气缸套内表面平台珩磨网纹检测

徐冬明 郎岩梅 李佰庚 曹 朋 许 欣

(哈尔滨量具刃具集团有限责任公司，哈尔滨 150040)



气缸套内表面平台珩磨网纹检测

徐冬明 郎岩梅 李佰庚 曹 朋 许 欣

(哈尔滨量具刃具集团有限责任公司，哈尔滨 150040)

详细介绍了气缸套平台珩磨网纹检测方法，分析并说明粗糙度轮廓和支承率曲线所用滤波器的原理，对容易混淆的粗糙度参数给出详细的解释。在鉴定平台网纹质量方面，对相关人员有重要的实际价值。

气缸套平台珩磨网纹；轮廓支承长度率；表面粗糙度仪器；高斯滤波器

0 引言

气缸套是发动机的心脏部件，它的加工质量直接影响到发动机的装配性能和使用性能。平台珩磨网纹结构以其优异性能在发动机气缸套内表面加工中得到了普遍的应用，尤其是缸套内表面形成的平台网纹沟槽增强了储油能力，保证了缸套表面形成油膜，改善油膜的分布，保证了发动机工作中油膜的稳定。平台珩磨后的缸套可以减少发动机初期磨合的时间，减少缸套磨损，延长发动机的使用寿命。

正确的检测平台珩磨网纹，对其轮廓曲线和参数进行正确评价和描述，是保证产品质量的关键。本文将从气缸内表面珩磨网纹测量原理、粗糙度相关参数的含义及作用等方面详细阐述平台网纹的检测方法。

1 珩磨网纹粗糙度检测

1.1 检测设备

一般使用台式触针式表面粗糙度测量仪。沿着缸套的轴向滑行，测量表面粗糙度轮廓。

1.2 粗糙度轮廓滤波器的选择

粗糙度轮廓的中线是评定轮廓及参数的基准。中线的提取是靠滤波器完成。标准2RC滤波器本身有非线性相移特性，使得用2RC滤波法建立的中线表面粗糙度轮廓严重失真，故在平台网纹粗糙度的检测中应选用ISO 11562相位校正滤波器。该滤波器是以高斯函数作为转换函数的滤波器，作为一种零相位漂移滤波方法，彻底校正了标准2RC滤波器相位失真的缺陷。ISO 11562滤波器的加权函数如下：

式中：x为相对加权函数中心的位置；lco为轮廓滤波器的截止波长(co是cut-off的缩写)；

图1是原始轮廓，图2和图3分别演示应用2RC和ISO 11562滤波器的滤波效果。

图1 原始轮廓

图2 标准2RC滤波器滤波的轮廓

图3 ISO 11562滤波器滤波的轮廓

我们看到，标准2RC滤波器滤波后的轮廓变得高矮交错，平台部分变得不平整，直接影响之后的参数评定，给计算带来很大的误差。经ISO 11562滤波器滤波的轮廓，平台部分依旧保持平整，计算的中线非常接近轮廓上部的平台部分，且深槽并没有对中线造成很大的误差，给后期的误差评定提供了有利的数据保障。

1.3 常用粗糙度参数的计算方法和定义

1.3.1 轮廓的算术平均偏差Ra

定义：在一个取样长度内纵坐标Z(x)绝对值的算术平均值。

从定义上可知，Ra值仅表示表面轮廓的平均粗糙度情况，不能代表表面轮廓的特性。Ra值相同的表面，其表面的轮廓形状可能不同，因此Ra值的大小不能代表汽缸体内表面的轮廓几何形状，也不能代表平台珩磨网纹的轮廓参数，单独使用Ra值表征平台网纹有一定的局限性。

1.3.2 轮廓最大高度Rz(国标3505-2009)

定义：在一个取样长度内，最大轮廓峰高Rv和最大轮廓谷深Rp之和。

Rz=Rv+Rp

1.3.3 平均峰谷高度Rz(DIN4768)

定义：在每一个取样长度内计算轮廓最大峰高和最大轮廓谷深之和，记为Rzi，计算评定长度上连续5个取样长度的Rzi算术平均值。公式如下：

1.3.4 十点平均高度Rz(国际标准ISO/JIS 4287/1—1984)

定义：在评定长度上，5个最高轮廓峰高度和5个最深轮廓谷深度绝对高度的平均值之和。公式如下：

注意：Rz(DIN)在取样长度内计算；Rz(ISO/JIS)在评定长度内计算。

2 基于轮廓支承长度率曲线的综合参数

2.1 计算轮廓支承长度率原始轮廓滤波器的选择

原始轮廓所用滤波器应选用ISO 13565规定的滤波器。由于平台网纹轮廓具有分布均匀的沟槽，应用以上提到的ISO 11562滤波器所得的基准线会受到深谷的不良影响，沟槽附近的中线会向下偏移，用这样的中线调平时，轮廓会有微小的变形，影响计算精度。故我们应选择ISO 13565 规定的滤波器来计算支承长度率曲线原始轮廓。

