缸孔平台珩磨工艺及常见问题的解决

的作用下可大大减少油膜中断的几率 ,从而明显改 善供油和油膜分布状态 。小平台因网纹相互隔离 , 不会形成较大面积的连续干摩擦区或边界摩擦区 (半干摩擦区) ,从而可大大降低熔着磨损扩大化的 几率 。因此 ,多网纹小平台可使摩擦副的润滑状况 大为改善 ,从而延长缸套 (缸体) —活塞环摩擦副的 使用寿命 ,并显著降低机油油耗量和燃料消耗 。只 要保证缸套 (缸体) 和活塞环的制造精度 ,保证两者 配合良好及适度润滑 ,就能大大缩短发动机的磨合 期 。因此 ,平台网纹珩磨技术在现代汽车制造业已 得到大力推广和广泛应用 。
平台网纹珩磨技术是一种在发动机行业应用广 泛的先进加工技术 ,主要用于发动机缸孔或缸套的 加工 ,尤其适用于精密配合运动偶件的加工 。
平台网纹珩磨可使工件表面形成许多密集的螺 旋状平台网纹 ,其中的沟槽能增强工件表面储存润 滑油的能力 。这些网纹沟槽相互贯通 ,在储油油压
收稿日期 :2007 年 2 月
图 1 有益气孔
图 2 铸造缺陷
另外 ,有时还可看到明显的划伤痕迹 。一般来 说 ,这是珩磨时 (尤其是半精珩 、精珩时) 有外部杂质 介入造成的 ,如珩磨油石脱粒过快 、珩磨冷却油过 脏 、铸造砂眼中存留有砂子等 。
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3 缸孔珩磨中的常见问题及解决方法
(1) 表面粗糙度的控制 表面粗糙度值的大小在珩磨机上是可调的 ,但 在珩磨加工中经常遇到粗糙度不均匀的问题 ,主要 由以下 3 个原因造成 : ①前序几何精度超差过大 。珩磨加工中粗糙度 不均匀大多是由珩磨前序 (精镗) 中几何精度超差所 致 。精镗几何精度超差包括缸孔 (缸套) 的圆度 、圆 柱度 、位置度等超差 。珩磨余量过小也是造成此类 问题的原因之一 。 ②珩磨头存在问题 。包括 :珩磨头顶杆的长度 不合适 ;砂条座间隙大小不合适 ,影响涨出和回缩 ; 砂条座弹簧松紧不合适 ;同时工作的砂条几何精度 (砂条外径的圆度 、圆柱度等) 不达标 ;珩磨头砂条外 圆与珩磨孔直径不匹配等 。 ③珩磨条 (珩磨油石) 性能和质量的影响 。例 如 :金刚石颗粒的形状及大小不合适 、均匀性差 ,或 结合剂 、疏松度不匹配等 。 因此 ,在发现珩磨粗糙度不均匀时应具体分析 其原因 ,针对不同情况采取不同措施 。 (2) 沟槽数量的控制 网纹的有效沟槽 (即有一定深度的沟槽) 的数量 是缸体珩磨中最关键的问题之一 。缸体中有效沟槽 的多少直接影响发动机活塞副的功效 、寿命以及发 动机的排放质量和机油消耗 。各公司根据发动机的 用途 、性能不同 ,对单位长度内的沟槽数量有不同的 要求和标准 。影响有效沟槽数量的因素包括 : ①珩磨油石中金刚石的形状 、粒度 、浓度及性能 直接影响有效沟槽数量 ,粒度过粗 、浓度过低都会导 致有效沟槽数量过少 。 ②精珩量过大也会影响有效沟槽数量 ,即原有 足够数量的有效沟槽会被精珩平顶珩掉 。因此精珩 量一般应控制在 5～8μm 以内 。 ③增加有效沟槽数量的方法包括 :适当降低珩 磨油石粒度 ,同时适当减小精珩量 。如需保证原有 加工节拍 ,就必须采取相应措施 ,如提高主轴转速 、 增加设备数量等 。 (3) 其它珩磨缺陷 ①黑色划痕 在平台网纹珩磨中 ,有时在珩磨完成后的缸孔 中可看到黑色亮带或划痕 。经反复检测和观察发 现 ,在珩磨头完成操作退出缸孔时 ,珩磨条已收进珩 磨头本体 。产生这种痕迹的原因是珩磨主轴 、珩磨
平台网纹珩磨主要有以下几种加工方式 : (1) 机械平台网纹珩磨 机械平台网纹珩磨是使用带有自动测量功能的 双进给珩磨头 ,在双进给珩磨机上通过两次涨刀实
采 集 与 处 理 ; C8051F350 通 过 串 口 中 断 接 收 C8051F320 的指令数据 。C8051F350 软件处理流程 见图 3 。
