高度分布函数与自相关函数对表面粗糙度参数的影响

目的研究具有不同高度分布和自相关函数的表面形貌的粗糙度参数变化。方法利用数字滤波法构造具有特定参数(如倾斜度、峰值、最快下降自相关长度和纹理高宽比、高度方差)的粗糙度表面,然后比较和分析不同类型形貌的参数。结果算术平均峰曲率不随高度分布函数和自相关函数变化,均方根斜率、界面开发面积比和峰密度随各种高度分布函数和自相关函数变化的影响较大。结论算术平均峰曲率不能表征高度分布和自相关函数。比较相同高度分布的表面形貌时,应对纹理高宽比、最快下降自相关长度、均方根斜率、界面开发面积比和峰密度进行比较。当比较不同高度分布的形貌时,应该对高度类参数倾斜度、峰值、高度均方根、最大高度、最大谷值和最大峰高进行比较。     

基于支持向量机的铝基碳化硅磨削表面质量预测

目的针对传统粗糙度指标评价具有凹坑缺陷的铝基碳化硅磨削表面质量的局限性,提出基于三维形貌的改进表面粗糙度评价指标及其预测模型。方法基于磨削表面三维形貌构建等高线图,获取等高线轮廓间面积占比与轮廓高度的关系曲线,提出表面三维形貌体积相对于采样区域面积的算术平均偏差和凹坑最大偏离高度评价指标,用于表征包含凹坑缺陷的磨削表面质量。基于支持向量机建立和优化三维形貌算术平均偏差和凹坑最大偏离高度的预测模型,并分析磨削工艺参数对评价指标的影响规律。结果三维形貌算术平均偏差和凹坑最大偏离高度评价指标包含凹坑缺陷等更多表面特征,评价指标预测值与实验值误差在5%以内,且随着砂轮转速的增大而减小,随着进给速度与磨削深度的增大而增大。结论采用三维形貌算术平均偏差和凹坑最大偏离高度评价包含凹坑缺陷的磨削表面质量是合理的,评价指标测量和确定方法是可行和有效的。基于支持向量机的评价指标预测方法具有正确性,为铝基碳化硅磨削表面质量评价和使用性能研究打下了基础。     

电加工零件表面形貌特征的探讨

本文通过对电加工零件表面粗糙度进行测量．得到大量的实测数据，即测量算术平均偏差Ｒ＿ａ在表面径向等角距的八个方向的截面数据。运用随机过程分析方法，分别求出每个零件表面形貌的特征参数、幅度密度函数、自相关函数的图形和功率谱密度函数。对这些特征参数和函数的图形进行分析，探讨电加工零件表面形貌特征。为制订合适的表面粗糙度评定参数作准备。     

电加工零件表面形貌特征的探讨

本文通过对电加工零件表面粗糙度进行测量，得到大量的实测数据，即测量算术平均偏差Ｒａ在表面径向等角距的八个方向的截面数据，运用随机过程分析方法，分别求出每个零件表面形貌的特征参数、幅度密度函数、自相关函数的图形和功率谱密度函数，对这些特征参数和函数的图形进行分析，探讨电加工零件表面形貌特征，为制订合适的表面粗糙度评定参数作准备。     

航空结构件铣削加工表面波纹度特征提取与研究

目的由于航空结构件壁薄、结构复杂和刚度低等原因,在多轴联动铣削加工过程中,其表面容易出现波纹度等加工纹理缺陷。准确提取、评价铣削表面波纹度,为控制和消除结构件铣削表面波纹度提供可视化参考依据。方法提出了一种频谱分析和小波分析相结合的方法。首先对已加工的航空结构件的铣削表面综合形貌进行频谱分析,依据表面形貌划分依据,确定各表面成分有效信息的频率段范围;再采用Daubechies小波分解原表面形貌特征,把含有不同频率成分的信息分解到互不重叠的频率段上;利用Mallat快速算法,计算出各逼近系数和小波系数,并对有效频率段进行重构,以实现表面形貌特征不同频率成分的提取,进而获取表面波纹度的形貌特征信息。结果针对某型航空结构件的铣削表面,采用文中方法提取到的波纹度形貌特征信息与粗糙度轮廓仪测量的结果基本吻合,验证了该方法的正确性。结论对于提取铣削表面波纹度特征信息,采用频谱分析和小波分析相结合的方法是可行且有效的。     

螺栓结合面的三维弹塑性接触的有限元分析

为揭示螺栓结合面的微观接触机理,探究不同加载下三维表面粗糙度参数的变化,基于实测的三维形貌数据,建立了螺栓结合面的三维弹塑性有限元接触模型;进一步通过提取有限元模型表面节点坐标及其变形量,重构受压后的三维形貌.测得的表面粗糙度峰值高度明显降低,其三维粗糙度参数Sa、Sq、Sp、Sv和Sz随着装配载荷的增加而逐渐降低,粗...     

