氣缸孔珩磨技術(shù)簡介

摘要?dú)飧资莾?nèi)燃機(jī)重要零件之一，它與活塞、氣缸蓋等組成燃燒室。燃料在氣缸內(nèi)部燃燒，膨脹的氣體推動(dòng)活塞往復(fù)移動(dòng)，通過連桿驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。氣缸外表質(zhì)量較差或長期工作磨損到一定程度，內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能將顯著下降，燃潤料的消耗急劇增加，使內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性變壞。因此,內(nèi)燃機(jī)機(jī)缸體外表質(zhì)量將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能和使用壽命。平頂珩磨、滑動(dòng)滾磨與普通珩磨相比，是一種先進(jìn)的珩磨工藝，具有缸孔外表微觀形貌呈光滑的平頂〔而不是峰尖〕，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、潤滑條件好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。是目前缸孔珩磨工藝的主流。引進(jìn)平頂珩磨和滑動(dòng)滾磨對(duì)于提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率有著重要的意義。本文介紹了國內(nèi)外缸孔珩磨工藝歷程和現(xiàn)狀，對(duì)普通珩磨。平頂珩磨、滑動(dòng)珩磨工藝進(jìn)行了一些比照研究。關(guān)鍵字：氣缸，珩磨工藝，平頂珩磨，滑動(dòng)珩磨

一、緒論1.1選題背景當(dāng)代社會(huì)，汽車作為城市生活的代步工具，已經(jīng)進(jìn)入了大多數(shù)家庭當(dāng)中，他不再是一種奢侈品的象征，而是一種必備的交通工具。在我國，現(xiàn)在汽車年產(chǎn)銷售量已經(jīng)到達(dá)1800萬輛，隨著人們對(duì)汽車使用的普及，人們對(duì)它的要求也在不斷提高，人們對(duì)整車的平安性、動(dòng)力性乘坐舒適性、操作靈活性、外觀設(shè)計(jì)及環(huán)保方面都提出了較高的要求，與此同時(shí)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求也越來越高。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的核心部件，其生產(chǎn)、制造技術(shù)也在飛速開展，各種全新技術(shù)手段及工藝在逐步推廣和應(yīng)用于汽車制造業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中。對(duì)承受高溫、高壓、高負(fù)荷工作的缸孔外表來說潤滑極為重要，珩磨后形成的微觀支撐平臺(tái)和珩磨網(wǎng)紋的夾角是保證良好潤滑的關(guān)鍵。如果支撐平臺(tái)過小，發(fā)動(dòng)機(jī)磨合期延長，容易造成缸筒早期磨損，支撐平臺(tái)過大那么會(huì)造成潤滑油量缺乏而無法形成有效的潤滑油膜，不利于活塞環(huán)的潤滑;如果晰磨網(wǎng)紋夾角太小，發(fā)動(dòng)機(jī)趨于無潤滑狀態(tài)，如果珩磨網(wǎng)紋夾角過大，那么機(jī)油消耗增大。發(fā)動(dòng)機(jī)的這些特殊要求在實(shí)際生產(chǎn)中使用普通加工方法是難以實(shí)現(xiàn)的，這也是世界各國的汽車制造業(yè)無一例外地采用珩磨作為缸孔的最終精加主的原因。1.2國內(nèi)外珩磨開展的技術(shù)水平國內(nèi)汽車行業(yè)最早采用的是手動(dòng)珩磨技術(shù)，近幾年，隨著技術(shù)的開展，汽車制造業(yè)普遍采用的是滑動(dòng)珩磨技術(shù)，少局部先進(jìn)的汽車加工企業(yè)采用平頂珩磨技術(shù)。現(xiàn)在在國外的先進(jìn)汽車、船舶等企業(yè)正在逐步推進(jìn)使用更為先進(jìn)的珩磨技術(shù)如超聲珩磨、電解珩磨、螺旋滑動(dòng)珩磨、刷珩磨、激光珩磨等。目前最新開發(fā)的珩磨技術(shù)為激光珩磨，這種技術(shù)可以使缸孔外表槽的寬度、深度、間距等參數(shù)具有較高的一致性，只有這樣的儲(chǔ)油槽才能在缸孔外表形成均勻有效的油膜，更能有效的保護(hù)缸孔和活塞，更能提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能，適應(yīng)當(dāng)代開展需求。二、珩磨加工工藝原理分析2.1珩磨加工機(jī)理珩磨加工工藝與普通機(jī)械加工的原理不同，珩磨加工工藝的原理與砂輪磨削加工原理極為相近，珩磨的切削加工過程是由裸露在油石外外表而且比擬鋒利的磨削顆粒形成的。