气缸孔珩磨技术简介

摘要气缸是内燃机重要零件之一，它与活塞、气缸盖等组成燃烧室。

燃料在气缸内部燃烧，膨胀的气体推动活塞往复移动，通过连杆驱动曲轴转动，将热能转化为机械能。

气缸表面质量较差或长期工作磨损到一定程度，内燃机的动力性能将显著下降，燃润料的消耗急剧增加，使内燃机的经济性变坏。

因此, 内燃机机缸体表面质量将直接影响发动机的技术性能和使用寿命。

平顶珩磨、滑动滚磨与普通珩磨相比，是一种先进的珩磨工艺，具有缸孔表面微观形貌呈光滑的平顶（而不是峰尖），与相对较深的波谷（与普通珩磨相比波谷较深）规律性地间隔分布、发动机的磨合周期短、润滑条件好、生产效率高等优点。

是目前缸孔珩磨工艺的主流。

引进平顶珩磨和滑动滚磨对于提高汽车发动机的缸体质量、提高生产效率有着重要的意义。

本文介绍了国内外缸孔珩磨工艺历程和现状，对普通珩磨。

平顶珩磨、滑动珩磨工艺进行了一些对比研究。

关键字：气缸，珩磨工艺，平顶珩磨，滑动珩磨一、绪论1.1选题背景当代社会，汽车作为城市生活的代步工具，已经进入了大多数家庭当中，他不再是一种奢侈品的象征，而是一种必备的交通工具。

在我国，现在汽车年产销售量已经达到1800万辆，随着人们对汽车使用的普及，人们对它的要求也在不断提高，人们对整车的安全性、动力性乘坐舒适性、操作灵活性、外观设计及环保方面都提出了较高的要求，与此同时对汽车发动机的性能要求也越来越高。

发动机作为汽车的核心部件，其生产、制造技术也在飞速发展，各种全新技术手段及工艺在逐步推广和应用于汽车制造业的各个环节当中。

对承受高温、高压、高负荷工作的缸孔表面来说润滑极为重要，珩磨后形成的微观支撑平台和珩磨网纹的夹角是保证良好润滑的关键。

如果支撑平台过小，发动机磨合期延长，容易造成缸筒早期磨损，支撑平台过大则会造成润滑油量不足而无法形成有效的润滑油膜，不利于活塞环的润滑;如果晰磨网纹夹角太小，发动机趋于无润滑状态，如果珩磨网纹夹角过大，则机油消耗增大。

发动机的这些特殊要求在实际生产中使用普通加工方法是难以实现的，这也是世界各国的汽车制造业无一例外地采用珩磨作为缸孔的最终精加主的原因。

1.2国内外珩磨发展的技术水平国内汽车行业最早采用的是手动珩磨技术，近几年，随着技术的发展，汽车制造业普遍采用的是滑动珩磨技术，少部分先进的汽车加工企业采用平顶珩磨技术。

现在在国外的先进汽车、船舶等企业正在逐步推进使用更为先进的珩磨技术如超声珩磨、电解珩磨、螺旋滑动珩磨、刷珩磨、激光珩磨等。

目前最新开发的珩磨技术为激光珩磨，这种技术可以使缸孔表面槽的宽度、深度、间距等参数具有较高的一致性，只有这样的储油槽才能在缸孔表面形成均匀有效的油膜，更能有效的保护缸孔和活塞，更能提升发动机性能，适应当代发展需求。

二、珩磨加工工艺原理分析2.1珩磨加工机理珩磨加工工艺与普通机械加工的原理不同，珩磨加工工艺的原理与砂轮磨削加工原理极为相近，珩磨的切削加工过程是由裸露在油石外表面而且比较锋利的磨削颗粒形成的。

其它油石上面的磨削颗粒随着加工过程的推进，外表层的磨削颗粒逐步脱落，油石里面的磨削颗粒逐步显现出来参与切削过程。

所有磨削颗粒实际上是在经历同样一个加工过程：滑擦→耕犁→切削。

而珩磨加工有一些显著地特点：珩磨油石线速度较低，基本不会对工件表面造成烧伤；珩磨加工余量较少，所以生产效率较高，批量较大生产宜采用此种方式；珩磨是在被加工工件表面通过切削出的沟槽交叉形成特有的网纹，并通过交叉网纹的角度变化来满足发动机性能的特殊要求的。