表面几何形貌对渗碳影响的仿真分析

通过建立仿真模型并设计验证实验,综合分析了表面粗糙度、波纹度、几何曲率及其复合作用对渗碳的影响。结果表明：渗碳工件的碳含量随着距表面距离的增加而逐渐降低。粗糙度和波纹度的增大会增加表面渗碳层的不均匀性;几何曲率由负到正不断增加,会导致渗层厚度不断变厚。粗糙度与几何曲率复合作用时,曲率增加和粗糙度的增大会使得渗碳层厚度也逐渐增加;且随着复合曲率增加,粗糙度对正负曲率处渗层厚度差值的影响增大。对16Cr3NiWMoVNbE航空齿轮钢的渗碳淬火实验结果表明：从表面到芯部组织依次为含有块状碳化物的针状马氏体区,针状马氏体和板条马氏体混合区以及板条马氏体区,且渗碳层厚度与模拟结果接近。     

汽车板180BH三维表面轮廓测试

目的测试汽车板的三维表面轮廓及表面结构参数波纹度和粗糙度,判定汽车板表面是否符合汽车厂标准的要求。方法利用白光干涉的三维光学轮廓仪,在15~30℃、湿度小于80%、无凝结的条件下,依照相关国际标准,测量汽车板表面三维轮廓及波纹度和粗糙度。通过分析汽车板表面结构的形成过程及其分类,介绍了基于白光相移干涉法测量的原理及方法。结果以180BH汽车板为例,厚度为0.8 mm,测试得到其表面最大高度可达到20μm,中间的高度较低,最低高度为-13μm。取样长度50 mm,水平方向经过一次多项式处理,然后经过5次多项式拟合,去除取样长度内的形状误差,最后利用高斯滤波器去除λc=0.8mm短波部分,得到取样长度内的波纹度Wa为0.404μm,表面粗糙度Ra为1.089μm。结论测试结果显示汽车板180BH的波纹度小于0.5μm,表面粗糙度小于1.2μm,均符合汽车厂产品的要求。白光相移干涉三维光学轮廓仪能够清晰地测量汽车板的表面轮廓,得到表面结构参数,为汽车板表面质量的评价提供了一个重要的手段。     

铝合金研磨加工表面自相关性分析

研磨加工是重要零件在磨削后进行去除表面缺陷层、降低粗糙度和波纹度为目的的光整加工工艺。试验在UNIPOL-802型精密研磨抛光机上完成,加工试样为磨削加工后粗糙度为0.6μm的2A12铝合金,加工表面形貌和微观几何参数用M ICROMESURE2和TR200表面轮廓仪测量。应用随机过程中的自相关性对磨削表面和研磨加工表面进行研究。分析结果表明,该加工方法明显提高了工件的表面质量,降低了工件的表面粗糙度并均化了波纹度。     

磨损表面形貌分析中的小波变换和分形方法

采集机械磨损表面形貌轮廓曲线来分析器械部件的使用状态是检验检测工作的常用方法.文章通过小波变换对所需分析的轮廓曲线进行分解,可以使其复杂结构特征精细化,通过重构可以消除采集和离散等过程中产生的污染"噪声"并且使计算的分形维数更真实可靠;此研究表明,将小波变换方法应用于分形曲线的处理能有效地描述磨损表面的形貌,突出其本质特征,为判定磨损程度和磨损形态提供一条量化的检验检测思路.     

