珩磨是磨削加工的一種特殊形式，又是精加工中的一種高效加工方法。這種工藝不僅能高效去除較大的加工余量，而且是一種提高零件尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度（一般可達(dá)Ra0.2～1.0mm，甚至可以低于Ra0.025mm）的有效加工方法，尤其適合于薄壁孔和剛性不足的工件或較硬材料工件的加工，在汽車零部件的制造中應(yīng)用很廣泛，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的制造。
氣缸孔平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨
平臺(tái)珩磨、滑動(dòng)珩磨是較普通珩磨更為先進(jìn)的珩磨工藝，具有氣缸孔表面微觀形貌呈光滑的平頂(而不是尖峰)，與相對(duì)較深的波谷（與普通珩磨相比波谷較深）規(guī)律性地間隔分布、發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合周期短、潤(rùn)滑條件好和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸孔珩磨工藝的主流。平臺(tái)珩磨和滑動(dòng)珩磨工藝對(duì)于提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體質(zhì)量、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性有重要意義，特別是對(duì)克服發(fā)動(dòng)機(jī)早期磨損和降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗等方面起到了至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合我公司實(shí)際應(yīng)用重點(diǎn)探討平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨。
1. 平臺(tái)網(wǎng)紋的評(píng)定參數(shù)及定義
平臺(tái)網(wǎng)紋總體的要求是表面微觀結(jié)構(gòu)上有一定數(shù)量和一定深度的深溝，深溝之外的部分是平臺(tái)，平臺(tái)網(wǎng)紋就像稻田一樣（見(jiàn)圖1）。
圖1 平臺(tái)網(wǎng)紋表面的微觀結(jié)構(gòu)
平臺(tái)網(wǎng)紋評(píng)定的主要參數(shù)一般有如下幾個(gè)：Rpk——簡(jiǎn)約峰高，指粗糙度核心輪廓上方的輪廓峰的平均高度；Rk——粗糙度核心輪廓深度，指粗糙度核心輪廓的深度；Rvk——簡(jiǎn)約谷深，指從粗糙度核心輪廓延伸到材料內(nèi)的輪廓谷的平均深度；Mr1——尖峰輪廓支承長(zhǎng)度率，是一條將輪廓峰分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的輪廓支承率；Mr2——溝谷輪廓支承長(zhǎng)度率，是一條將輪廓谷分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的輪廓支承率；Rz——平均峰谷高度，是指每一個(gè)測(cè)量距離內(nèi)粗糙度輪廓的最大輪廓峰頂高度與最大谷底深度之和，通常取5個(gè)單位測(cè)量范圍內(nèi)的平均值；珩磨角—— 一般是指網(wǎng)紋交叉線在垂直于軸線方向上的夾角。具體見(jiàn)圖2所示。
圖2 平臺(tái)網(wǎng)紋評(píng)定的主要參數(shù)
2. 氣缸平臺(tái)網(wǎng)紋深溝和平臺(tái)形成機(jī)理
氣缸平臺(tái)網(wǎng)紋溝谷和平臺(tái)是不同粒度、不同參數(shù)下的基礎(chǔ)珩和精珩兩次加工表面形狀疊加形成的，過(guò)程如圖3所示（設(shè)為三次珩磨）。
圖3 氣缸平臺(tái)網(wǎng)紋的形成
影響氣缸孔珩磨加工質(zhì)量的因素
在實(shí)際運(yùn)行中，影響氣缸孔平臺(tái)珩磨加工質(zhì)量的因素主要有如下一些方面：
1. 氣缸套的剛性與壁厚均勻程度
氣缸套的剛性與壁厚不均勻會(huì)導(dǎo)致珩磨后的尺寸精度和形狀精度變差，對(duì)網(wǎng)紋的一致性也有影響，特別是已裝入氣缸孔的半成品缸套（取決于氣缸孔底孔），這些影響很難在加工過(guò)程中徹底糾正。
2. 前一道工序的加工質(zhì)量
首先要留有合適的加工余量。珩磨的加工余量一般在0.02～0.08mm，最理想的余量為0.03～0.05mm。余量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致節(jié)拍加長(zhǎng)，珩磨條鈍化嚴(yán)重，珩磨頭導(dǎo)向條磨損加速。余量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致無(wú)法修正和提高孔的尺寸、形狀精度及表面粗糙度。