气缸孔的珩磨加工过程，好似一个具有较大刀尖圆角半径和很大负前角的刀片在进行加工。

体积及形状都极不规则的磨削颗粒分布在珩磨油石表面，部分未参与真正切削的磨削颗粒在被加工工件表面划出较浅的沟槽，而经过此过程后，磨削颗粒将被加工表面的金属挤向两旁形成图示上的隆起（见图2—1）图2—1 单个磨粒切削后的效果图缸孔珩磨过程中每个磨削颗粒都能形成如图所示的沟槽和隆起。

其中的沟槽在发动机工作过程中起到储存润滑油的作用，而隆起则是阻碍发动机工作的“毛刺”。

整体珩磨加工如图2—2。

图2—2 珩磨的原理图2.2珩磨油石的磨料珩磨油石的磨料对缸孔的加工质量和效率有重大影响，除直接影响缸孔的宏观几何形状精度外，还影响微观的表面结构和润滑油沟的分布。

各种珩磨油石主要采用氧化铝、碳化硅、立方氮化硼、人造金刚石等为磨料，常见的结合剂有陶瓷结合剂、人造树脂结合剂、铜基金属结合剂、银基结合剂以及钻基结合剂等。

烧结成型的珩磨油石内部组织中还存在着大量的气孔，以便积存珩磨加工中产生的切屑。

缸孔珩磨所用珩磨油石多为人造金刚石加金属结合剂在高温、高压下烧结而成，结合剂多为铜基或钻基金属结合剂。

珩磨油石有一个很重要的特点就是具有一定的自砺性。

所谓的自砺性就是磨粒在磨钝后能够及时破碎、脱落，露出新的加工表面。

人造金刚石是在高温高压条件下借助合金的触媒作用由石墨转化而成的晶体，具有极高的硬度。

金刚石磨粒呈结晶体结构，因此有不同的、成一定方向角的劈开面，晶体结晶的凝聚力在与晶体劈开面呈平行的方向上最弱。

在外力与晶体的劈开面向平行时，金刚石磨粒容易在劈开面处破裂、剥落，磨粒可以自动露出新的锋利的切削刃继续参与切削，也就是说晰磨油石的自砺作用好；相反，当外力与劈开面方位垂直时，磨粒不容易在劈开面处破碎，这个方向的自砺作用不好，容易钝化(见图2—3)。

图2—3 磨粒组合下的劈开面2.3珩磨的网纹夹角珩磨的网纹夹角是由晰磨头的冲程速度和珩磨头的转速共同形成的，角度的定义见图2—4，其对珩磨的加工效率、珩磨油石的磨损和加工件的表面质量都有很大的影响。

图2—4 网纹夹角的定义2.4珩磨的网纹夹角与切削效率之间的关系一般来说，在一定范围内网纹角大(小角度范围)，即在珩磨头转速一定的情况下，增大往复速度，作用于磨粒上的切削力方向变化迅速，磨粒脱落较快、自砺性较好，切削效率增大，但被加工工件表面粗糙度变大，超过一定的范围后，珩磨网纹夹角变大珩磨的金属切除率反倒降低。

珩磨网纹夹角与切削效率之间的关系见图2—5，所以一般粗珩夹角为40一60。

之间，精珩夹角为20一40。

之间。

图2—5 珩磨网纹夹角与切削效率之间的关系图三、平顶珩磨3.1平顶珩磨表面形成过程发动机缸孔的平顶珩磨最显著的特点是在粗珩、精珩的基础上增加了平顶珩磨的工艺，其缸孔微观表面形成过程如图3-1 所示：图3—1 平顶珩磨表面的形成过程示意图对汽缸体缸孔粗珩时，一般会选用颗粒度较大金刚石作珩磨油石，主要是使缸孔内表面的尺寸初步快速达到预想的形状及尺寸，为后续珩磨奠定基础。

精珩使用金刚石粒度较细的珩磨油石，目的是将缸孔磨削至尺寸及形状公差基本达到最终的精度要求，这时精珩过程才能够在工件表面上加工出相对较深的划痕，这些划痕即是发动机工作过程中储藏润滑油的沟槽。

图4-1 中左侧的 1 步骤中的加工表面为精珩加工后的微观状态。

图4-1 中左侧的 2 步骤中的加工表面为平顶珩磨后的微观状态。

通过图示对比可以看出在采用粒度极细的碳化硅油石进行平顶珩磨后，精珩加工后所产生的隆起被磨平了，在缸孔表面形成了许多表面粗糙度小且数量较多的光滑的小平台，它们构成了缸孔最终的支撑平面。

