珩磨技術(shù)在高精度孔系加工中的應(yīng)用①

徐華鳴，張鳳鳴，張 靜

（鄭州市鉆石精密制造有限公司，鄭州 450016）

1 珩磨技術(shù)的引進(jìn)

珩磨技術(shù)是隨著汽車(chē)的誕生和發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)中的缸孔與活塞是最重要的摩擦副，其性能優(yōu)劣和工作的狀態(tài)直接影響汽車(chē)產(chǎn)品的質(zhì)量、品位、使用壽命和人類(lèi)的生存環(huán)境，所以自汽車(chē)發(fā)明以來(lái)，人們一直在探討缸孔工作表面精密制造技術(shù)。

珩磨是用鑲嵌在珩磨頭上的油石對(duì)工件表面施加一定壓力，珩磨工具或工件同時(shí)做相對(duì)旋轉(zhuǎn)和軸向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切除工件上極小余量的精加工方法。珩磨方法從汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、汽油機(jī)）的應(yīng)用，到摩托車(chē)、拖拉機(jī)缸體的應(yīng)用，再到飛機(jī)零部件、導(dǎo)彈、坦克、槍炮、船舶、工業(yè)縫紉機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、液壓氣動(dòng)、制動(dòng)器、油泵油嘴、軸承、工程機(jī)械、管樂(lè)器、光纖電纜的連接口等等，應(yīng)用范圍非常廣泛。

2 珩磨的工作原理

珩磨條裝在珩磨頭上，由珩磨機(jī)主軸帶動(dòng)珩磨頭做旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)其中的脹縮機(jī)構(gòu)使珩磨條伸出，向孔壁施壓以做徑向脹開(kāi)運(yùn)動(dòng)，實(shí)施珩磨加工。

珩磨加工時(shí)，珩磨頭圓周上的珩磨條與孔壁的重疊接觸點(diǎn)相互干涉，一方面珩磨條將孔壁上的干涉點(diǎn)磨去，另一方面孔壁也相應(yīng)地使珩磨條上面的磨粒尖角或整個(gè)磨粒破碎或脫落，珩磨條與孔壁在珩磨過(guò)程中相互修整。再就是由于珩磨頭在珩磨過(guò)程中，既有旋轉(zhuǎn)又有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使工件孔的加工表面形成交叉的螺旋線切削軌跡。由于每一次往復(fù)行程時(shí)間內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)數(shù)為非整數(shù)，兩次行程間又錯(cuò)開(kāi)一定位置，這樣復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)使珩磨條的每一磨粒在孔壁上運(yùn)動(dòng)的軌跡不重復(fù)。在整個(gè)珩磨過(guò)程中，孔壁與珩磨條上的每一點(diǎn)相互干涉的機(jī)會(huì)差不多均等。這樣在孔壁和珩磨條間就會(huì)不斷產(chǎn)生新的干涉點(diǎn)，又不斷將這些干涉點(diǎn)磨去，使孔壁和珩磨條的接觸面積不斷增加，相互干涉的作用和切削作用不斷減弱，孔與珩磨條面得圓度和圓柱度不斷提高，孔壁的粗糙度降低，達(dá)到尺寸要求精度后，珩磨條縮回，珩磨頭推出工件孔，完成孔的珩磨。

3 珩磨加工的應(yīng)用

3.1 珩磨加工應(yīng)用方式

在發(fā)動(dòng)機(jī)加工中珩磨的加工分以下幾種方式：

（1）缸體內(nèi)孔表面形成

缸孔是氣體壓縮燃燒和膨漲的空間，并對(duì)活塞起導(dǎo)向作用，缸體內(nèi)孔表面是發(fā)動(dòng)機(jī)磨損最嚴(yán)重的表面之一，它決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的大修期和壽命。

珩磨是缸體內(nèi)孔的最后精加工工序，珩磨后的表面具有交叉網(wǎng)紋，有利于潤(rùn)滑油的貯存和油膜的保持，并具有較高的支承率，能承受較大的載荷，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)。

（2）曲軸孔的珩磨加工

曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的運(yùn)動(dòng)部件，曲軸孔的加工質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能將有極大的影響，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸孔工藝的要求一般比較嚴(yán)格，包括直徑、位置度、圓度、各檔曲軸孔中心的直線度及表面粗糙度等。

珩磨加工有利于減小曲軸孔表面的殘余應(yīng)力，提高表面質(zhì)量。珩磨時(shí)采用的切削液大都采用過(guò)濾過(guò)的煤油或煤油加錠子油，也可采用極壓乳化液。方便沖刷切屑，避免堵塞珩磨條，同時(shí)降低切削區(qū)的溫度和表面粗糙度。