基于表面形貌的裂纹萌生阶段滑移带表征

目的研究WaspaloyTM镍基高温合金在裂纹萌生阶段的表面形貌特征,找出最优表面形貌参数用以表征此阶段的滑移带特征。方法对WaspaloyTM镍基高温合金试样先机械抛光,然后采用标准金相技术分别进行电解抛光和化学蚀刻,得到两种不同的表面状态。对试样进行低周疲劳试验获得疲劳寿命,并采用透射电子显微镜(TEM)和三维表面轮廓仪,观测分析WaspaloyTM镍基高温合金在电解抛光和化学蚀刻处理后的表面形貌以及裂纹萌生阶段的表面形貌和滑移带特征。对测得的表面形貌参数进行方差分析和自助抽样统计计算,找出最优参数。结果试样在经过电解抛光和化学蚀刻后,三维表面形貌S_a(表面算数平均偏差)分别是0.72 nm和13.3 nm,试样疲劳寿命分别为800和700。两种制备状态下的样品,算术平均高度增量(ΔS_a=S_a(N)-S_a(N0))的差异非常小,且ΔS_a随疲劳加载周期(N)的增加而增加,当N100后,ΔS_a随N增加的速率减小。结论电解抛光后的表面质量更好,且表面质量越好,疲劳寿命越高。ΔS_a与表面制备方法无关,ΔS_a越大,表面越粗糙。经方差分析和自助抽样法计算分析,表面最大峰值(Sp)是最优表面形貌参数,该参数可用于区分滑移带内的损伤晶粒和未损伤晶粒。     

Morphological characterisation of engineered surfaces by wavelet transform

This work introduces a wavelet transform technique based on the detection of the multi-scale view of the components of a signal . The main advantages of wavelet transform over the existing signal processing techniques are its space-frequency localization and multi-scale analysis of roughness and waviness motifs. After an extensive review of the mathematical and signal processing fundamentals of the wavelet technique, numerical implementations are carried out to explore the potential applications of wavelet transform and its inverse transform multi-scale analysis of roughness and local morphological characterization by the detection of the roughness singularities and 21) motif size of an engineered surface.     

表面状态对疲劳塑性变形局部化的影响

目的研究不同的表面状态对Waspaloy~(TM)镍基高温合金塑性变形局部化的影响,确定最优的评价塑性应变局部化的三维表面粗糙度参数。方法对两组Waspaloy~(TM)高温镍基合金先进行机械抛光至0.02mm,然后分别进行电解抛光和化学蚀刻,得到不同的两种表面状态。通过制作标准试样进行疲劳试验得到疲劳寿命,并采用原子力显微镜、扫描电子显微镜和三维表面轮廓仪分析Waspaloy~(TM)镍基高温合金在电解抛光和化学蚀刻处理前后的表面形貌以及裂纹萌生形貌。结果试样经过电解抛光和化学蚀刻后,电解抛光表面质量更好,三维表面粗糙度Sa(表面算数平均偏差)分别是0.001、0.018mm,经过疲劳试验后的值分别为0.024、0.026mm,表面粗糙度参数Sp(表面最大峰高)均为0.131mm。电解抛光试样的疲劳寿命为800,化学蚀刻试样的疲劳寿命为700。经过化学蚀刻和电解抛光的试样疲劳裂纹均是从滑移带处开始产生,并沿滑移带扩展。结论表面状态影响材料的疲劳寿命,表面粗糙度小的试样疲劳寿命长。三维表面粗糙度参数Sp适用于描述材料疲劳塑性应变局部化,其临界值揭示了材料裂纹萌生。     

The allowable spacing for lattice data sampling by a round stylus tip and an assessment of the envelope surface

This paper deals with surface waviness assessment by a commercial three-dimensional stylus instrument. To measure macroscopic waviness curve on an engineering surface, it was proposed to use a round stylus tip of relatively large radius. Developed in this paper, is a method to obtain the appropriate stylus tip radius in accordance with the sample surface texture and the corresponding discrete spacing for lattice data sampling. On condition that any two adjacent height data points are well-correlated, the statistical mean height and the overall deviation of the 3-D undulation summit height are also presented for a functional evaluation of waviness curves or envelope surface.     