第二是珩磨前的圓柱度不能太差，否則無(wú)法糾正過(guò)來(lái)，一般圓柱度在0.02以內(nèi)會(huì)得到較好的糾正，珩磨后的圓柱度可達(dá)到0.006以下。
第三是珩磨前的表面粗糙度一般在Ra2.5mm左右，粗糙度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致珩前刀紋去除不掉，粗糙度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致珩磨困難，節(jié)拍成倍增加。
3．珩磨條
珩磨條相當(dāng)于切削刀具，用來(lái)去除余量并達(dá)到一定的精度要求，珩磨條對(duì)珩磨質(zhì)量和效率起著最關(guān)鍵的作用。對(duì)于平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨來(lái)說(shuō)，粗珩磨條負(fù)責(zé)去除較大的余量并改善原有的形狀精度和粗糙度，基礎(chǔ)、精珩磨條則去除較小的余量，形成溝谷和平臺(tái)，并達(dá)到最終的尺寸精度和形狀精度。珩磨條的粒度和硬度是兩個(gè)重要參數(shù)，粒度越大珩磨效率越高，硬度越高，珩磨條的壽命越長(zhǎng)，所以珩磨效率與珩磨條的壽命有時(shí)是一對(duì)矛盾。珩磨條的材料有多種，金剛石和碳化硅（油石）是最常用的兩種，現(xiàn)在粗珩磨條一般都用金剛石材料，精珩磨條有用油石的也有用金剛石的，但是目前業(yè)內(nèi)精珩還是用油石的比較多。
4. 粗、精珩磨余量、壓力及時(shí)間
一般是粗珩的余量大，壓力也大，基礎(chǔ)、精珩的余量小，壓力也小，若是二次珩磨工藝，精珩的余量一般為10～15mm，若是三次珩磨，后兩次珩磨的余量一般應(yīng)在20～30mm。珩磨壓力越大，珩磨效率越高，反之亦然，但對(duì)于珩磨質(zhì)量來(lái)說(shuō)，珩磨壓力過(guò)高往往是沒(méi)有好處的。
以粗珩壓力2～1.8MPa/精珩壓力1MPa/精珩時(shí)間10s、粗珩壓力1.8～1.5MPa/精珩壓力1.5MPa/精珩時(shí)間20s這兩組參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表1，表2是對(duì)其檢測(cè)結(jié)果的分析。
表1 正交試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果 （單位：μm）
表2 檢測(cè)結(jié)果的分析
如單獨(dú)考慮 Rpk<0.3mm，結(jié)果分析如表3；如單獨(dú)考慮Rvk=1.8～3.2mm，結(jié)果分析如表4。
表3 Rpk<0.3μm的結(jié)果分析
表4 Rvk=1.8～3.2μm的結(jié)果分析
由試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以知道，對(duì)于平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨來(lái)說(shuō)，精珩壓力對(duì)珩磨質(zhì)量的影響是第一位的，其次是粗珩壓力，再次是精珩時(shí)間。
5. 主軸行程和珩磨條越出孔兩端的大小
行程大容易產(chǎn)生腰鼓形孔，中間小兩頭大，行程小容易形成鼓形孔，中間大兩頭小，哪一端越出量大，哪一端的孔徑相應(yīng)的就會(huì)大，所以必須適當(dāng)控制行程和珩磨條越出兩端的大小，并根據(jù)實(shí)際加工情況適時(shí)加以調(diào)整才能保證質(zhì)量。對(duì)于盲孔，必要時(shí)得通過(guò)增加在底部（或有障礙一端）的珩磨時(shí)間，或通過(guò)珩磨頭的修磨形狀來(lái)解決。
6. 主軸的轉(zhuǎn)速和往復(fù)速度
珩磨角是由轉(zhuǎn)速和往復(fù)速度的合成決定的，珩磨角確定了，這兩種速度的比值就確定了。往復(fù)運(yùn)動(dòng)要有足夠加速度，換向要快，否則網(wǎng)紋的交角處會(huì)出現(xiàn)圓弧形狀。轉(zhuǎn)速和往復(fù)速度也會(huì)影響珩磨的效率，速度越高效率就越高，但是速度過(guò)高會(huì)對(duì)網(wǎng)紋質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。另外在加工過(guò)程當(dāng)中，旋轉(zhuǎn)方向有變化的加工比單一旋向的加工效率要高，但對(duì)于平臺(tái)網(wǎng)紋的加工，特別是精珩磨，最好是單一旋向。
7. 氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)
氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)包括壓縮空氣過(guò)濾系統(tǒng)、氣電轉(zhuǎn)換器（或氣動(dòng)量?jī)x）和測(cè)量孔等。用于測(cè)量的壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾，保持干燥清潔，否則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，或堵塞測(cè)量孔（會(huì)使孔加工過(guò)大而報(bào)廢），測(cè)量壓力一般為0.3～0.35MPa。測(cè)量孔安裝在珩磨頭的導(dǎo)向條上，加工過(guò)程中導(dǎo)向條會(huì)不斷磨損，當(dāng)達(dá)到磨損極限時(shí)必須更換導(dǎo)向條和測(cè)孔，否則測(cè)量就會(huì)不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確。導(dǎo)向條的磨損極限一般為0.01mm。另外，氣電轉(zhuǎn)換器（氣動(dòng)量?jī)x）在每班珩磨前必須進(jìn)行校零。
8. 冷卻系統(tǒng)
冷卻系統(tǒng)對(duì)珩磨質(zhì)量也有重要的影響，冷卻液能及時(shí)帶走加工產(chǎn)生的熱量，還能及時(shí)沖洗掉珩磨的微粒。珩磨冷卻液可以用煤油或?qū)Ｓ苗衲ヒ海扯纫m中，如果黏度高，珩磨條易堵塞，效率低，而黏度低，珩磨效率相應(yīng)較高但表面粗糙度相應(yīng)要差一些。珩磨液要有良好的過(guò)濾系統(tǒng)和冷卻裝置。過(guò)濾系統(tǒng)一般是兩級(jí)過(guò)濾，第一級(jí)是磁選過(guò)濾，濾掉較大的顆粒和鐵屑，第二級(jí)是紙過(guò)濾，過(guò)濾紙的精度一般在10～15mm，非平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨的過(guò)濾紙精度可以為20～30mm。
9.珩磨次數(shù)
平臺(tái)網(wǎng)紋質(zhì)量要求較松時(shí)（特別是Rpk），粗珩、精珩兩次珩磨就可以達(dá)到，要求較高時(shí)，粗珩、精珩兩次珩磨就有困難，而且一致性和穩(wěn)定性也較差，這時(shí)需進(jìn)行第三次超精珩，當(dāng)然這并不是簡(jiǎn)單的珩磨幾次的問(wèn)題，這需要珩磨條相互之間合理的搭配及相應(yīng)的珩磨參數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，Rpk<0.5mm時(shí)，珩磨兩次基本能夠達(dá)到質(zhì)量精度要求，而Rpk<0.3mm時(shí)，一般就需三次珩磨。
10. 珩磨頭的修磨規(guī)圓
珩磨條安裝到珩磨頭上后，要在磨床上進(jìn)行規(guī)圓，規(guī)圓后珩磨條的圓柱度最大不能超過(guò)0.01mm。若是加工盲孔的話，必須讓直徑大的一端在有障礙的一端。
提高平臺(tái)網(wǎng)紋質(zhì)量的措施
結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，以下措施有利于提高平臺(tái)網(wǎng)紋質(zhì)量：
1. 為減少由于不可避免的壁厚不均或珩前圓柱度不好在珩磨中變形的影響，對(duì)于雙脹縮珩磨頭（粗、精珩在一個(gè)珩磨頭上一次完成），可以將粗、精珩磨程序分開(kāi)，粗珩進(jìn)行完之后再進(jìn)行精珩，這樣能有效減小大壓力粗珩磨的變形，變形在精珩之前有一定的時(shí)間恢復(fù)，以便在精珩過(guò)程中進(jìn)一步消除變形，從而提高孔的形狀精度。
2. 精珩采用時(shí)間控制取代自動(dòng)測(cè)量控制，因?yàn)榫竦闹饕康氖侨コ夥逍纬善脚_(tái)，去除余量很小，珩磨時(shí)間短（一般為5～12s），采用時(shí)間控制對(duì)珩磨尺寸精度影響很小，時(shí)間控制的好處是不受測(cè)量變化和波動(dòng)的影響，網(wǎng)紋質(zhì)量穩(wěn)定。
3. 在可能和允許的情況下，應(yīng)盡量減小精珩磨壓力，特別是最后一級(jí)精珩磨壓力，一般壓力越小越容易保證精度，尤其是對(duì)平臺(tái)網(wǎng)紋的平臺(tái)質(zhì)量非常有利。
4. 根據(jù)實(shí)際情況，可通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選擇合理的珩磨條。因?yàn)槿绻衲l不合適，通過(guò)調(diào)整其它的參數(shù)來(lái)達(dá)到最終的質(zhì)量要求，無(wú)論如何都是很困難的。
5. 對(duì)于平臺(tái)網(wǎng)紋要求高的產(chǎn)品，最好采用三次珩磨的工藝。
6. 選擇質(zhì)量更好的冷卻液，提高冷卻系統(tǒng)的過(guò)濾精度，加大流量，增強(qiáng)冷卻和沖洗效果。
7. 珩磨前采取冷卻液沖洗冷卻，減小珩磨前工件溫度對(duì)加工精度的影響。
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