2.2 ISO 13565滤波器的滤波原理

步骤1)对原始轮廓应用滤波器ISO 11562，得到轮廓的中线，见图4(a)；

图4 ISO 13565滤波器的滤波过程

步骤2)将轮廓上所有低于中线以下的谷都用此中线代替，见图4(b)；

步骤3)对已经消除深谷影响的轮廓再一次应用相同的滤波器，从而得到第二条中线，见图4(c)；

步骤4)将这条中线移至最初的原始轮廓，见图4(d)；

步骤5)用原始轮廓与该基准线的差获得标准的粗糙度轮廓，见图4(e)。

此轮廓可作为支承率曲线计算的基础轮廓。

2.3 支承长度率的计算方法

轮廓支承长度(ML)定义：在评定长度内，一平行于中线的水平线与轮廓所截得各线段长度之和。

ML(c)=b1+b2+b3…+bi+bn

轮廓支承长度率(Mr)定义：轮廓支承长度与评定长度之比，以百分数计。

Mr=ML(c)/Ln

由于支承率曲线反映了某一个截面实际的接触长度的大小，直观的反映了零件表面的耐磨性，并可以用它近似的描述磨损到一定程度时实际接触面积的大小，对提高承载能力也具有重要意义。所以它是描述粗糙度轮廓形状的主要指标，也是评价平台网纹质量的一项重要参数。

2.4 平台网纹轮廓支承率曲线参数分析

在支承率曲线坐标系中，用轮廓支承率为40%的切割线，沿着支承率曲线移动，直到找到最小的斜率为止，然后把切割线两端延长与纵坐标相交，见图5。

图5 平台网纹支承率曲线

Rk为核心部分粗糙度。

Rpk和Rvk可分别对应“峰区”和“谷区”等面积的直角三角形的高。

2.4.1 峰高度Rpk

指粗糙度核心轮廓上方的轮廓峰的平均高度。当发动机开始运行时，气缸套表面轮廓顶部的这一部分将很快被磨掉，其高度的降低将影响气缸套进入正常工作状态的磨合时间及实际的材料磨损量。

2.4.2 核心粗糙度深度Rk

在分离出轮廓峰和轮廓谷之后剩余的核心轮廓深度为Rk。这部分是气缸套长期工作表面，它影响气缸套的运转性能和使用寿命，是粗糙度轮廓的核心部分。

2.4.3 谷深度Rvk

从粗糙度核心轮廓延伸到材料内部的轮廓谷的平均深度。这些深入表面的深沟槽在活塞对缸套运动时，形成很好的油膜，在提高孔的耐磨性、缩短发动机磨合时间的同时，能大幅降低油耗。

2.4.4 轮廓支承长度率Mr1

为一条将轮廓峰分离出粗糙度核心轮廓的截线而确定的。Mr1值是气缸套进入长期工作表面的上限，其数值的大小直接反映了气缸套的加工水平和使用性能。

2.4.5 轮廓支承长度率Mr2

为一条将轮廓谷分离出粗糙度核心轮廓的截线而确定的。Mr2是进入长期工作表面的下限，其数值的大小不但决定磨损量，还决定了工作表面以下深沟槽的贮油、润滑能力。

3 结论

本文详细介绍了气缸套内表面珩磨平台网纹的检测方法，容易混淆的粗糙度相关参数的含义及对气缸套使用中的作用。对基于支承长度率曲线进行分析，介绍了原始轮廓滤波器的滤波原理，详细解释支承率曲线相关参数的定义，希望在鉴定平台网纹质量方面，给基层的鉴定人员起到指导性的建议。

[1] 杨光明.气缸套平台网纹谈.内燃机配件, 2004(5)

[2] 郭俊平.气缸套平台珩磨网纹参数tp解析和评定.柴油机设计与制造,2008(4)

[3] 聂梦清.表面形貌评定标准软件设计.计量技术,2007(10)

[4] 王中宇.二维表面粗糙度最小二乘评定基准线的改进.计量学报,2008(3)

[5] GB/T 18778.2—2003表面机构轮廓法具有复合加工特征的表面 第1部分：滤波和一般测量条件

[6] GB/T 18778.2—2003表面机构轮廓法具有复合加工特征的表面 第2部分：用线性化的支承长度率曲线表征高度特性

[7] GB/T 18777—2009表面机构轮廓法相位修正滤波器的计量特性

[8] GB/T 3505—2009表面机构轮廓法术语、定义及表面结构参数

[9] JB/T 5082.7—2011内燃机气缸套第7部分: 平台珩磨网纹技术规范及检测方法

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.09