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通过对球墨铸铁曲轴轴颈表面显微组织的分析轴的粗糙度，研究了抛光轴颈粗糙度的评价方法，为发动机设计人员规定轿车球墨铸铁曲轴轴颈表面粗糙度提供了参考。

球墨铸铁以其优良的机械性能和较低的成本被广泛用于发动机曲轴的生产。 国内几大发动机制造企业都有球墨铸铁制成的曲轴，但对曲轴轴颈表面粗糙度的评定方法各不相同。 例如，某日资企业的评价方法为Ra0.15，某老品牌某国企新开发的发动机曲轴粗糙度评价方法为Rz1.0，而某新自主研发的发动机曲轴粗糙度评价方法为Rz1.0。自主品牌汽车公司是Rz0.63。

鉴于球墨铸铁曲轴轴颈表面粗糙度的评定方法较多，本文将着重探讨哪些粗糙度评定方法能够客观反映材料的特性和设计需要满足的要求。

图1 球墨铸铁轴颈抛光后表面显微照片

不同抛光参数下球墨铸铁曲轴的抛光试验

本实验所用设备为德国NAGEL公司的万能抛光机，实验数据见表。 从表中所列数据可以看出，抛光驱动粒度对抛光质量有影响，Ra比Rz受抛光带影响更大。

图1为球墨铸铁轴颈抛光后表面的显微照片。 从图中可以看出，表面有一些黑点。 黑洞说。 这个表面的粗糙度测量有两种情况：黑洞不在测量区域（图2），黑洞在测量区域（图3）。

图2 黑洞不在测量区

从图2和图3所示的结果可以看出，测量结果相差很大，但实际上表面粗糙度很好，微观结构也是设计要求的，黑洞可以储油，这有助于润滑。 因此可以得出结论，单纯依靠Ra和Rz值来评价曲轴轴颈表面质量是有缺陷的轴的粗糙度，而且由于取样区域不同，测量结果也会有较大差异。 在大规模的工厂生产中，对同一个轴颈不同区域的粗糙度进行多次检测是不可想象的，同时也给工件是否合格的判断带来很大的麻烦。

球墨铸铁曲轴表面粗糙度的合理评价

鉴于Ra和Rz在评价球墨铸铁曲轴表面质量方面的局限性，目前国际上比较流行的评价方法是利用材料支撑率的综合评价方法，如Ra和Mr2的组合评价，或Rmr0.5～0.8mm@90%～95%（意思是从波峰最高点做一条与中线平行的直线，将直线向下平移0.5～0.8mm，材料支撑率这里的切削深度为90%～95%）。 这样的评估方法可以有效降低黑洞的影响。

图3 黑洞在测量区

相关材料支撑比参数解读

80 年代初，Trautwein 提出了 Abbott-Firestone 曲线的两段线性模型，他用它来表示气缸孔表面的特性。 还从该模型中得出一个称为液体滞留体积的参数。 最近有学者将ABBott-Firestone曲线划分为三个区域，并在此基础上提出了Rk参数集，也正式写入德国DIN4776标准。 该参数集主要用于表征具有高预应力的表面，例如珩磨表面、抛光表面和研磨表面。 这些相关参数将轮廓支撑率的增长描述为粗糙度轮廓深度的函数。 根据平台结构本身的特点和气缸套的工况，建立了基于轮廓支撑率曲线的参数指标。 这套评价指标可以评价气缸套内表面粗糙度轮廓的磨合特性、润滑特性、织构分布等。 进行相应的定量分析，实现对缸套平台织构的完整、准确的描述和评价。

型材支撑长度率曲线Rmr(c)，又称ABBott-Firestone曲线，是描述型材形状的主要指标。 Rmr(c)可以直观地反映零件表面的耐磨性，对提高承载能力也有重要意义。 在动态配合中，Rmr值大的表面增加了配合面的接触面积，减少了摩擦损失，延长了零件的寿命。 从tp(c)曲线的特点可以看出，它对缸套内孔的耐磨性、润滑性能和使用寿命具有非常重要的意义。 为此，设置了一组基于型材支撑长度率曲线的参数集，对应气缸套的实际工况，对Rmr(c)曲线进行定量描述，如图4所示，粗糙度profile和对应的Rmr(c)曲线分为三个部分，即profile peak、core profile和profile valley。

1. 降低峰高 RPK

指高于粗糙度核心轮廓的轮廓峰的平均高度。 这部分表面轮廓的顶部在发动机运转时会很快磨损，其降低的高度会影响缸套正常运转的磨合时间和材料的实际磨损量。

图4 基于ABBott曲线的评估参数

2. 内核粗糙度深度 RK

分离出轮廓峰谷后剩余的核心轮廓深度为RK。 这部分是缸套的长期工作表面，影响着缸套的运行性能和使用寿命，是粗糙度曲线的核心部分。

3.简易谷深RVK

指从粗糙度核心轮廓延伸到材料中的轮廓谷的平均深度。

这些深入表面的深槽在活塞相对于缸套运动时形成一层附着力良好的油膜，在提高孔的耐磨性，缩短发动机磨合时间的同时，可以大大降低油耗。

4.型材支撑长度比Mr1

以百分比表示的轮廓支撑长度比 Mr1 是针对将轮廓峰与粗糙度核心轮廓分开的剖面线确定的。 Mr1值是气缸套进入长期工作面的上限，其值直接反映气缸的加工水平和性能。

测试数据

5.型材支撑长度比Mr2

以百分比表示的轮廓支撑长度比 Mr2 是针对将轮廓谷与粗糙度核心轮廓分开的剖面线确定的。 Mr2的值是长期工作面的下限，它的值不仅决定了磨损量，还决定了工作面以下深沟槽的储油和润滑能力。

6、储油量V0

粗糙度核心剖面向下延伸到材料中的剖面谷的横截面积，实际上就是深沟织构的储油量V0，是tp(c)曲线形成的阴影，纵轴右边和对应剖面线的Mr2部分的区域，无疑对缸套的润滑性能有重要影响，它大致是一个三角形区域。

图 4 中参数的确定需要使用回归线。 超过 40% 的回归线由 tp(c) 曲线上的点组成。 回归线在纵坐标方向的差值平方最小。 垂直距离为岩心粗糙深度RK，两交点对应的样线位置为Mr1、Mr2对应的样线位置。

结语

轴颈的表面粗糙度是评价曲轴质量的重要指标。 曲轴的不同材料和工况需要不同的粗糙度评价参数。 传统的 Ra 或 Rz 评估方法并不适用于所有工件材料和工作条件。 设计者需要根据材料特性和工况选择合适的粗糙度评价参数。