rk Rvk Mr1 Mr2 并且 Rpk Rk Rvk 的相关性并不相同 可以分别利用它们或单独评定波峰区 中心区 波谷区 如我们在评定返销 TU5jp4 系列曲轴轴径时仅用 Rpk Rk 在评定自制 TU 系列曲轴轴径用 Rpk Rk Rvk Mr1 Mr2 在评定珩磨缸孔内表面时用 Rpk Rk Rvk 对 Rk Rpk 和 Rvk 三个参数来说 用户可以利用它们分别或者单独评定中心区域 波峰区域和波谷区域 因为 这些参数的数值虽然都与表面的功能特性相关 但是它们之间的相关性并不相同 3 表面几何状态参数在机加零件上的标注及含义 3 13 1 气缸孔的支承长度率的含义及测量气缸孔的支承长度率的含义及测量 如图 10 气缸孔经过珩磨后 对其珩磨表面除了粗糙度和波纹度的要求外 还有三个磨削标准要控制 它们是 图 10 气缸孔珩磨表面粗糙度测量工艺图 磨合标准 1 C2 C20 3 m 运行标准 1 5 C20 C80 3 m 8 润滑标准 1 5 C80 C98 2 5 m 它们的含义为 磨合标准 缸孔表面轮廓顶部的部分 当发动机开始运行时 将很快要被磨损掉 其减低的高度将影响缸孔进入 正常工作状态的磨合时间及实际材料磨损量 因此其产品规定了该轮廓顶部的深度必须在 1 m 到 3 m 之间 若该深 度小于 1 m 时将影响缸孔进入正常工作状态的磨合时间 若该深度大于 3 m 时 将加大缸孔实际材料磨损量 运行标准 缸孔表面轮廓核心部分深度 是缸孔长期工作的表面 它影响汽缸的运转性能和使用寿命 产品规定 了该轮廓核心部位的最佳深度在 1 5 m 到 3 m 之间最合适 当深度小于 1 5 m 时 将缩短缸孔的使用寿命 当深 度大于 3 m 时 将影响缸孔的运转性能 润滑标准 缸孔表面轮廓延伸到材料内的轮廓部分 这些深入零件表面的深沟槽在活塞环相对缸孔运动时 有利 于形成附着性能很好的油膜 在减少摩擦损失的同时 大幅度降低油耗 产品规定了该轮廓部分的最佳深度必须在 1 5 m 到 2 5 m 之间 若该深度小于 1 5 m 时将影响油膜的深度 摩擦损失增大 若该深度大于 2 5 m 时 将影响 活塞在缸孔的运行速度 评价缸孔表面质量的这三个标准是基于缸孔表面未滤波的轮廓来进行计算评价的 其计算方法为根据产品给定的 2 个支承长度率来计算这 2 个支承长度率所在的深度差 其中C2 主要是为了去掉那些不影响产品性能的孤立的波峰 C98 主要是为了去掉那些不影响产品性能的孤立的波谷 保证测量结果的重复性 C20 C80 根据缸孔表面平台珩 磨工艺的特点及缸孔材料并进行长期的台架试验总结出的最能反映产品质量状态的两个参数 3 23 2 曲轴各个轴颈表面状态参数的含义及测量曲轴各个轴颈表面状态参数的含义及测量 如图 11 曲轴各个轴颈表面在抛光以后采用综合参数 Rpk Rk Rvk Mr1 Mr2 来表征曲轴轴颈表面磨削质量 Rpk 简约峰高 峰顶的降低 即曲轴表面轮廓顶部的平均高度 当发动机开始运行时 将很快被磨损掉 其减低的高度将影响曲轴进入正常工作状态的磨合时间和实际材料磨损量 Rk 粗糙度核心轮廓深度 中心峰谷高度 是曲轴长期工作的表面 它影响曲轴的运转性能和使用寿命 Rvk 简约谷深 谷低的降低 这些深入曲轴表面的深沟槽在曲轴与轴瓦相对运动时 有利于形成附着性能 很好的油膜 在减少轴与瓦的摩擦损失的同时 能大幅度降低油耗 Mr1 