其它油石上面的磨削顆粒隨著加工過程的推進(jìn)，外表層的磨削顆粒逐步脫落，油石里面的磨削顆粒逐步顯現(xiàn)出來參與切削過程。所有磨削顆粒實(shí)際上是在經(jīng)歷同樣一個(gè)加工過程：滑擦→耕犁→切削。而珩磨加工有一些顯著地特點(diǎn)：珩磨油石線速度較低，根本不會(huì)對(duì)工件外表造成燒傷；珩磨加工余量較少，所以生產(chǎn)效率較高，批量較大生產(chǎn)宜采用此種方式；珩磨是在被加工工件外表通過切削出的溝槽交叉形成特有的網(wǎng)紋，并通過交叉網(wǎng)紋的角度變化來滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能的特殊要求的。氣缸孔的珩磨加工過程，好似一個(gè)具有較大刀尖圓角半徑和很大負(fù)前角的刀片在進(jìn)行加工。體積及形狀都極不規(guī)那么的磨削顆粒分布在珩磨油石外表，局部未參與真正切削的磨削顆粒在被加工工件外表劃出較淺的溝槽，而經(jīng)過此過程后，磨削顆粒將被加工外表的金屬擠向兩旁形成圖示上的隆起〔見圖2—1〕圖2—1單個(gè)磨粒切削后的效果圖缸孔珩磨過程中每個(gè)磨削顆粒都能形成如下圖的溝槽和隆起。其中的溝槽在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中起到儲(chǔ)存潤滑油的作用，而隆起那么是阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)工作的“毛刺”。整體珩磨加工如圖2—2。圖2—2珩磨的原理圖2.2珩磨油石的磨料珩磨油石的磨料對(duì)缸孔的加工質(zhì)量和效率有重大影響，除直接影響缸孔的宏觀幾何形狀精度外，還影響微觀的外表結(jié)構(gòu)和潤滑油溝的分布。各種珩磨油石主要采用氧化鋁、碳化硅、立方氮化硼、人造金剛石等為磨料，常見的結(jié)合劑有陶瓷結(jié)合劑、人造樹脂結(jié)合劑、銅基金屬結(jié)合劑、銀基結(jié)合劑以及鉆基結(jié)合劑等。燒結(jié)成型的珩磨油石內(nèi)部組織中還存在著大量的氣孔，以便積存珩磨加工中產(chǎn)生的切屑。缸孔珩磨所用珩磨油石多為人造金剛石加金屬結(jié)合劑在高溫、高壓下燒結(jié)而成，結(jié)合劑多為銅基或鉆基金屬結(jié)合劑。珩磨油石有一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是具有一定的自礪性。所謂的自礪性就是磨粒在磨鈍后能夠及時(shí)破碎、脫落，露出新的加工外表。人造金剛石是在高溫高壓條件下借助合金的觸媒作用由石墨轉(zhuǎn)化而成的晶體，具有極高的硬度。金剛石磨粒呈結(jié)晶體結(jié)構(gòu)，因此有不同的、成一定方向角的劈開面，晶體結(jié)晶的凝聚力在與晶體劈開面呈平行的方向上最弱。在外力與晶體的劈開面向平行時(shí)，金剛石磨粒容易在劈開面處破裂、剝落，磨?？梢宰詣?dòng)露出新的鋒利的切削刃繼續(xù)參與切削，也就是說晰磨油石的自礪作用好；相反，當(dāng)外力與劈開面方位垂直時(shí)，磨粒不容易在劈開面處破碎，這個(gè)方向的自礪作用不好，容易鈍化(見圖2—3)。圖2—3磨粒組合下的劈開面2.3珩磨的網(wǎng)紋夾角珩磨的網(wǎng)紋夾角是由晰磨頭的沖程速度和珩磨頭的轉(zhuǎn)速共同形成的，角度的定義見圖2—4，其對(duì)珩磨的加工效率、珩磨油石的磨損和加工件的外表質(zhì)量都有很大的影響。圖2—4網(wǎng)紋夾角的定義2.4珩磨的網(wǎng)紋夾角與切削效率之間的關(guān)系一般來說，在一定范圍內(nèi)網(wǎng)紋角大(小角度范圍)，即在珩磨頭轉(zhuǎn)速一定的情況下，增大往復(fù)速度，作用于磨粒上的切削力方向變化迅速，磨粒脫落較快、自礪性較好，切削效率增大，但被加工工件外表粗糙度變大，超過一定的范圍后，珩磨網(wǎng)紋夾角變大珩磨的金屬切除率反倒降低。珩磨網(wǎng)紋夾角與切削效率之間的關(guān)系見圖2—5，所以一般粗珩夾角為40一60。之間，精珩夾角為20一40。之間。圖2—5珩磨網(wǎng)紋夾角與切削效率之間的關(guān)系圖

三、平頂珩磨3.1平頂珩磨外表形成過程發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的平頂珩磨最顯著的特點(diǎn)是在粗珩、精珩的根底上增加了平頂珩磨的工藝，其缸孔微觀外表形成過程如圖3-1所示：圖3—1平頂珩磨外表的形成過程示意圖對(duì)汽缸體缸孔粗珩時(shí)，一般會(huì)選用顆粒度較大金剛石作珩磨油石，主要是使缸孔內(nèi)外表的尺寸初步快速到達(dá)預(yù)想的形狀及尺寸，為后續(xù)珩磨奠定根底。精珩使用金剛石粒度較細(xì)的珩磨油石，目的是將缸孔磨削至尺寸及形狀公差根本到達(dá)最終的精度要求，這時(shí)精珩過程才能夠在工件外表上加工出相對(duì)較深的劃痕，這些劃痕即是發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中儲(chǔ)藏潤滑油的溝槽。