珩磨加工技术

任丽艳 李伟超

【摘 要】珩磨技术是随着汽车的诞生和发展应运而生。气缸-活塞环是汽车中最重要的摩擦副，其性能的优劣和工作状态直接影响到汽车产品的质量、品位、使用寿命和人类的生存环境。从这一历程来看，汽车发动机制造、加工技术的提高，对汽车文明的进程无疑起到重要的推动作用。其中，珩磨是气缸工作表面最重要的精密制造技术。

【关键词】珩磨 缸套孔 发动机

1 珩磨工艺特点

（1）珩磨加工是一种使工件加工表面达到高精度、高表面质量、高寿命的一种高效加工方法。可有效地提高尺寸精度、形状精度和减小Ra值，但不能提高孔与其他表面的位置精度。

（2）可加工铸铁件、淬硬和不淬硬钢件及青铜件等，但不宜加工韧性大的有色金属件。、

（3）珩磨主要用于孔加工。在孔珩磨加工中，是以原加工孔中心来进行导向。加工孔径范围为φ5～ φ500，深径比可达10。

（4）珩磨广泛用于大批大量生产中加工汽缸孔、油缸筒、阀孔以及多种炮筒等。亦可用于单件小批生产中。

（5）珩磨时同轴度无法确定。

（6）珩磨与研磨相比，珩磨具有可减轻工人体力劳动、生产率高、易实现自动化等特点。

2 珩磨加工用途

用镶嵌在珩磨头上的油石（也称珩磨条）对精加工表面进行的精整加工（见切削加工）。珩磨主要用于加工孔径为5～500毫米或更大的各种圆柱孔，如缸筒、阀孔、连杆孔和箱体孔等，孔深与孔径之比可达10，甚至更大。在一定条件下，珩磨也能加工外圆、平面、球面和齿面等。圆柱珩磨的表面粗糙度一般可达Ra0.32～0.08微米，精珩时可达Ra0.04微米以下，并能少量提高几何精度，加工精度可达IT7～4。平面珩磨的表面质量略差。

3 缸套孔珩磨后表面精度技术要求

英国PERKINS公司TD222标准：

采用Hommel检具测量：（德国：Hommel——霍梅尔公司）

序号 参 量 极限尺寸 测 量 控 制

Hommel检具

1 基准以上承载率Tp 0.6～1.65 um 距离在20%和1%Tp之间

2 基准以下承载率Tp 0.7～1.80 um 距离在20%和70%Tp之间

3 深度 4.0～7.5 um 距离在20%和99%Tp之间

4 R3z第三点高度 5.5 ～9.0 um

5 偏移量 -1.5至-3.5

6 上部交叉网纹计数 无相关值

7 中间交叉网纹计数 每10mm 50～100 计数带宽度1.2um， 中线以上的上临界值0.6 um。

8 下部交叉网纹计数 每10mm 6～24 计数带宽度4.0 um，上临界值在中线上。

9 Ra平均值

0.75～1.3um

4 珩磨技术的应用

国内外整体镶缸套式缸孔的加工普遍采用的工艺方法为：精镗→珩磨。

主要优点为：（1）工艺增加对缸孔的珩磨（一般是金刚石砂条珩磨），可以保证缸孔表面粗糙度，金刚石砂条珩磨缸孔的表面粗糙度可以达到Ra0.8～1.6。因此，完全可以保证产品设计的要求，降低精镗机床的制造成本及今后的维护成本。（2）珩磨可以有效改善镗削缸孔产生的圆柱度（腰鼓肚）、圆度、锥度、直径尺寸的超差。（3）珩磨的缸孔压入缸套（缸套外圆采用无心外圆磨加工，表面粗糙度Ra1.6）后的表面贴合度可以达到85%以上。

一般设计认为：

当内燃发动机转速≥2800rpm时，车用机型缸体的缸孔与缸套表面贴合度应达到85%以上。

当内燃发动机转速<2800rpm时，非公路用机型缸体的缸孔与缸套表面贴合度可以不考虑。

5 网纹参数不合格的分析

从现场采集Ra数值来看，合格率是89.2%，效果似乎还可以接受，但在偏差趋势一栏中，超过上下极限的参数都有，这说明了内孔在珩磨加工中，加工的参数振动幅度较大。

R3z参数超过下极限的要占15%。按道理说，配用100～120目的磨料能保证R3z参数合格，用80目的磨料去珩磨，磨料粒度大，是不应该超出下限的。出现这种情况，估计可能给拉网珩的拉网压力偏小有关系。

Skew参数超出上极限，要了解为何会超出上极限，要大致了解Skew参数的定义。Skew评价平顶珩平顶力度的指标，和现在一般粗糙度仪中的Rsk意义是一样的。不过现在的粗糙度仪对这个参数更加细化，原始轮廓用Psk表示；波纹度轮廓用Wsk表示，对进行滤波的粗糙度轮廓用Rsk表示。Skew参数超出上极限，说明平顶力度不满足要求。

D1%参数超下极限，说明在tp=1%和tp=20%之间的深度差超出要求的下极限而不符合要求。产生这个问题的原因有：（1）平顶珩磨时磨去的尖峰深度过多，致使残留的峰谷深度较小。（2）在珩磨砂条制作时磨料率偏小——实质上就是珩磨出的气缸套内孔微微沟槽密度偏少。

D20%和D70%超差的原因和D1%超差的原因大致是一样的，不再赘述。

Pc-m和pc-l两个参数超出上、下极限的都有，说明这两个参数在加工中的不稳定。这两个参数超出上下限的原因除了珩磨砂条的因素以外，和拉网珩磨、平顶珩磨都有一定的关系。拉网珩磨时拉网的压力大时，拉出的沟槽数量和深度可能会多一些、深一些；如果平顶珩时平顶的去除量大一些或小一些，这些都会使许多相关参数引起很大变化。

6 网纹参数不合格的改进方案

珩磨的缸孔参数现在最大的问题在于D1%超差严重，另外Skew超差率也接近了30%。D1%超出了下极限，说明平顶后的残留峰值偏低，也就是说，平顶去除量偏大；但Skew超差，给我们反馈的这个信息是，轮廓偏斜度不合格，平顶去除量过少，这就产生了矛盾。为什么会出现这种情况，如果精珩磨内孔在拉网纹时（此时，还没有平顶），tp=1%和tp=20%两条线之间的区间足够大，大于平顶去除量（同时保证D1%和Skew参数合格）的要求，那么靠平顶珩磨来同时完成“D1%”和“SK”的要求，是没有问题的；但如果精珩磨砂条的浓度过小（对于碳化硅珩磨砂条来说磨料率偏小），在拉网纹时tp=1%和tp=20%两条线之间的区间过小，可能平顶量很少，“D1%”就会处于下极限或超出下极限的范围，而此时平顶的去除量还不能保证Skew合格。

碳化硅平顶砂条有着较好的刚性和磨削性能，对于参差不齐的珩磨后的尖峰，它会从尖峰的顶部开始珩磨，逐渐向气缸套内孔金属表层磨削。如果气缸套表面的沟槽密度偏少的话，tp=1%和tp=20%这两条线在平面直角坐标系中的纵轴方向的距离会较近，这时候给平顶珩留的余量不足于保证D1%和Skew同时合格，或者给平顶珩留的余量不足，是在生产中的可调整范围太窄，这样可能会使工序能力指数过低。