平顶珩磨缸孔表面最终状态是精珩和平顶珩的共同作用而形成的（图4-1 中右侧上面的微观表面叠加图），最终表面状态的形成见图4-1 中右侧下面的微观表面形状。

在平顶珩磨后产生了无数的“小平台”，它们在发动机的工作过程中起到了支撑活塞环的作用，在“小平台”之间存在相对较深的沟槽则起到了储存润滑油的作用，这些沟槽里的机油在缸孔表面形成有效的润滑油膜，保证运动的活塞环得到足够的润滑。

因缸孔表面“毛刺”尖峰被磨平，所以很大幅度的降低了发动机的磨合里程及磨合期，降低了缸孔内表面及活塞环的磨损程度，提高了发动机的寿命，提升了发动机的性能。

4.2 平顶珩磨的特点平顶珩磨技术是应用较为普遍的珩磨加工技术，平顶珩磨设备使用的控制系统是设备制造厂家为其量身打造的，在加工过程中它能精确的控制主轴的转速及冲程的速度，从而能够控制珩磨油石在缸孔内表面加工出工艺设定的角度及深度沟槽，再利用极细的碳化硅油石把缸孔内表面的“毛刺”尖峰磨平。

目前平顶珩磨工艺珩磨出来的缸孔与普通珩磨工艺珩磨出来的缸孔相比具有如下优点：1、普通珩磨在缸孔表面形成尖峰与波谷相混杂的特点，而平顶珩磨后在缸孔内表面形成的是光滑的平顶与相对较深的波谷有规律的间隔分布。

2、平顶珩磨在缸孔内表面的微观状态下未形成真正的尖峰，这能有效减少发动机在磨合过程中金属微屑的产生，有效的减小摩擦力，大幅度减少活塞环和缸孔磨损程度。

而普通珩磨会在缸孔表层形成较多的尖峰毛刺，这些尖峰毛刺只能依靠发动机早期的磨合过程中，通过活塞环与缸孔的相对运动将缸孔表面的尖峰毛刺磨去，这极有可能造成缸孔的初期磨损。

3、平顶珩磨技术能够在缸孔表面能够加工出分布均匀、角度与深度一致的沟槽，这就使得缸孔表面储存润滑油的能力增强，同时润滑油分布更加均匀，在活塞环组的工作整个过程中均能形成有效的润滑油膜，极大的改善了活塞环组与缸孔内壁之间的润滑情况，降低了活塞与缸孔的磨损，延长了发动机的使用寿命。

4、平顶珩磨具有气动测量反馈装置，它在整个珩磨过程中对缸孔尺寸进行不间断的实时主动测量，它的基本原理是通过珩磨头导向条与缸孔之间的气体压力来实现的，能够随时测量出缸孔尺寸，并能够将测量结果反馈给计算机，计算机通过不同截面的测量数据，自动计算修复尺寸及形状所需的油石膨胀压力、珩磨主轴上下往复运动的上下止点及往复运动的次数来校正修复缸孔的直径尺寸，但其主要是对缸孔的形状精度进行测量修复，使得缸孔的圆柱度精度满足设计要求。

只有缸孔的尺寸、形状的精度误差满足要求，活塞环组在缸孔内的工作环境才能得到的改善，活塞环组与缸孔内表面的配合面积得到了增加，从而最大程度上减少了活塞环与缸孔内壁之间快速磨损。

4.3网纹夹角α网纹夹角是缸孔珩磨后的沟槽之间交叉角度，它的大小直接影响发动机工作过程中的机油消耗量。

网纹夹角的角度越小，则润滑效果越差，反之角度越大则润滑油消耗增加。

一般取值网纹夹角α＝20°～50°。

每一款发动机缸孔网纹夹角的值应通过发动机台架试验后选择最优的参数指标。

四、滑动珩磨滑动珩磨技术也是平顶珩磨技术的一种，它与平顶珩磨的围观参数指标评价方法一致。

滑动珩磨是在平顶珩磨的基础上，将平顶珩磨过程中的第三阶段使用的碳化硅油石换为极细的金刚石颗粒的油石进行平顶过程。

此种珩磨技术加工出来的缸孔表面，能够在围观表面形成一些微观支撑台，但是这些平台与平顶珩磨形成的“光面平台”不同，它是在“光面平台”的表面加工出一些带有圆滑曲面的细微沟槽，图示4—1中红色曲线部分为平台上面细小的沟槽，这些具有细微沟槽的支撑平台能够在发动机工作过程中使缸孔表面形成更为有效的、更完整的润滑油膜。