大型柴油機(jī)氣缸套平臺(tái)珩磨工藝探析

趙躍忠

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)中心，湖北武漢 430050)

大型柴油機(jī)氣缸套平臺(tái)珩磨工藝探析

趙躍忠

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)中心，湖北武漢 430050)

本文介紹了大型柴油機(jī)氣缸套平臺(tái)珩磨工藝實(shí)際生產(chǎn)中的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所用的珩磨工具、參數(shù)、砂條的選擇及工藝等問題進(jìn)行了探討。

珩磨；平臺(tái)網(wǎng)紋；氣缸套

柴油機(jī)是船舶的首選動(dòng)力，我國現(xiàn)在的大型船舶尤其是特種船舶廣泛使用大功率中速柴油機(jī)，缸徑通常為φ200～500 mm之間。關(guān)鍵部件氣缸套作為柴油機(jī)中最重要的基礎(chǔ)件，其形位精度和表面粗糙度直接影響柴油機(jī)的功率輸出、油耗和整機(jī)的可靠性。內(nèi)孔經(jīng)珩磨平臺(tái)網(wǎng)紋的氣缸套，由于其理想的儲(chǔ)油構(gòu)造、優(yōu)良的滑動(dòng)摩擦性能和良好的經(jīng)濟(jì)性，愈來愈被眾多的柴油機(jī)制造廠家所接受。

然而，由于珩磨平臺(tái)網(wǎng)紋是一種多次復(fù)合珩磨工藝，其工藝過程較為復(fù)雜，特別是在大缸徑氣缸套加工中，由于受到機(jī)床、加工手段的限制以及薄壁易變形等影響加工質(zhì)量的因素較多，批量生產(chǎn)時(shí)，其內(nèi)孔表面加工質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至同一件缸套同一橫截面內(nèi)各測量點(diǎn)上的珩磨平臺(tái)參數(shù)值也會(huì)有較大的差異。為此，探索其平臺(tái)珩磨加工過程中的規(guī)律，對(duì)最佳工藝選擇、改善加工質(zhì)量很有必要。

1 平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋表面質(zhì)量要求

根據(jù)《JB/T 5082.7-2011》“內(nèi)燃機(jī) 氣缸套 第7部分：平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋技術(shù)規(guī)范及檢測方法”標(biāo)準(zhǔn)，將平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋表面定義為氣缸套內(nèi)孔表面采用珩磨加工成深溝槽與小平臺(tái)均勻相間的交叉網(wǎng)紋表面，是具有復(fù)合加特征的表面。其表面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與執(zhí)行的排放要求不同有所區(qū)別，對(duì)于排放要求不高的大型柴油機(jī)來說，其主要特性參數(shù)有表面粗糙度值Ra、輪廓偏斜度Rsk、規(guī)定長度內(nèi)超過一定深度的溝槽數(shù)、在活塞環(huán)行程內(nèi)氣缸套內(nèi)表面的輪廓支承長度率Mr、網(wǎng)紋角度、網(wǎng)紋外觀質(zhì)量等。

2 大型柴油機(jī)平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋工藝與表面質(zhì)量控制

針對(duì)大型柴油機(jī)氣缸套的工藝特點(diǎn)及現(xiàn)有加工手段，對(duì)照平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的控制要求，結(jié)合多年的工作實(shí)踐，本人認(rèn)為可以采用粗珩磨、平臺(tái)珩磨(基礎(chǔ)珩磨、精平臺(tái)加工)工藝完成。不同的工藝過程其精度控制要求是不同的，下面以G300氣缸套內(nèi)孔加工為例加以說明。

2.1 粗珩磨前預(yù)留加工余量控制要求

大缸徑的氣缸套內(nèi)孔由于缸徑大且薄壁，在前期的精鏜內(nèi)孔工序，由于受到機(jī)床精度、刀具磨損、裝夾變形、加工過程中的熱變形等因素影響，必然會(huì)造成缸體內(nèi)孔圓柱度誤差、表面粗糙度不均勻。

為確保后續(xù)加工要求，精鏜孔切削預(yù)留加工余量應(yīng)控制在0.10～0.15 mm之間，圓柱度誤差應(yīng)控制在0.05 mm以內(nèi)(其中如圓柱度較大時(shí)，加工余量選擇應(yīng)取大值)。

