珩磨網(wǎng)紋完整性工藝應用研究*

楊守軍,馬洪俠,陳政弘,唐靈聰,李紅旗,王瑞平,2

(1.寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司,浙江寧波 315336;2.浙江吉利羅佑發(fā)動機有限公司,浙江寧波 315800)

珩磨網(wǎng)紋完整性工藝應用研究*

楊守軍1,馬洪俠1,陳政弘1,唐靈聰1,李紅旗1,王瑞平1,2

(1.寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司,浙江寧波 315336;2.浙江吉利羅佑發(fā)動機有限公司,浙江寧波 315800)

缸孔是發(fā)動機燃燒室的心臟部件,引導活塞做往復直線運動。缸孔表面網(wǎng)紋的質(zhì)量直接影響著發(fā)動機排放和使用性能。珩磨是加工缸孔內(nèi)表面網(wǎng)紋的重要手段之一。表面網(wǎng)紋參數(shù)與進給速度、轉(zhuǎn)速、砂條數(shù)量、越程量等息息相關。在其他條件均固定的前提下,研究越程量對網(wǎng)紋完整性的影響。結(jié)果表明:當越程量L0在一定范圍時網(wǎng)紋具備完整性,當越程量L0=28.791時,多次沖程軌跡重復,缸孔表面存在未加工區(qū)域,網(wǎng)紋不完整。提出的計算方法可用于指導網(wǎng)紋質(zhì)量調(diào)整。

篩分機;發(fā)動機;珩磨;網(wǎng)紋

0 引 言

隨著世界環(huán)境的惡化,人民的環(huán)保意識日益加強,因此各國對排放的要求越來越高[1],汽車作為全世界主要的交通運輸工具,其排放備受業(yè)界關注,氣缸套缸孔珩磨機技術應運而生。隨著科學技術的發(fā)展,國內(nèi)外珩磨機技術也有原來的傳統(tǒng)珩磨、平臺網(wǎng)紋珩磨擴展到超聲波珩磨、激光珩磨等[2]。

珩磨是磨削加工的特殊形式,又是精加工中一種高效加工方法。這種工藝不僅能去除較大的加工余量,而且是一種提高零件尺寸、幾何形狀精度和表面粗糙度的有效加工方法[3],是汽缸體加工中必不可少的工藝技術。平臺網(wǎng)紋珩自身具備其他珩磨技術所不具備的優(yōu)點,因此其應用程度經(jīng)久不衰。筆者以平臺網(wǎng)紋珩為基礎,根據(jù)實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問題進行深入研究,以求尋找出最佳的方案,提高平臺網(wǎng)紋珩的網(wǎng)紋質(zhì)量。

1 珩磨加工特點[3]

1.1 加工范圍廣

主要加工各種圓柱形孔(如光通孔)、軸向和徑向有間斷孔(如鍵槽孔、花鍵孔、盲孔等)。另外,使用專用珩磨頭還可以加工圓錐孔、橢圓孔等,但由于其珩磨頭的結(jié)構(gòu)相對較復雜,一般不用。產(chǎn)品質(zhì)量要求較高,去除余量較小的情況下也可使用外圓珩磨工藝珩磨圓柱體。目前國內(nèi)外珩磨條使用材料為金剛石和立方氮化硼,這兩種材料具有較高的硬度和耐磨性,因此珩磨幾乎可以加工任何材料工件。

1.2 加工精度高

對于一些中小型的光通孔,珩磨后其圓柱度可達到0.001 mm,一些壁厚不均勻的零件(如連桿),其圓柱度可達到0.002 mm,對于大孔(孔徑≤200 mm)圓柱度可達到0.005 mm。若孔徑?jīng)]有環(huán)槽等,珩磨后直線度可以達到0.01 mm。

1.3 表面質(zhì)量好

珩磨機平臺網(wǎng)紋珩后表面為網(wǎng)紋,有利于潤滑油的存儲及油膜的保持。珩磨條與工件接觸為面接觸,能承受較大載荷,耐磨損。與磨削相比,珩磨切削壓力小,相對速度低,因而發(fā)熱量小,工件表面基本不會產(chǎn)生熱損傷和變質(zhì)層[3]。

2 珩磨網(wǎng)紋形成原理

2.1 珩磨加工原理[4]

珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條珩磨條,由漲開機構(gòu)將珩磨條沿徑向漲開,使其壓向工件孔壁,以便產(chǎn)生一定的面接觸。同時使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復運動,零件不動;或者珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運動,工件往復運動,從而實現(xiàn)對孔的精加工。

2.2 網(wǎng)紋形成原理[5]

珩磨時珩磨頭的旋轉(zhuǎn)和往復運動或珩磨頭的旋轉(zhuǎn)和工件的往復運動,在加工表面形成螺旋線的切削軌跡。由于珩磨頭表面分布多條珩磨條,并且在每一次往復行程時間內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)數(shù)不是整數(shù),因而兩次行程間,珩磨頭相對工件在周向?qū)㈠e開一定角度(α),珩磨頭上的每一個磨粒在孔壁上的運動軌跡不會重復,如此多次往復運動,在工件表面形成均勻珩磨交叉網(wǎng)紋。

從圖1可看出,珩磨網(wǎng)紋角度θ與旋轉(zhuǎn)速度V旋和V往相關,通過調(diào)整V旋和V往可以調(diào)整網(wǎng)紋角度的大小,而網(wǎng)紋的覆蓋率(網(wǎng)紋完整性)則與每次周向轉(zhuǎn)角(α)和珩磨沖程系數(shù)有關。在加工過程中,V旋、V往、每次周向轉(zhuǎn)角(α)、沖程次數(shù)需達到一個平衡點,才能獲得滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的產(chǎn)品。

