缸體曲軸孔珩磨原理及實際問題解決

馮光強，龍海清

(上汽通用五菱汽車股份有限公司發(fā)動機制造部，廣西 柳州545007)

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缸體曲軸孔珩磨原理及實際問題解決

馮光強，龍海清

(上汽通用五菱汽車股份有限公司發(fā)動機制造部，廣西 柳州545007)

摘要:作為與運動部件曲軸相配合的缸體曲軸孔，其精度的高低，直接決定了發(fā)動機性能的好壞和壽命的長短。而曲軸孔珩磨工藝就是決定其精度高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對曲軸孔珩磨的基本原理進行介紹，并結(jié)合實際加工經(jīng)驗，分析了曲軸孔同軸度超差的若干原因，提出解決方案，并驗證有效。研究結(jié)果表明：影響缸體曲軸孔同軸度好壞的關(guān)鍵因素為“設(shè)備珩磨軸與曲軸孔的同心度”及“前工序曲軸孔位置度”。

關(guān)鍵詞:缸體；曲軸孔；珩磨；同軸度

珩磨工藝（Honing Process）是磨削加工的一種特殊形式，同時也是精加工過程中的一種高效加工方式。由于其在提高零件尺寸精度、幾何形狀精度及表面粗糙度等方面擁有的突出優(yōu)勢，使得其發(fā)展迅速，尤其在汽車零部件加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。

如下主要解決缸體加工過程中出現(xiàn)的曲軸孔同軸度超差問題，同時結(jié)合實際問題介紹珩磨原理。

1　珩磨曲軸孔同軸度超差問題

同軸度指的是零件上被測軸線相對于基準軸線保持在同一直線上的狀況，也就是通常所說的共軸程度。同軸度公差是指被測實際軸線相對于基準軸線所允許的變動量，用以限制被測軸線偏離基準線所允許的變動范圍。

文中所述曲軸孔同軸度，指的是以第1、5檔曲軸孔中心連線為基準線，第2、3、4檔曲軸孔中心線與其偏離的程度，如圖1所示。

圖1　曲軸孔同軸度基準

實際生產(chǎn)某種型號缸體時，頻繁出現(xiàn)曲軸孔同軸度超差問題，且全部集中在第3檔曲軸孔，如圖2所示。

圖2　曲軸孔超差趨勢圖

2　曲軸孔同軸度超差的原因

2.1曲軸孔珩磨原理

油石安裝于珩磨頭圓周上，工作時漲刀機構(gòu)將油石沿徑向漲開，使其壓向曲軸孔孔壁，以便產(chǎn)生一定的面接觸。工件固定在工裝上，珩磨頭作旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)珩磨[2]。

在加工缸孔時，珩磨頭與機床主軸之間大多數(shù)是浮動的，這樣做的目的是使珩磨頭以工件孔壁作導(dǎo)向，減小加工精度受機床本身精度的影響[3]。但在加工曲軸孔過程中，由于曲軸孔為多檔、不連續(xù)的狀態(tài)，不能采用浮動加工，只能使用珩磨頭與主軸剛性連接的方式加工。

曲軸孔的加工方式為典型單程式珩磨，如圖3所示，其循環(huán)方式如下:

圖3　單程式珩磨示意圖

刀具快速進給，直至曲軸孔端面約5~10 mm位置；

進給速度降低至更慢的珩磨速度，同時主軸開始旋轉(zhuǎn)；

刀具以穩(wěn)定的進給速度穿過曲軸孔，直至到達沖程位置尾部；

刀具以回縮速度從工件中退回，直至刀具完全退出曲軸孔。

2.2原因分析

（1）珩磨機主軸相對導(dǎo)軌直線度對加工的影響

珩磨機主軸相對導(dǎo)軌直線度分為兩個方向，水平方向（X方向）及高度方向（Y方向），如圖4.當其在某一方向出現(xiàn)偏差時，導(dǎo)致曲軸孔整體加工成傾斜狀，理論上整體傾斜不會導(dǎo)致同軸度超差，但易導(dǎo)致曲軸孔局部珩磨不完全的問題發(fā)生。從設(shè)備調(diào)整角度，建議單方向直線度控制在0.025 mm以內(nèi)。

圖4　主軸相對導(dǎo)軌直線度示意圖

（2）主軸相對標準件直線度對加工的影響

主軸相對標準件直線度檢測原理基本與第1點的方式相似，但其目的不是檢查主軸是否出現(xiàn)偏差，而是檢查工件定位是否準確。常見影響工件定位不準確的因素有定位銷磨損、松動。從設(shè)備調(diào)整角度，同樣建議單方向直線度控制在0.025 mm以內(nèi)，如圖5.

圖5　主軸直線度調(diào)整示意圖

（3）絎磨料對加工的影響

磨料通常需研磨為錐形，總體積應(yīng)略小于需要去除的材料。刀具根據(jù)砂瓦前后的導(dǎo)桿直徑進行設(shè)計，如圖6.導(dǎo)桿直徑需確保在刀具進入和退出第一個和最后一個曲柄軸頸時能引導(dǎo)刀具。刀具在單沖程中穿過曲柄孔。去除材料的直徑通常為0.050 mm ~0.100 mm.