轮廓支承长度率 金属材料率 是曲轴进入长期工作状态时的轮廓支承长度率 其数值大小直接反应 了零件的加工水平和使用寿命性能 Mr2 轮廓支承长度率 金属材料率 是曲轴脱离长期工作状态时的轮廓支承长度率 其数值决定了工作表 面的贮油 润滑能力 即曲轴各个轴颈正常的磨损量 评价曲轴表面质量的这五个参数是基于曲轴表面已滤波的轮廓来进行计算评价的 滤波的目的是允许曲轴轴颈有 轻微的波动或不损害曲轴运转功能的小凸起 因为考虑了已滤波 因此产品在定义这些参数时给出的值较低 TU 系 列曲轴表面综合参数值见下表 表 2 TU 系列曲轴表面综合参数值 单位 m 参数名称RpkRkRvkMr1Mr2 名义值 0 2 0 50 12 0 980 基于轮廓支承长度率曲线 tp c 曲线的综合参数很多 在生产实际中 仅仅选用了与使用性能密切相关的参数 Rpk Rk Rvk Mr1 Mr2 并且 Rpk Rk Rvk 的相关性并不相同 可以分别利用它们或单独评定波峰区 中心区 波谷区 如我们在评定返销 TU5jp4 曲轴轴径时仅用 Rpk Rk 在评定自制 TU5jpk 曲轴轴径用 Rpk Rk Rvk Mr1 Mr2 9 图 11 曲轴各个轴颈表面粗糙度测量工艺图 3 33 3 缸体顶平面粗糙度要求测量分析缸体顶平面粗糙度要求测量分析 缸体顶平面粗糙度要求为 如图 12 ES 代表被测表面为有密封垫的静态密封状态 处于静态密封状态 的零件表面 必须控制零件表面结构参数 R Rmax W R Wt Aw 对于 TU5 系列缸体的顶平面采用的加工工 艺为平台珩磨顶平面 平台珩磨顶平面工艺可完全保证参数 Rmax Wt Aw 在满足要求的范围内 故仅控制粗糙度 R 在 2 5 5 之间 波纹度 W 小于 4 即可满足产品要求 若要采用其它的加工工艺加工缸体顶平面 除了要检测 R W 外还必须检测参数 Rmax Wt Aw 看是否在满足 产品要求的范围内 只有 5 个参数都合格 才能证明该表面质量符合产品要求 在 2004 年 6 月 我厂在上国产化缸体毛胚时 珩磨后的缸体顶平面粗糙度总是达不到要求 R 2 5 在调整机床 分析原因时 检测了前道工序 精铣顶平面后的缸体顶平面粗糙度 发现精铣后的缸体顶平面粗糙度 R 都在 4 左右 波纹度 W 也在 4 以下 于是就有人向工艺人员提出 既然精铣后的缸体顶平面粗糙度能够满足产品技术要求 可以 取消缸体顶平面珩磨工艺 降低生产成本 提高生产效率 工艺人员找到我们 我们测量了 3 件精铣顶平面的零件和 1 件珩磨顶平面的缸体 精铣顶平面的零件的 R W 都合格 但其隐含参数 Rmax Wt Aw 测量结果都大于产品对 缸体顶平面的质量要求 测量数椐如下表 3 表 3 精铣顶平面和珩磨顶平面表面参数测量结果对比 单位 m 通过测量数据的对比说服了他们珩磨顶平面加工工艺是不能取消的 通过测量数据的对比说服了他们珩磨顶平面加工工艺是不能取消的 随着加工技术的发展 如果说采用新工艺 新材料 新刀具后零件加工质量能够达到产品技术要求 还是要大胆 采用新技术 以降低生产成本 提高企业竞争力 参数合格标准精铣顶平面珩磨顶平面 R 2 5 4 47121 8760 W 4 2 07890 7193 Rx 10 15 23315 3182 Wt 8 8 31202 6195 Aw 600 800 1153 6787 9576 10 图 12 