（3）連桿內(nèi)孔（大、小端）的珩磨加工

連桿是連接活塞和曲軸的中間部件，主要作用是將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿的加工精度將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，其中連桿大、小頭孔的加工是連桿機(jī)械加工的重要工序，它的加工精度對(duì)連桿質(zhì)量有較大的影響。

珩磨加工后使得連桿大頭孔公差等級(jí)達(dá)到IT6，表面粗糙度Ra不大于0.4μm；小頭孔公差等級(jí)為IT8，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。滿(mǎn)足了加工精度的需求。

（4）噴油嘴活塞珩磨加工

在噴油嘴及一些微細(xì)小孔的加工中，珩磨加工可以提高孔表面粗糙度差，使噴油嘴流量系數(shù)達(dá)到0.8以上；可以消除壓力室與噴孔處的毛刺，擴(kuò)大其相貫線處的圓角，減少高壓油的壓力損失；降低噴孔表面的粗糙度，增加油的流速，獲得良好的霧化效果；可提高噴油嘴的流量系數(shù)，使動(dòng)態(tài)噴霧角度和流量趨于一至，能降低油耗和排放指標(biāo)。

3.2 珩磨加工精度

珩磨是用鑲嵌在珩磨頭上的油石（又稱(chēng)珩磨條）對(duì)精加工表面進(jìn)行的精整加工。又稱(chēng)鏜磨。主要加工直徑5～500mm甚至更大的各種圓柱孔，孔深與孔徑之比可達(dá)10或更大。在一定條件下，也可加工平面、外圓面、球面、齒面等。

為提高缸孔的機(jī)械性能，人們對(duì)缸孔加工后的表面粗糙度要求進(jìn)行了量化細(xì)分，并嚴(yán)格進(jìn)行檢測(cè)，這大大提高了缸孔的使用壽命。即增加了：

Rpk—— 減縮的頂峰高度

Rk——心部粗糙深度

Rvk——減縮的溝槽深度

珩磨后，孔的尺寸精度為IT7～4級(jí)，表面粗糙度可達(dá)Ra0.32～0.04μm。珩磨余量的大小，取決于孔徑和工件材料，一般鑄鐵件為0.02～0.15mm，鋼件為0.01～0.05mm。珩磨頭的轉(zhuǎn)速一般為100～200r／min，往返運(yùn)動(dòng)的速度一般為15～20m／min。為沖去切屑和磨粒，改善表面粗糙度和降低切削區(qū)溫度，操作時(shí)常需用大量切削液，如煤油或煤油內(nèi)加少量錠子油，有時(shí)也用極壓乳化液。

3.3 珩磨的加工特點(diǎn)

珩磨是磨削加工的特殊形式，它的實(shí)質(zhì)是低速磨削，也是一種高效率的光整加工方法。珩磨頭外周鑲有1～18根長(zhǎng)度約為孔長(zhǎng)1／3～3／4的珩磨條，在珩磨孔時(shí)既旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又往返運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)珩磨頭中的彈簧或液壓控制而均勻外漲，所以與孔表面的接觸面積不斷較大，加工效率較高。它具有以下加工特點(diǎn)：

（1）珩磨的表面質(zhì)量好，珩磨后表面粗糙度可達(dá)Ra0.8～0.2

（2）交叉網(wǎng)紋有利于貯油潤(rùn)滑，實(shí)現(xiàn)平頂珩磨，去除網(wǎng)紋的頂尖，可獲得較好的相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦，獲得較理想的表面質(zhì)量。

（3）加工精度高，圓度、圓柱度可達(dá)0.5μm ；軸線直線度可達(dá)1μm。

4 珩磨技術(shù)的發(fā)展前景

隨著許多高科技產(chǎn)品的日益發(fā)展，機(jī)械加工材料種類(lèi)日益增多，加工難度增大，與之相應(yīng)的加工技術(shù)被賦予越來(lái)越高的要求，尤其是在精加工系統(tǒng)領(lǐng)域的珩磨加工，不僅要求在大批量生產(chǎn)中能夠盡可能地延長(zhǎng)刀具的使用壽命，同時(shí)，除了幾何精度的要求外，還要求工件加工表面的邊緣層具有較高的耐用度。

珩磨工藝的發(fā)展受多種因素的影響，如：珩磨前的預(yù)加工、零件材料的特性、零件工藝性能要求、加工公差以及零件不斷小型化的發(fā)展趨勢(shì)等，這些要求推動(dòng)了珩磨技術(shù)近幾年來(lái)的快速發(fā)展。由于珩磨具有較好的適應(yīng)能力，成為當(dāng)前最具發(fā)展?jié)撃艿目准庸な侄沃唬磥?lái)精加工孔系領(lǐng)域中，珩磨加工技術(shù)必將得到廣泛應(yīng)用。