2.2 粗珩磨階段

在粗珩磨階段，主要任務(wù)是消除前期切削加工的圓柱度誤差，形成滿足平臺(tái)加工前所需的幾何形狀、消除精加工時(shí)內(nèi)孔表面的切削刀痕形成適合下道工序的基本表面粗糙度、將前道工序較寬的機(jī)加工公差限制在下道工序所要求的較嚴(yán)公差范圍內(nèi)、預(yù)留平臺(tái)網(wǎng)紋階段所需的工序余量等。為此，需針對(duì)性地采取必要工藝措施。

2.2.1 粗珩磨工具的選用

珩磨條數(shù)量選用6～8條，油石寬度選用12～15 mm，珩磨油石長度200 mm(為節(jié)約成本及考慮油石強(qiáng)度，一般采用100 mm長2條標(biāo)準(zhǔn)磨條并列安裝來達(dá)到要求的200 mm長度)，油石選用碳化硅材質(zhì)、粒度120左右、硬度選用中硬。

2.2.2 油石壓力與轉(zhuǎn)向控制

粗珩時(shí)，油石壓力應(yīng)控制在0.5～0.8 MPa之間為宜。同時(shí)為避免因珩磨條對(duì)孔壁高壓造成鑄鐵石墨片上的“金屬碎片”的影響，粗珩時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)與前期切削內(nèi)孔時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相反。

2.2.3 油石越程量控制

油石的越程量一般取珩磨條長度(200 mm)的1/5～1/3，越程量過大，被加工孔易出現(xiàn)喇叭形，過小易出現(xiàn)腰鼓形，兩端越程量相差懸殊，則被加工孔會(huì)出現(xiàn)錐度，應(yīng)根據(jù)孔的形狀調(diào)整越程量。內(nèi)孔珩磨后，其孔的圓柱度應(yīng)符合要求，如圖1a所示；如出現(xiàn)喇叭孔如圖1b所示，應(yīng)減小越程量Δ1、Δ2；如出現(xiàn)錐孔如圖1c所示，應(yīng)將孔的小直徑處的越程量Δ1增加,將大端的越程量Δ2減小；如出現(xiàn)腰鼓孔如圖1d所示，應(yīng)將孔的越程量Δ1、Δ2增加。

2.2.4 精度控制及加工余量控制

圖1 油石越程量控制

粗珩工序精度控制的主要目標(biāo)是將前期切削加工的內(nèi)孔修正，圓柱度公差應(yīng)控制在0.02 mm以內(nèi)；整個(gè)內(nèi)孔表面應(yīng)形成網(wǎng)紋狀，且粗糙度均勻清晰，粗糙度值應(yīng)控制在Ra1.6左右。圖2為網(wǎng)紋復(fù)制膜照片[1]。

圖2 網(wǎng)紋復(fù)制膜照片

內(nèi)孔尺寸工序公差控制應(yīng)根據(jù)成品尺寸的公差帶位置作必要的調(diào)整，預(yù)留的平臺(tái)珩磨階段的加工余量以成品尺寸的公差中間值為參考尺寸，預(yù)期切削量控制在0.02～0.05 mm之間，但不超過最終尺寸下差0.02 mm。由于珩磨加工切削熱膨脹較大，應(yīng)加大切削液的流量，并根據(jù)熱脹情況加以調(diào)整。

2.3 平臺(tái)珩磨階段

本階段主要任務(wù)是除去粗珩磨網(wǎng)紋、控制最終內(nèi)孔尺寸和形位精度、形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求的平臺(tái)網(wǎng)紋表面，如圖3[1]。

圖3 平臺(tái)網(wǎng)紋理想表面

平臺(tái)珩磨階段又可細(xì)分為基礎(chǔ)珩磨和精平臺(tái)兩個(gè)階段，加工時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

(1)珩磨工具要求

為確保最終平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋的質(zhì)量，通常采用雙進(jìn)給裝置珩磨頭(如圖4)，將基礎(chǔ)和精平臺(tái)珩磨二者合并成一次加工?？紤]到兩次珩磨的操作時(shí)間差別很大，把氣動(dòng)量儀裝入該珩磨工具中來控制基本操作，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)到精平臺(tái)珩磨的轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)方向變化。