缸体顶平面粗糙度测量工艺图 3 43 4 排气管缸盖结合面粗糙度测量分析排气管缸盖结合面粗糙度测量分析 如图 13 排气管缸盖结合面粗糙度 ES 表示该表面与缸盖排气面为固定装配的静态密封 由于该表面 加工为大进给量铣削成型 又是密封面 因此在控制粗糙度和波纹度的同时 还需要控制 Rx Aw 值 既 Rx 32 Aw 2500 该零件才满足产品质量要求 该表面质量看似要求很低 实际上如果不严格执行换刀频次很容 易超差 我们在日常的生产过程中经常发现其波纹度超差 但其粗糙度往往很低 以前一段时间的一次测量结果为例 见表 4 表 4 排气管缸盖结合面粗糙度 波纹度测量结果 单位 m 测量参数合格标准测量结果 R 16 4 3265 W 16 25 8736 Rx 32 12 1522 Aw 2500 2635 4 象这种情况下 你必须及时换刀具 调整进给量及切削速度 排气管缸盖结合面表面质量还会出现另一种质量现象 就是局部很粗糙 另一局部很光滑 产生这种现象的原因 为刀具在加工零件过程中产生了剧烈振动 要检查刀具主轴部分 排气管缸盖结合面表面质量是非常关键的测量目 一旦超差就容易造成结合面漏气现象 图 13 排气管缸盖结合面粗糙度测量工艺图 3 53 5 飞轮磨擦面粗糙度测量分析飞轮磨擦面粗糙度测量分析 如图 14 飞轮磨擦面表面质量要求为 FS 表示零件表面的配合方式为干摩擦 干摩擦的配合方式对零件 表面波纹度要求较高 因为它直接影响了零件的使用寿命 所以它除了控制粗糙度和波纹度外 还有隐含质量标准粗 糙度间距 Ar 和波纹度间距 Aw 要求 由于该摩擦面为车削成型 实际上要达到 3 m 这个波纹度要求是比较困难的 在日常过程控制中经常发现该测量项目超差 一般这个波纹度仅能达到 3 5 m 左右 11 图 14 飞轮磨擦面表面粗糙度测量工艺图 3 6 连杆小头孔表面粗糙度测量分析 如图 15 连杆小头孔表面粗糙度要求为 AC 表示零件表面的配合方式为有负载的固定配合 除了粗糙 度要小于 4 m 外 还有隐含的轮廓支承长度率要求 即小头孔磨削后的内孔表面的支承长度率要满足 TP 4 40 要 求 由于小头孔的加工工艺为珩磨工艺 TP 4 40 的支承长度率要求是很容易达到的 所以没有把它作为主参数来 控制 如采用其它的加工工艺就很难保证了 图 15 连杆小头孔粗糙度测量工艺图 3 73 7 缸盖缸盖 100100 面粗糙度测量分析面粗糙度测量分析 如图 16 缸盖 100 面表面粗糙度的要求为 其在 PSA 标准 A32 6110 标准中的解释为被测表面粗糙度 R 3 2 波纹度 W 4 ES 表示静态密封的表面 其隐含的表面要求为被测表面还应该有粗糙度的最大高度 Rmax 波纹度的最大高度 Wt 波纹度的平均间距 AW 要求 尤其是粗糙度的最大高度值必须控制 既 Rmax 2R3 2 也就 是说即使被测零件表面粗糙度 R 1 7 W 3 但 Rx 8 3 该零件仍然是不合格的 应该报废 否则该表面在发动机工 作就会产生泄漏 图 16 缸盖缸盖 100100 面面粗糙度测量工艺图 其测量方法为 先目视 100 面 找出粗糙度较大的三个地方进行测量 R W Rx Wt AW 几个参数 出示三点测 量报告 若超差 应及时进行换刀处理或调整设备 对不合格零件进行返修或报废处理 3 83 8 前轮毂轴承端面外圆表面粗糙度 轮廓支承长度率测量分析前轮毂轴承端面外圆表面粗糙度 