Roping grade characterization and quantification

Quantifying the orange peel: roping classes defined by the Sa parameter

汽车车身面板的铝合金板材的表面条痕

在汽车轻量化设计和创新发展环境下，铝合金得到广泛使用。在一些非常注重强度重量比的应用领域里，对铝合金的需求正在迅速增长。铝合金在入市前必须经过轧制、拉伸和压制成适当的形状，在这些成形操作过程中，合金的晶粒结构重新排序，从而导致表面粗糙度增加和橙皮外观。

Sample dimensions and roping structures after the rolling process

Sample dimensions, location of the sample to rolling direction and direction of pre-strain

条痕发生的原因

在一定条件下，表面粗糙结构可以固结成较大的带纹或条痕，它们与轧制方向平行，与拉伸方向垂直，通常的宽度在0.2~2mm之间，长度在10~30mm之间。条痕可以被视觉感知，对外观具有破坏作用。

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Roping characterization methods on aluminum alloy sheets
Application note (login)

Topography measurement data with different textures: Roping grade of 0.41 belongs to roping class 0.5

Topography measurement data with different textures at identic z-scale: Roping grade of 1.0 belongs to roping class 3.0

Topography measurement data with different textures: Roping grade of 0.41 belongs to roping class 0.5

Topography measurement data with different textures at identic z-scale: Roping grade of 1.0 belongs to roping class 3.0

使用Sa参数确定条痕等级

铝合金板材在经过轧制和拉升后，表面粗糙度往往会增加而出现条痕结构。粗糙度参数的计算是根据 IS0 25178 标准，表面高度的平均偏差值即为表面的粗糙度参数(即Sa, Sq)。Hotz等人在发表的论文中使用了Sa参数来表征粗糙度。Sa参数使用最小二乘法，它表示相对于表面的平均面，各点高度差的绝对值的平均值，与用于表征线粗糙度Ra、Wa或Pa参数相对应。一般来说，S-纹理参数是为有限结构尺寸的表面而定义。然而，ISO 25178-700标准允许根据实际应用来限制样品尺寸。由于绳纹宽度为几个毫米，Sa参数可以用于有限结构尺寸的表面粗糙度计算。

¹ W. Hotz, R. Müller, J. Timm, “Ropingmessung an Aluminium-Automobilaussenhautblech”, Tagungsband Werkstoffprüfung 2009: Fortschritte der Kennwertermittlung für Forschung und Praxis, eds. M. Borsutzki, S. Geisler, Stahleisen Verlag, Düsseldorf (2009) 365–370.

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Aluminium surface Wsa(1-5): 0.81 μm, Wa 08: 1.23 μm, Roping grade: 3.41, Topography measured with a Polytec whitelight interferometer according to the Steel Institute VDEh guideline SEP 1941

用印痕法测定条痕等级

确定条痕等级第二种方法，可以采用德国汽车工业协会(GAAI)推荐的VDA 239-400，即使用表面压印方法。这种印痕法与复制带有凸起字体结构的信用卡有很多相似之处，即在凸起的字体结构上盖上一张纸，并用铅笔来回摩擦，使凸起的字体表面可见：凹陷区域保持明亮，而凸起区域变暗。使用特制的胶纸，以300dpi的速度进行拍摄和扫描印痕，形成一幅灰度图像。在这个分辨率下，无关紧要的小结构(粗糙度)被过滤掉，不再可识别。压印过程正确完成后，灰度值即高度值。通过软件对灰度图像进行评估，根据0(无条痕)~9(强条痕)的标准评定出条痕等级。虽然这种方法看起来似乎很简单，但它属于劳动密集型，极度耗时，缺乏准确性并且容易出错。使用Polytec的TopMap白光干涉仪则可以避免这些缺点。

为了确保测试结果与GAAI标准相当，TopMap形貌测量仪采用了一套特别算法来准备和导出数据，以便对数据进行进一步后处理来确定条痕等级。此外，集成的形貌测量软件根据VDA 239-400 GAAI来计算出RK参数。