珩磨加工问题

发动机缸孔珩磨几何形状的控制

作者：王成伟文章来源：长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心

缸孔珩磨几何形状加工不良和缸盖装配后的气缸孔变形是影响活塞漏气量大和发动机烧机油的重要因素.本文通过常规缺陷预防,增加在线形状修正珩磨和增加模拟压板珩磨工艺等控制方式,使其缸孔几何形状品质有了很好的提升和改善.

缸孔珩磨几何形状加工不良和缸盖装配后的气缸孔变形是影响活塞漏气量大和发动机烧机油的重要因素。本文通过常规缺陷预防、增加在线形状修正珩磨和增加模拟压板珩磨工艺等控制方式，使其缸孔几何形状品质有了很好的提升和改善。

气缸体是联接发动机的曲柄连杆机构、配气机构以及供油、润滑和冷却等机构的核心基础部件。而缸孔是气缸体的关键部位，尤其缸孔珩磨后的加工质量水平直接影响到发动机整机的经济性和动力性，也是决定排放性能能否达标的关键之一。气缸孔珩磨几何形状加工不良和缸盖装配后的气缸孔变形是影响活塞漏气量大、发动机烧机油的重要因素，也是进一步提高发动机产品品质的难点。

缸孔珩磨几何形状过程控制

珩磨作为气缸孔加工中的最后一道关键工序，是提高缸孔尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度的一种必要的磨削工艺。珩磨是利用工件不动，通过涨开机构将珩磨头上的油石径向涨开，压向孔壁，采用液压或伺服驱动装置使珩磨头旋转和往复运动来修正缸孔，来提高精度。

在日常生产过程中，缸孔的几何形状精度超差是缸孔生产中的常见缺陷之一，是影响生产线产品质量控制、生产效率的重要原因之一。通常的解决方式为：现场工程师根据工件的测量报告，分析几何形状的异常现象，继而对珩磨设备进行相应的检查和人工调整，尤其是加工参数的调整，完全依靠人工调试积累的经验或反复的测量、调整尝试，直到满足产品图样要求为止。同时我们也知道，缸孔的形状测量一般采用精密测量间的圆柱度仪进行检测，检测的时间比较长，一般为2～3h（包括清洗、恒温和测量时间），严重影响生产效率。为了最大限度地预防和减少生产线的停线时间，及时保证和恢复生产，我们对新旧设备都采取了相应的解决方法。

1.旧珩磨设备应对控制方法——缺陷矩阵表

现有生产线的珩磨设备因使用年限较久，软件系统版本比较低，很难通过软件升级实现在线缸孔几何形状自动修正功能。通过吸取珩磨厂家的经验和我司自身珩磨过程缺陷调整的案例经验，按照收集、整理以及归纳的方式，总结了一套关于珩磨设备缺陷应对的缺陷矩阵表，如表1所示。

2.新购设备应对控制方法——在线自动修正珩磨

我们知道，在缸孔珩磨工艺过程中，容易产生缸孔圆柱度缺陷的主要有三种类型共5种形式，如图1所示。

影响珩磨几何形状的参数主要有3个：孔的长度、砂条的长度和砂条的伸出长度（砂条在珩磨时伸出孔外的长度）。孔的长度由产品设计确定，砂条的长度根据珩磨厂商的经验，一般在通孔加工中应为孔长的2/3。受工件本身的特性及刀具设计的限制，该长度一旦确定则在后面的生产中也需要保持固定不变。

珩磨时砂条的伸出长度为砂条本身长度的1/3被证明是最理想的，当伸出长度上下对

称时可以得到一个理想的圆柱度。若砂条伸出长度太大时，在孔的两端易造成向外扩张，因为砂条很大的一部分在孔的上下两棱被磨利，并在这一区域造成很大的切削量。除此之外，由于砂条和孔壁的贴靠面积减小，从而增大了涨刀压力，也会造成切削大量，从而造成两端喇叭口的形状。如果砂条伸出长度过小，砂条会在孔的中间部位形成过量切削，从而造成腰鼓性的孔。如果砂条在上端伸出长度大，而下端伸出长度小，砂条会在上端形成过量切削，在下端切削量过少，从而造成锥形的孔，反之则形成倒锥形的孔。

（1）原理分析珩磨加工是一种动态的闭环控制加工方式，压缩空气经由一个旋转气

流分配器进入珩磨头，并通过刀具上的气嘴喷射到被加工的缸孔孔壁上，在气嘴和加工表面之间将产生回弹压力，这个压力差将通过气电转换器转换为电子信号发送到珩磨机的控制系统。控制系统经过内部的计算、对比，并向PLC发出信号，PLC控制程序通过信号对珩磨头的涨舒机构电动机或液压系统进行轴向和径向的控制，实现珩磨过程的实时反馈控制和加工，从而达到对缸孔精度的精确控制。珩磨头结构和气动测量控制原理如图2所示。

根据气动差压式测量原理和圆度、圆柱度的近似两点测量评价方法，我们对珩磨过程

中的缸孔形状进行对比和评估。根据活塞在缸孔中的运行工作区域，将缸孔划分成A、B和C三个界面（活塞的上、下止点和中间位置见图3）。通过测量不同界面的直径，并取所有被测界面示值中的最大值与最小值的一半作为圆柱度误差值，例如孔的平均直径值，通过A 和C截面的孔径值相对B截面孔径值进行比较得出孔的形状，通过比较每个截面测得的孔

径最大值和最小值的一半得出圆柱度误差值。

（2）实现方式根据珩磨头在珩磨缸孔中加工测量的不同时机，可有3种在线自动形状修复功能的实现方式（见表2）。根据各个公司的要求和生产纲领以及对过程质量的认识程度不同，选取的方式也略有差异。目前我司主要采用的实现方式是方式一，即孔的直径在珩磨期间不断地被测量和显示。测量数值的显示从左向右运动（测量数值逐渐变大），宏观形状控制原理图如图4所示。

测量结果将与设定极限进行比较。如果超出设定极限，则触发诸如珩磨力切换、加工完成信息或故障信息等。如果测量数值超出测量开始极限，则开始首次测量往复运动，测量面C、B和A的数值被测出，并将结果显示在测量面A和C上。然后立即计算A-B和C-B，结果同样在测量条形图上显示。比较测量面A和B的测量值，以求出上方的圆柱度。比较测量面B和C的测量值，以求出下方的圆柱度。如果超出黄色/红色极限，往复运动将作出相应的反应。在绿色区域时，则显示圆柱形的孔。

（3）修正方式珩磨机控制系统根据测量的对比结果，通过自动改变行程上偏移、行程下偏移、行程量增加和行程量减少等方式实现缸孔形状修正，如果调整的当前上下换向点的数值等于机床参数内设置的极限上下换向点时，系统将自动执行上下换向点短行程往复运动，直到满足圆柱度形状要求为止。整体控制修正的原理表3所示。