条痕表征及条痕等级确定

铝合金材料在应用于汽车合金薄板以及车身面板的过程中,其表面常出现一种特殊的结构现象 —— 条痕。与此同时,与之紧密相关的橘皮效应也是衡量铝合金表面质量的重要指标。橘皮效应本质上体现为材料表面出现的不期望的波纹形态,而条痕的存在则直接表现为一种明显的视觉瑕疵,严重影响产品外观品质。

Polytec 的三维表面轮廓仪为解决这一问题提供了理想的技术手段。该仪器采用先进的非接触式测量原理,能够对大面积的铝合金表面进行精准测量,进而实现对条痕现象的量化分析。凭借其卓越的可靠性与出色的测量重复性,可精准地对条痕等级进行特征描述,为汽车制造过程中的铝合金表面质量评估提供科学、详实的数据支撑 。

汽车车身面板铝合金薄板表面条痕的成因与表现

在汽车制造领域,铝合金凭借其一系列显著优势,成为实现轻量化结构设计的理想材料,为解决汽车减重难题提供了极具创新性的方案。鉴于此,在对强度重量比要求极为苛刻的应用场景中,铝合金的市场需求呈现出迅猛增长的态势。

铝合金生产企业投放市场的初始产品为未经深加工的铝合金材料。这些材料需历经轧制、拉伸以及冲压等一系列复杂的成型工序,方可被塑造成满足汽车车身面板需求的特定形状。然而,在成型过程中,合金内部的晶粒结构会发生重新排列。这种微观结构的改变,直接导致了铝合金薄板表面粗糙度的增加,进而使板材表面呈现出类似 “橘皮” 的外观特征,其中条痕便是这种表面异常现象的一种典型表现。

条痕形成的原因

在特定工况条件下,铝合金薄板的表面粗糙度会进一步演变,逐步汇聚形成更为宏观的带状结构,也就是所谓的 “条痕” 结构。这些条痕呈现出与轧制方向平行、与拉伸方向垂直的分布特征。从尺寸参数来看,绳索纹结构的宽度范围通常处于 0.2~2 mm 之间,而长度则在 10~30 mm 区间内。条痕结构凭借肉眼即可清晰识别,其存在极大地损害了铝合金薄板表面原本应有的光洁度与平整度,严重影响了表面的整体美观度 。

基于 Sa 参数的条痕等级判定方法

铝合金薄板经历轧制与拉伸等加工工序后,其表面粗糙度往往会显著上升,同时伴随条痕结构的出现。依据 ISO 25178 标准所定义的面 S 纹理参数,诸如 Sa、Sq 等,能够有效地对这种新产生的表面粗糙度状况进行表征。Hotz等人发表了他们运用 Sa 参数开展表征工作所获得的成果。Sa 参数用于描述表面与最小二乘平面之间的平均偏差,在对线状特征进行表征时,该参数与 Ra、Wa 或 Pa 参数具有类似的作用。

通常情况下,S 纹理参数是针对具有特定尺度限制的表面而界定的。值得注意的是,ISO 25178 - 700 标准明确许可在计算 S 纹理参数的过程中,根据实际应用场景的需求对尺度进行合理限制。鉴于条痕结构的宽度一般可达数毫米,因此可以在针对该结构尺寸所设定的尺度限制范围内,对 Sa 参数展开精确计算,以此作为判定绳索纹等级的关键依据 。

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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基于印记法的条痕等级判定

在条痕等级判定领域,除常见方法外,德国汽车工业协会(GAAI)所提出的 VDA 239 - 400 建议中利用表面压印进行判定的方式,为该领域提供了另一种技术路径。印痕法的原理与复制带有凸起字体的信用卡类似:将纸张覆盖于目标表面,通过铅笔涂抹,使得表面凸起部分因吸附铅笔石墨而颜色加深,凹陷区域则保持纸张原色,从而实现表面特征的可视化呈现。在实际操作中,采用特制胶带获取铝合金板材表面印记,随后以 300dpi 分辨率对印记进行扫描,生成灰度图像。在此分辨率下,细微且对条痕判定无实质影响的表面粗糙度结构会被有效过滤,确保图像仅保留与绳索纹相关的关键特征。当印记过程规范执行时,灰度图像中的灰度值与表面高度信息具有对应关系。利用专业软件对灰度图像进行分析,该软件能够依据既定标准,将绳索纹严重程度量化为 0~9 的等级,其中 0 代表无条痕,9 表示条痕极其严重。

尽管印记法在原理上较为直观,但在实际应用中暴露出诸多弊端。其操作过程需要大量人工参与,劳动强度高,且整个流程耗时漫长,极大地影响工作效率。更为关键的是,该方法受人为因素干扰较大,测量精度难以保证,极易产生误差,从而对绳索纹等级判定结果的准确性造成不利影响。与之形成鲜明对比的是,Polytec 公司的 TopMap 白光干涉仪凭借先进的技术架构,有效规避了上述问题,为条痕等级判定提供了更为高效、精准的解决方案。

为实现与 GAAI 标准的无缝对接,确保测量结果的兼容性与可比性,TopMap 表面轮廓仪内置了专门算法。该算法能够对测量数据进行智能化处理与导出,为后续条痕等级判定流程提供优质的数据基础。不仅如此,仪器所集成的表面计量软件可依据 VDA 239 - 400 GAAI 标准,精确计算 RK 参数,进一步丰富了对铝合金板材表面质量评估的维度,全方位助力汽车制造等行业在铝合金材料表面质量管控方面的需求 。

铝合金结构的条痕的可行性研究与量化