Effect of hardness of the piston ring coating on the wear characteristics of rubbing surfaces

In marine engines, the wear between the piston-ring face and the cylinder liner is an extremely unpredictable and hard-to-reproduce phenomenon that significantly decreases engine performance. This study investigates the characteristics of wear arising between both hard and soft piston-ring coatings and the running surface of the cylinder liner. A detailed tribological analysis using a Pin-on-Disk (POD) testing machine compares the wear rate and the friction coefficient between piston-ring coatings and the cylinder liner for various test parameters, such as test temperature, roughness of the liner, and lubrication. The experimental results show that the wear rate and the friction coefficient of soft coatings were higher than those of hard coatings. The wear rate and the friction coefficient were also found to be influenced by test temperature, due to the lubrication effect of the wear-protective oxidized layers that developed at elevated temperatures. The surface roughness of the cylinder liner on the wear rate strongly influenced the soft coating but was much less apparent for the hard coating. The morphological features of the scuffed cylinder liner revealed that a harder piston-ring coating enhances scuffing of the cylinder liner.     

FeNi合金镀铁缸套的摩擦磨损性能

采用对置往复式摩擦磨损试验机,选用CKS活塞环为配副,以摩擦因数、磨损量、断油摩擦时间为表征参数,以BP合金铸铁缸套为参照对象研究FeNi合金镀铁缸套的摩擦磨损性能,探索FeNi合金镀铁缸套的磨损机制。逐级加载的磨损试验表明:FeNi合金镀铁缸套的摩擦因数较BP合金铸铁缸套增大11%~20%;而磨损量则降低了11%;贫油试验表明两种缸套拉缸时间均随载荷增大而缩短,在40 MPa时FeNi合金镀铁缸套的拉缸时间较BP合金铸铁缸套延长了约6.5倍。与BP合金铸铁缸套的磨损机理为基体碾压平台在反复接触应力作用下脱落,以及犁削/切削形式的磨粒磨损不同,FeNi合金镀铁缸套的磨损机理主要是网状裂纹周围镀铁层的疲劳剥落。     

缸套-活塞环织构化耦合机理及减摩性能研究

目的在工况恶劣的船舶柴油机中,运用表面织构技术提高缸套-活塞环的表面摩擦性能。方法选用实船上的两种缸套-活塞环材料M与W,加工成销盘样式,利用激光打标机在活塞环销上加工圆形凹坑织构,在缸套盘上加工沟槽织构。将未织构化缸套和活塞环与织构化缸套和活塞环互相配对,在RTEC多功能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验。从摩擦系数、磨损量、磨损形貌、能谱等方面,进行光滑、单一织构与耦合织构减摩性能的对比分析。结果相比于未织构与单一织构化表面,两种材料的耦合织构均拥有最低的摩擦系数,其中M材料的减摩性能最高增强21.52%,W材料最高增强27.29%。耦合织构还拥有最低的磨损量,使M、W材料的抗磨损能力分别提高81.10%、36.14%。耦合织构能显著降低M、W材料磨损后的表面粗糙度,并提升其润滑油滞留能力。织构内部与接触面的Fe、C分布呈现区域性,在缸套表面磨痕处发现少量Cu元素。结论沟槽与凹坑织构的耦合作用能有效增强油膜的形成与稳定能力,沟槽与凹坑织构可储存磨屑,提升磨屑捕集效率,防止磨屑持续划伤表面。缸套材料中的Cu与耦合织构协同作用,吸附在表面磨痕处,形成软膜,提高承载能力,降低磨损与粗糙度。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌及耐腐蚀特性研究

本文主要对磨粒喷射精密光整加工表面进行几何特性评价及耐腐蚀特性研究,通过对表面微观轮廓高度参数、横向间距特性参数以及微观形状特性参数研究表明,磨粒喷射加工表面微观高度特性参数Ra值、Rq可降低50%以上,同时,Rz、Ry、Rt、Rp和Rm也都大幅度下降,喷射加工表面轮廓高度特性参数值比磨削加工明显改善;喷射加工表面轮廓微观不平度的平均间距Sm和轮廓的单峰平均间距S都不同程度降低.轮廓微观不平度间距明显减小,轮廓对于中线的交叉密度增加.利用SHR20步入式恒定湿热淋雨结合试验箱,实验研究了表面形貌对抗腐蚀性能的影响,结果表明,和磨削加工相比,磨粒喷射加工表面耐腐蚀性能明显提高,在相同的腐蚀条件下,喷射光整加工表面腐蚀量最轻,磨削烧伤表面腐蚀量最大.