工件压板或导向套与缸孔之间存在位置度误差 ,在 珩磨头退出缸孔的瞬间 ,珩磨头上的硬质合金导向 条接触缸孔表面造成侧向挤压 。此时侧向力很小 , 接触面积较大 ,这种黑色痕迹是轻微碾压的结果 ,但 不会对粗糙度和沟槽造成任何影响 ,因此对珩磨后 的缸孔质量基本无影响 。
②深沟 (孔) 缺陷 在检验报告上看到粗糙度曲线中出现较深凹 槽 ,常认为是珩磨质量问题 ,即沟槽过深 。对此应作 具体分析 。首先 ,粗糙度测量仪检测的是线性轨迹 , 不能全面反映表面缺陷 。其次 ,粗珩条的金刚石颗 粒不可能产生如此深的沟槽 。由于缸体材质为灰铸 铁 ,粗糙度曲线中反映的深沟常常是铸件中的微型 气孔 (图 1) 。这种气孔不仅不会影响缸孔 (缸套) 质 量 ,而且对缸孔的含油润滑性有益 (这在网纹的复印 胶片上可看得很清楚) 。美国福特公司生产的一种 铸造合金缸体专门利用这种微型气孔进行润滑 。另 外 ,还有一些大气孔属于铸造缺陷 (砂眼) (图 2) ,与 珩磨无关 ,应对铸件进行检查 。
参考文献
1 贾光政 , 高怀有. 一种新型扭矩扳手. 机械工程师 , 2000 (1) : 19～20 第一作者 :王金江 ,硕士研究生 ,山东大学机械工程学院
数控技术中心 ,250061 济南市
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缸孔平台珩磨工艺及常见问题的解决
任光怡
天津一汽夏利股份有限公司
珩磨是机械加工中常用的一种精加工工艺 ,通 过珩磨可获得很高的尺寸精度和表面质量 。在发动 机制造行业 ,珩磨工艺主要用于缸体的缸孔和连杆 孔的加工 。本文主要讨论发动机缸体的缸孔珩磨加 工。
1 平台网纹珩磨技术综述
5 结论
本文设计开发的扭矩扳手测控系统具有以下特 点:
(1) 测 量 范 围 宽 : 电 压 测 量 范 围 可 达 - 215 ～ 215V ;
(2) 测量通道多 :可达 4 个模拟量差分输入通 道;
(3) 测 量 精 度 高 : 微 弱 信 号 可 内 部 程 控 放 大 (PGA) ,经试验测定 ,有效精度可达 16 位 。此外 ,经 工业现场使用验证 ,表明该系统抗干扰能力强 ,动态 性能良好 ,重复精度及准确度高 (精度可达 011 %) , 达到了国外同类产品的先进水平 。该测控系统同样 适用于其他微弱电压信号测量场合 ,具有广泛的应 用前景 。
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现粗 、精珩磨 。首先在粗珩磨时磨到基本尺寸 ;然后 在半精珩磨时磨出沟槽网纹 ;最后在精珩磨时磨出 平台 。
平台网纹珩磨增大了网纹平台表面 ,虽然其承 载面积比普通精密珩磨的承载面积稍小 ,但只要保 证在一定的支撑率范围内 ,其特有的深沟网纹就可 以储存足够的润滑油 ,生成的油膜可减小气缸套内 孔表面的磨损 ,缩短磨合时间 ,提高缸孔寿命 ,减少 燃料消耗 ,延长三元催化器的寿命 。
C8051F320 软件编程是通过串口中断方式接收 C8051F350 发送的 A/ D 转换数据 ,由主程序进行数 据处理 ,转换为显示代码用数码管显示并将数据存 储 到 铁 电 存 储 器 中 ,以 备 PC机 读 取 ;查 询 功 能 按
图 4 C8051F320 软件流程图
键 ,在有键按下的情况下 ,发送指令到 350 上 ,并执 行相应的功能模块 。C8051F320 的软件处理流程见 图 4。
修 ,因此在现今的汽车制造业中仍然得到广泛应用 。
2 平台珩磨的基本要素