圖4 雙進(jìn)給帶氣動(dòng)量儀的珩磨頭結(jié)構(gòu)

在珩磨頭制作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制珩磨油石座的配合精度，防止珩磨條振動(dòng)對(duì)網(wǎng)紋質(zhì)量的影響。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)珩磨油石表面精度進(jìn)行修整加工。

(2)珩磨潤滑液要求

為保證珩磨網(wǎng)紋的均勻和清晰度，需要對(duì)珩磨潤滑液進(jìn)行不間斷的過濾，保證其清潔度，同時(shí)加大潤滑液流量，可有效防止油石磨粒和切削影響網(wǎng)紋外觀質(zhì)量。

(3)珩磨工藝控制

平臺(tái)珩磨階段，珩磨頭的回轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比值，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)紋角度(標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定125°±10°)的要求進(jìn)行調(diào)整，以期形成均勻的交叉網(wǎng)紋。平臺(tái)珩磨階段又可細(xì)分為基礎(chǔ)珩磨階段和精平臺(tái)階段。為使網(wǎng)紋清晰，基礎(chǔ)珩磨應(yīng)采用與粗珩磨相反的轉(zhuǎn)向，精平臺(tái)的轉(zhuǎn)向與基礎(chǔ)珩磨轉(zhuǎn)向也應(yīng)相反。

基礎(chǔ)珩磨階段，為形成較深的表面溝槽，宜選用濃度較低的粗金剛石油石(粒度D150)或碳化硅油石(粒度60～80)，有效磨粒濃度以平臺(tái)珩磨后檢測的溝槽數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保大于4 um深度的溝槽數(shù)4～6條為宜；將珩磨條數(shù)量減至4～6條，并適當(dāng)減小其長度和寬度以提高磨條壓力。圖5深溝槽數(shù)評(píng)定[1]。

精平臺(tái)階段，主要是形成具有有效支承率的平臺(tái)，采用細(xì)珩磨碳化硅油石(粒度240)；為減少“金屬碎片”的影響，應(yīng)降低磨條壓力，為方便加工，可采取增加油石寬度的方式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，嚴(yán)格控制珩磨次數(shù)，以形成符合要求的平臺(tái)和確保表面達(dá)到有效深度的溝槽數(shù)量。圖6輪廓支承長度率Mr曲線[1]。

圖5 深溝槽數(shù)評(píng)定

圖6 輪廓支承長度率Mr曲線

3 結(jié) 語

由于平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨工藝過程較為復(fù)雜，不確定因素較多，以上均為本人多年來在大型柴油機(jī)氣缸套加工方面的經(jīng)驗(yàn)。由于不同的氣缸套制造廠家，采用的珩磨機(jī)和操作手段有差異，應(yīng)根據(jù)具體情況加以調(diào)整，確定適合自己的最佳工藝，以便使其加工質(zhì)量得到更好地改善。

1 《JB/T 5082.7-2011》內(nèi)燃機(jī) 氣缸套 第7部分:平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋技術(shù)規(guī)范及檢測方法.

2 《JB/T 7422.4-2013》立式內(nèi)圓珩磨機(jī) 第4部分：珩磨頭 參數(shù).

3 陶前昭，李勝柱.缸孔平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨工藝[J].現(xiàn)代制造工程,2002(3).

4 楊叔子.機(jī)械加工工藝手冊(cè)(第二版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

(責(zé)任編輯：譚銀元)

Discussion On Honing Technology for Cylinder Liner Plateau in Large Diesel Engine

ZHAO Yue-zhong

(Wuhan Institute of Shipbuilding,Wuhan 430050,China)

This paper introduces practical experiences related to the honing craft of cylinder liner plateau. Questions such as the applied honing tools, parameters, sand bars selection as well as honing craft are discussed.

honing; plateau cross hatch; cylinder liner

2016-10-15

趙躍忠，男，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面的教學(xué)和科研工作。

TK42

A

1671-8100(2017)01-0013-03