轮廓支承长度率测量分析 如图 17 所示 前轮毂轴承端面外圆表面粗糙度 轮廓支承长度率要求为 TP 4 40 AC 表示零件表 面的配合方式为有负载的固定配合 前轮毂在磨削轴承外圆及端面以后 对其磨削后的零件表面除了有粗糙度 R5 的 要求外 还有一个支承长度率的要求 TP 4 40 它的含义为在截止线深度为 4 m 这么一个高度时 该截止线以上 具有实体材料的轮廓长度所占评定长度 L 的百分比必须大于等于 40 截止线与基准线平行 其深度是从轮廓的 最高峰往谷走向 该零件才是一个合格零件 由于前轮毂轴承端面外圆是有磨削加工成型 其表面的粗糙度 轮廓支承长度率很容易保证的 只要控制好砂轮 的更换频次 磨床滚轮的更换频次 该表面的粗糙度 轮廓支承长度率是容易达到的 前一段时间就是因为没有及时 更换磨床滚轮 造成该表面轮廓支承长度率超差 另外只要该表面粗糙度超差其轮廓支承长度率必然超差 因此一般 通过观察其粗糙度的值就可以判断其轮廓支承长度率超差的可能性 一般当粗糙度 R 3 5 m 其轮廓支承长度率很 容易超差了 12 图 17 前轮毂轴承端面外圆粗糙度测量工艺图 3 93 9 制动毂制动面表面质量测量分析制动毂制动面表面质量测量分析 如图 18 制动毂制动面表面质量要求为 限幅削峰 在制动面1 4长度上允许R12 5 FG 表示零件表面 的配合方式为滑动摩擦 滑动摩擦配合的表面其表面质量状况必须满足下列技术参数的要求 R Ar Rmax W Wmax Wt Aw Tp c 限幅的含义是限制零件表面轮廓波纹度的幅度 W 0 8R 削峰的含义 是限制零件表面轮廓粗糙度单个峰谷的最大值 Rmax 波纹度单个峰谷的最大值 Wmax 及表面轮廓中一些突起 阶 跃值 Wt 在制动面 1 4 长度上允许 R12 5 的含义为在制动面上允许存在局部的较粗糙的部位 缺陷部位表面粗糙度 允许大于 8 m 但必须小于 12 5 m 而且缺陷表面的长度不能超过制动面长度的 1 4 即缺陷表面不能连续过长 图 18 制动毂制动面粗糙度测量工艺图 由于制动毂制动面是磨削加工成型 磨削加工工艺就是对加工表面进行限幅削峰 因此在生产过程质量控制中仅 控制粗糙度 R 即可 如果要取消磨削加工工艺改为车削加工 这必须控制下列技术参数的要求即 R Ar Rmax W Wmax Wt Aw Tp c 必须满足产品的技术要求 我们曾经做过制动毂磨削制动面零件与车削制动面零件表面测量对比试验 试验结果如下表 5 表 5 制动毂磨削制动面零件与车削制动面零件表面测量对比结果 单位 m 测量参数合格标准磨削制动面零件车削制动面零件 R 8 2 65045 9460 Rx 16 10 364917 9812 W 4 8 1 84434 7248 Wt 9 6 3 647311 4087 Wx 9 6 3 35618 4244 13 Ar 100 200 181209 Aw 2500 16901250 Tp 4 40 78 6 从表 5 我们可以看出 车削制动面 不能达到将零件表面限幅削峰的目的 零件表面不能满足产品质量要求 结论 利用现有的车削工艺不能满足制动毂制动面的产品质量要求 结论 利用现有的车削工艺不能满足制动毂制动面的产品质量要求 如果我们为了混流生产的需要或者为了降低成本的需要非要取消磨削工艺采用车削工艺 如何达到制动毂制动面 的产品质量要求呢 办法还