(1) 表面粗糙度 表面粗糙度是珩磨工艺中最重要的指标之一 。 在平台珩磨中 ,平台表面粗糙度值越小 ,支撑率和耐 磨损性能越好 。但是 ,加工中提到的表面粗糙度一 般是指平台表面粗糙度与沟槽的综合粗糙度 。因 此 ,沟槽的数量和深度是影响表面粗糙度的主要因 素。 一般来说 ,表面粗糙度对工件使用性能的影响 包括 : ①影响摩擦和磨损 ; ②影响配合性质 ; ③影响 零件强度 ; ④影响抗腐蚀性 ; ⑤影响导热性和涂层附 着性 。具体到缸孔上 ,如表面粗糙度值过小 ,容易发 生干摩擦现象并有“抱缸”的危险 ;如表面粗糙度值 太大或沟槽太多 ,容易导致活塞副寿命缩短 ,间隙过 大 ,容易造成烧机油现象和燃料损耗过大 。 (2) 沟槽 与早期的普通缸孔珩磨相比 ,平台网纹珩磨的 最大特点之一是增加了均匀的网状沟槽 ,大大提高 了机油储油含量 ,增加了活塞副的润滑性能 。沟槽 的主要性能指标包括 : ①沟槽深度 :根据液体张力原 理 ,窄而深的沟槽储油性能较好 。各公司都有自己 的沟槽深度标准 ,精珩平顶后的沟槽标准深度通常 为 4～6μm 或稍深 ,同时 ,宽度在 1～3μm 的沟槽称 为有效沟槽 。 ②沟槽数量 : 指标准长度 ( L = 418～ 5mm) 内的有效沟槽数量 。 ③支撑率 :较大的支撑率 可以形成良好的平台支撑效果 。根据发动机性能要 求的不同 ,各公司对支撑率的要求也不同 ,一般支撑 率在 70 %～80 %最佳 ,至少应达到 60 %以上 。 (3) 几何精度 几何精度是发动机缸孔最重要的技术指标之 一 。各生产企业因发动机缸体的材质 、结构 (缸孔周 边壁厚及冷却构造等) 不同 ,对几何精度的要求也不 同 。必须检测和进行质量控制的几何精度包括圆 度 、圆柱度和直线度 。为了保证活塞副配合间隙的 均匀性 ,降低机油和燃料损耗 ,必须严格控制几何精 度 。由于发动机工作状况恶劣 ,对冷变形量 (装配变 形量) 和热变形量 (工作变形量) 也必须进行控制 。 有时因变形造成的几何精度问题对发动机机油和燃 料损耗的影响比单纯的粗糙度问题更严重 、更隐蔽 (不易检测) ,解决起来也更困难 、更复杂 。因此在缸 体和缸盖的设计制造中 ,应尽量减小变形因素导致 的几何精度变化 。
(2) 激光平台网纹珩磨 近年来 ,随着激光技术的迅猛发展 ,激光珩磨已 逐步应用于发动机制造业 。激光珩磨是利用激光技 术实现平台网纹造型与珩磨的复合加工技术 。它由 粗珩 、激光造型和精珩三道工序组成 。与机械珩磨 相比 ,主要区别是利用激光进行网纹造型 。用激光 打出的网纹分布均匀 、深度一致 ,且网纹的密度和深 度易于调整 ,因此其质量可控性优于机械网纹珩磨 , 可大大降低废品率 。采用激光珩磨加工的汽车发动 机可降低耗油量 ,延长三元催化器的寿命 ,降低排 放 ,减少磨损 。但目前激光珩磨设备价格昂贵 ,加工 成本较高 ,操作相对复杂 ,维修比较困难 。随着设备 自动化以及生产效率提高和成本降低 ,激光珩磨已 成为汽车发动机缸体加工的重要发展方向 。 (3) 金刚砂 —液体喷射法 (微坑珩磨) 微坑珩磨法是在平台珩磨技术的基础上 ,利用 材料的性能增加汽缸体的储油能力 。采用确定含量 (0104 %) 的钛对珠光体灰铸铁进行合金化 ,钛与氮 和碳生成氮化钛和碳化钛 ,它们以有棱边 (棱边长度 < 5μm) 的生成物形式镶嵌在铸件组织中 。在机械 加工过程中 ,氮化钛和碳化钛会使气缸筒内壁形成 许多罐状溶洞 ,如同一个个储存机油的口袋 ,它们随 机分布在气缸筒表面上 ,形成一个微型压力室系统 。 通过调整钛含量可以控制溶洞的数量 ,当钛含量为 0104 %时 ,每 cm2 约有 40 个溶洞 。由于机油不会从 微型压力室中挤出 ,在缓冲作用下 ,活塞环会发生 “悬浮”或“滑移”,从而使发生混合摩擦的可能性下 降 ,同时意味着能够减少摩擦损失 ,Leabharlann Baidu升发动机功 率。 采用微坑珩磨加工的缸体储油性能比普通平台 网纹珩磨效果更好 ,只是工艺要求更复杂 ,技术含量 和材料成本更高 。由于该工艺会增加发动机的生产 成本 ,因此主要应用于中 、高档汽车发动机上 。 相对于激光珩磨和微坑珩磨 ,机械平台珩磨技 术更为成熟 ,加工成本较低 ,操作相对简单且易于维