圖1 網(wǎng)紋形成簡化圖

3 生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問題

某發(fā)動機生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)某款發(fā)動機時,發(fā)現(xiàn)珩磨后的缸孔周向(缸孔軸向上、中、下三個區(qū)域)出現(xiàn)相對珩磨較少的菱形區(qū)域(白色斑點),如圖2所示。

在轉(zhuǎn)速(V旋)和進給(V進)一定的情況下,由參考文獻[5]可知,網(wǎng)紋的完整性與珩磨條長度Ls、珩磨條越程量L0、工作長度Lw等有關。

圖2 報廢件圖片

本文主要研究珩磨條越程量L0與網(wǎng)紋完整性的關系。其加工時的珩磨機參數(shù)詳見表1。

表1 珩磨參數(shù)表

4 珩磨軌跡完整性分析

珩磨機在一個珩磨沖程后,在缸體缸孔表面產(chǎn)生相互交叉的網(wǎng)紋。將圓柱形缸孔展開后,網(wǎng)紋形狀如圖3所示。

圖3 珩磨網(wǎng)紋示意圖

圖中陰影區(qū)域為一個珩磨沖程后未加工到區(qū)域。為保證網(wǎng)紋軌跡的完成性,在后續(xù)的7個珩磨沖程中需覆蓋未珩磨到區(qū)域。為分析方便,對相關參數(shù)進行定義,如表2所示。

表2 參數(shù)及符號定義

將表1中參數(shù)帶入公式(4)計算得:

由表1可知本臺發(fā)動機缸孔珩磨過程中存在8個沖程,如想在8個沖程內(nèi)將第1沖程內(nèi)未珩磨到的區(qū)域覆蓋完全的條件為:

當X1=0時,由式(3)計算可得L0=28.791,一個往復行程后,珩磨頭旋轉(zhuǎn)1/6圓周,珩磨頭運動軌跡與前次運動軌跡重復,未珩磨區(qū)域?qū)⒁恢贝嬖?所加工產(chǎn)品不合格。根據(jù)一般經(jīng)驗可知,珩磨條的越程量L0=1/5L-1/3L。

圖4 越程量與剩余寬度關系圖

從圖4中可以看出,當越程量≥28.149 mm時, 8個沖程后,珩磨條不能將首次珩磨產(chǎn)生的未珩磨區(qū)域覆蓋。缸孔內(nèi)壁產(chǎn)生未加工到區(qū)域,隨著越程量的增加,未加工區(qū)域的面積增加,當越程量達到28.79時,前后兩次沖程軌跡重復,剩余寬度最大為7.982 2 mm,網(wǎng)紋參數(shù)不完整。當越程量＜28.149時,8個沖程后,珩磨條能夠?qū)⑹状午衲ギa(chǎn)生的未加工區(qū)域覆蓋,網(wǎng)紋參數(shù)完整。

因此為保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量,對于本臺珩磨機的越程量應設置為:16(mm)≤L0＜28.149(mm)。

5 結(jié) 論

本文僅分析在特定條件下網(wǎng)紋完整性與越程量的關系。

當越程量L0=28.791時,珩磨頭運動軌跡重復,存在未加工區(qū)域,網(wǎng)紋不完整。當越程量16(mm)≤L0≤28.149(mm)時,8次沖程后,第1沖程形成的未加工區(qū)域可完全被后續(xù)7個沖程覆蓋,網(wǎng)紋完整。

網(wǎng)紋質(zhì)量與V旋、V往、珩磨條數(shù)量、珩磨條寬度、越程量等息息相關。由于篇幅有限,在此不進行分析描述。

[1] 徐啟圣,高傳玉,于秀娟.內(nèi)燃機缸套珩磨強化工藝的進展[J].新技術新工藝·機械加工與自動化,2002(12):15.

[2] 趙 峰.汽缸套珩磨機改造應用研究[D].山東:山東科技大學, 2011.

[3] 鮑興鵬.珩磨機床的應用與發(fā)展[J].科技論壇,2012(5):64-67.

[4] 李 佳,胡勁松.發(fā)動機缸孔平臺網(wǎng)紋珩磨技術[J].發(fā)動機技術,2013(2):64-67.

[5] 振 林,林燕文.珩磨工藝參數(shù)的優(yōu)化設計[J].機械工程師, 2007(5): 56-57.

Application Research on Honing Mesh Integrity Technology

YANG Shou-jun1,MA Hong-xia1,CHEN Zheng-hong1,TANG Ling-cong1,LI Hong-qi1,WANG Rui-ping1,2
(1.Ningbo Geely Royal Engine Components Co.,Ltd,Ningbo Zhejiang 315336,China; 2.Zhejiang Geely Royal Engine Co.,Ltd,Ningbo Zhejiang 315800,China)

Cylinder bore is the heart component of the engine combustor,and it guides the piston reciprocating linear motion. The quality of the cylinder bore surface mesh directly affects the engine emissions and performance.Honing is one of the important means of machining cylinder bore surface mesh.Surface mesh parameters relate to the feed speed,the rotational speed,the number of honing sticks,the overruns and so on.In this paper,the influence of the overruns on the integrity of mesh is researched on the premise of other conditions are fixed.The results show that the mesh is with integrity when the overruns L0in a certain range;while when the overruns L0=28.791,the stroking tracks repeat,and there is unprocessed area on cylinder bore surface,the mesh isn't integrity.Calculation proposed in this paper can provide guidance to adjust the mesh quality.

engine;honing;mesh

V464

A

1007-4414(2015)05-0081-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.027

2015-08-08

楊守軍(1986-),男,山東臨沂人,工程師,主要從事發(fā)動機機加工藝方面的工作。