圖4-1中左側(cè)的1步驟中的加工外表為精珩加工后的微觀狀態(tài)。圖4-1中左側(cè)的2步驟中的加工外表為平頂珩磨后的微觀狀態(tài)。通過圖示比照可以看出在采用粒度極細(xì)的碳化硅油石進(jìn)行平頂珩磨后，精珩加工后所產(chǎn)生的隆起被磨平了，在缸孔外表形成了許多外表粗糙度小且數(shù)量較多的光滑的小平臺(tái)，它們構(gòu)成了缸孔最終的支撐平面。平頂珩磨缸孔外表最終狀態(tài)是精珩和平頂珩的共同作用而形成的〔圖4-1中右側(cè)上面的微觀外表疊加圖〕，最終外表狀態(tài)的形成見圖4-1中右側(cè)下面的微觀外表形狀。在平頂珩磨后產(chǎn)生了無數(shù)的“小平臺(tái)”，它們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中起到了支撐活塞環(huán)的作用，在“小平臺(tái)”之間存在相對(duì)較深的溝槽那么起到了儲(chǔ)存潤滑油的作用，這些溝槽里的機(jī)油在缸孔外表形成有效的潤滑油膜，保證運(yùn)動(dòng)的活塞環(huán)得到足夠的潤滑。因缸孔外表“毛刺”尖峰被磨平，所以很大幅度的降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合里程及磨合期，降低了缸孔內(nèi)外表及活塞環(huán)的磨損程度，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。4.2平頂珩磨的特點(diǎn)平頂珩磨技術(shù)是應(yīng)用較為普遍的珩磨加工技術(shù)，平頂珩磨設(shè)備使用的控制系統(tǒng)是設(shè)備制造廠家為其量身打造的，在加工過程中它能精確的控制主軸的轉(zhuǎn)速及沖程的速度，從而能夠控制珩磨油石在缸孔內(nèi)外表加工出工藝設(shè)定的角度及深度溝槽，再利用極細(xì)的碳化硅油石把缸孔內(nèi)外表的“毛刺”尖峰磨平。目前平頂珩磨工藝珩磨出來的缸孔與普通珩磨工藝珩磨出來的缸孔相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、普通珩磨在缸孔外表形成尖峰與波谷相混雜的特點(diǎn)，而平頂珩磨后在缸孔內(nèi)外表形成的是光滑的平頂與相對(duì)較深的波谷有規(guī)律的間隔分布。2、平頂珩磨在缸孔內(nèi)外表的微觀狀態(tài)下未形成真正的尖峰，這能有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)在磨合過程中金屬微屑的產(chǎn)生，有效的減小摩擦力，大幅度減少活塞環(huán)和缸孔磨損程度。而普通珩磨會(huì)在缸孔表層形成較多的尖峰毛刺，這些尖峰毛刺只能依靠發(fā)動(dòng)機(jī)早期的磨合過程中，通過活塞環(huán)與缸孔的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將缸孔外表的尖峰毛刺磨去，這極有可能造成缸孔的初期磨損。3、平頂珩磨技術(shù)能夠在缸孔外表能夠加工出分布均勻、角度與深度一致的溝槽，這就使得缸孔外表儲(chǔ)存潤滑油的能力增強(qiáng)，同時(shí)潤滑油分布更加均勻，在活塞環(huán)組的工作整個(gè)過程中均能形成有效的潤滑油膜，極大的改善了活塞環(huán)組與缸孔內(nèi)壁之間的潤滑情況，降低了活塞與缸孔的磨損，延長了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。4、平頂珩磨具有氣動(dòng)測(cè)量反應(yīng)裝置，它在整個(gè)珩磨過程中對(duì)缸孔尺寸進(jìn)行不間斷的實(shí)時(shí)主動(dòng)測(cè)量，它的根本原理是通過珩磨頭導(dǎo)向條與缸孔之間的氣體壓力來實(shí)現(xiàn)的，能夠隨時(shí)測(cè)量出缸孔尺寸，并能夠?qū)y(cè)量結(jié)果反應(yīng)給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過不同截面的測(cè)量數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算修復(fù)尺寸及形狀所需的油石膨脹壓力、珩磨主軸上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的上下止點(diǎn)及往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)來校正修復(fù)缸孔的直徑尺寸，但其主要是對(duì)缸孔的形狀精度進(jìn)行測(cè)量修復(fù)，使得缸孔的圓柱度精度滿足設(shè)計(jì)要求。