圖6　珩磨頭

（4）冷卻液對加工的影響

正確使用冷卻液對于加工質(zhì)量也很重要。通常情況下，應(yīng)從缸體的上方引導(dǎo)冷卻液，使其通過缸孔直達接觸面，這也是刀具進入需珩磨的曲柄軸頸的位置。每個曲柄軸頸均使用單獨的冷卻液管線。在現(xiàn)場操作中，此加工過程所出現(xiàn)的多數(shù)問題，均由于冷卻液管線引導(dǎo)不正確而導(dǎo)致。檢查現(xiàn)場設(shè)備，排除該因素。

（5）前工序曲軸孔位置度對加工的影響

收集前工序曲軸孔位置度數(shù)據(jù)（曲軸孔精鏜工位），發(fā)現(xiàn)曲軸孔位置度Y方向距離存在異?，F(xiàn)象：相對于第1、2、3曲軸孔，第4、5曲軸孔在Y方向距離上存在分層現(xiàn)象，比前者偏小0.02 mm.如圖7.

圖7　曲軸孔位置度數(shù)據(jù)

將該部分零件經(jīng)過珩磨機加工曲軸孔，再次測量曲軸孔位置度，依然發(fā)現(xiàn)第4、5曲軸孔在Y向距離上相對第1、2、3曲軸孔存在分層現(xiàn)象——第4、5檔同樣比第1、2、3檔偏小0.02 mm.如圖8.

圖8　曲軸孔位置度數(shù)據(jù)

與此同時，該時間段內(nèi)曲軸孔同軸度抽檢數(shù)據(jù)依然頻繁超差，以上對比數(shù)據(jù)說明：珩磨機并未能消除曲軸孔位置度在Y方向距離上的偏差現(xiàn)象；檢查珩磨機刀具與主軸的鏈接方式，發(fā)現(xiàn)并非為理論上的剛性鏈接，故在前工序位置度出現(xiàn)偏差的情況下，珩磨機不能很好地保證曲軸孔同軸度。

3　解決措施

3.1措施

受改造費用及難度的限制，解決該問題不能使用“將珩磨刀浮動鏈接方式改為剛性鏈接”的方案，只能從前工序精鏜曲軸孔工位著手。經(jīng)分析驗證，解決方案確認為：調(diào)整曲軸孔精鏜后位置度，確保第1至第5曲軸孔單方向距離差異在0.01 mm內(nèi)，使五孔同心。

經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)精鏜曲軸孔工位有分層現(xiàn)象的原因為設(shè)備定位面不平，不平度為0.055 mm，如圖9，超出機床設(shè)計要求（≤0.02 mm）。制定措施為：使用墊片對曲軸孔精鏜工位定位面高度進行調(diào)平，使其差異值≤0.01 mm.

加工中心定位面不平度=max-min

圖9　定位面不平度檢測示意圖

3.2效果驗證

加工5件工件進行驗證，確認五檔曲軸孔位置度Y方向距離偏差控制在0.01 mm范圍內(nèi)，如圖10.將工件過珩磨機加工，測量曲軸孔同軸度，均合格，如圖11.

圖10　曲軸孔Y方向距離趨勢圖

圖11　曲軸孔同軸度趨勢圖

而與此同時，另一臺未調(diào)整定位面高度的加工中心繼續(xù)加工工件，測量其曲軸孔位置度Y方向距離，其差異值達到0.1 mm，如圖12.該部分零件經(jīng)過絎磨機后，抽檢曲軸孔同軸度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超差，如圖13.

圖12　曲軸孔Y方向距離趨勢圖

圖13　曲軸孔同軸度趨勢圖

結(jié)論：以上驗證結(jié)果說明，在珩磨機調(diào)整合格的情況下，前工序曲軸孔位置度單方向距離傾斜會影響曲軸孔同軸度的狀態(tài)，嚴重情況下甚至導(dǎo)致超差。

4　結(jié)束語

從曲軸孔珩磨原理分析，珩磨機中影響曲軸孔同軸度的主要因素有主軸直線度、同心度等，但在解決實際問題過程中，發(fā)現(xiàn)前工序曲軸孔位置度單方向距離傾斜對其影響也不容忽視。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，五檔曲軸孔位置度出現(xiàn)分層，再加上珩磨機珩磨頭與主軸為非剛性連接，則不能起到修正曲軸孔位置度作用，進而影響同軸度。

參考文獻：

[1]李伯民，趙波.現(xiàn)代磨削技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003：296－309．

[2]李華楹.珩磨加工初探[J].大眾科技，2006，（7）：81-84.

[3]楊立.內(nèi)孔珩磨工藝與內(nèi)孔珩磨質(zhì)量的分析與研究[D].天津:天津大學(xué)，2002.

中圖分類號:TG539

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0137-04

收稿日期：2016-01-16

作者簡介：馮光強（1984-），男，廣西浦北人，本科，助理工程師，主要從事發(fā)動機缸體加工質(zhì)量工作。

The Principle of the Honing Block Crankshaft Hole and the Problem Solving

FENG Guang-qiang，LONG Hai-qing
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd Engine Manufacturing Department，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Abstract：As the match up part with the Crankshaft，the block crankshaft hole’s precision，decide the engine function and lifetime.The honing process of the crankshaft hole is the key link.This thesis introduce the fundamental about the honing process.Aim at the coaxiality overproof，problem analysis of causes，make plan and check.The research results state clearly:the key point about the crankshaft hole’s coaxiality，no just only the concentricity about the honing principal axis with the crankshaft hole，but also include the crankshaft hole’s true position.

Key words：block；crankshaft hole；honing；coaxiality