只有缸孔的尺寸、形狀的精度誤差滿足要求，活塞環(huán)組在缸孔內(nèi)的工作環(huán)境才能得到的改善，活塞環(huán)組與缸孔內(nèi)外表的配合面積得到了增加，從而最大程度上減少了活塞環(huán)與缸孔內(nèi)壁之間快速磨損。4.3網(wǎng)紋夾角α網(wǎng)紋夾角是缸孔珩磨后的溝槽之間交叉角度，它的大小直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的機(jī)油消耗量。網(wǎng)紋夾角的角度越小，那么潤滑效果越差，反之角度越大那么潤滑油消耗增加。一般取值網(wǎng)紋夾角α＝20°～50°。每一款發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔網(wǎng)紋夾角的值應(yīng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)后選擇最優(yōu)的參數(shù)指標(biāo)。

四、滑動(dòng)珩磨滑動(dòng)珩磨技術(shù)也是平頂珩磨技術(shù)的一種，它與平頂珩磨的圍觀參數(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法一致?；瑒?dòng)珩磨是在平頂珩磨的根底上，將平頂珩磨過程中的第三階段使用的碳化硅油石換為極細(xì)的金剛石顆粒的油石進(jìn)行平頂過程。此種珩磨技術(shù)加工出來的缸孔外表，能夠在圍觀外表形成一些微觀支撐臺(tái)，但是這些平臺(tái)與平頂珩磨形成的“光面平臺(tái)”不同，它是在“光面平臺(tái)”的外表加工出一些帶有圓滑曲面的細(xì)微溝槽，圖示4—1中紅色曲線局部為平臺(tái)上面細(xì)小的溝槽，這些具有細(xì)微溝槽的支撐平臺(tái)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中使缸孔外表形成更為有效的、更完整的潤滑油膜。由于平頂珩磨加工的平臺(tái)外表平整光滑，這些“光面平臺(tái)”將缸孔外表分割出許多不連續(xù)完整的區(qū)域，平頂珩磨后的缸孔外表形成不了完整的潤滑油膜，而滑動(dòng)珩磨是將這些不完整的平臺(tái)給予相互連接，所以滑動(dòng)珩磨技術(shù)又進(jìn)一步改善了缸孔與活塞環(huán)工作結(jié)合面的潤滑條件，到達(dá)了降低缸孔外表及活塞環(huán)外表磨損程度的目的，減少了運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦副，到達(dá)提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能及可靠性指標(biāo)。圖4—1滑動(dòng)珩磨微觀外表示意圖

結(jié)論中國的汽車行業(yè)已逐漸進(jìn)入微利時(shí)代，特別是受金融危機(jī)影響,國內(nèi)市場(chǎng)和國際市場(chǎng)的競(jìng)爭日趨劇烈，企業(yè)要想持續(xù)的開展，就要不斷地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。而發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是衡量汽車的最主要的指標(biāo)，在發(fā)動(dòng)機(jī)中，缸孔的加工精度油石直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的最主要的因素。在國內(nèi)，平頂珩磨和滑動(dòng)珩磨工藝的運(yùn)用還是近幾年的事，并且，從微觀的角度分析珩磨工藝原理，在國內(nèi)還沒有類似的介紹文獻(xiàn)，尤其是針對(duì)具體材料的珩磨參數(shù)確實(shí)定更是鮮有介紹。而珩磨工藝的研究直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的加工平，因此，對(duì)從微觀角度進(jìn)行珩磨技術(shù)分析的工作就顯得尤為重要。在珩磨技術(shù)中，即使先進(jìn)的汽車加工企業(yè)，國內(nèi)的珩磨技術(shù)尚處在平頂珩磨階段，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)珩磨技術(shù)還需要進(jìn)行詳細(xì)的理論分析，以便提高汽車行業(yè)的加工水平，對(duì)珩磨技術(shù)必須進(jìn)行全面的技術(shù)分析。不斷地通過新產(chǎn)品開拓新市場(chǎng)是企業(yè)開展的不竭動(dòng)力。而新的產(chǎn)品由科研向批生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的過程又是一個(gè)極其艱難的技術(shù)運(yùn)用的過程。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)