聚研精機 | 關于氣缸體缸孔珩磨支承率的保證

來源:未知 / 作者:admin / 發布日期:2021-10-19 09:21 

聚研精機提供珩磨機、立式珩磨機、數控珩磨機、珩磨桿、鉸珩機、珩鉸機、金剛石工具、燒結金剛石工具、電鍍金剛石工具等。

為了降低油耗,提升發動機性能,新型發動機對缸孔表面支承率等表面質量的要求越來越高。為保證質量,缸孔精珩磨工藝也不斷地改進和提升,在生產中通常采用數控珩磨機和金剛石珩磨條的三次珩(平頂珩)工藝。支承率是缸孔珩磨表面質量中最難以保證的,如何較好地保證支承率,成為缸孔質量保證的關鍵,也是珩磨技術研究的重要課題。 

 

支承率的定義

發動機缸孔表面質量要求通常有支承率、粗糙度(R、AR和Rmax)、波紋度(W)、網紋角和片狀石墨開口率等。其中,支承率是比一般粗糙度指標要求更為嚴格的表面質量指標。在我公司,對于支承率指標需要進行能力值CES測定,必須確保CES合格。支承率指標通常由3項組成:磨合規范CR、運行規范CF和潤滑規范CL。通常,磨合規范CR要求,0≤(Y1%-Y2%)≤0.6μm;運行規范CF 要求,0.5μm≤(Y2%-Y80%)≤1.8μm;潤滑規范CL要求,0.4μm≤(Y80%-Y97%)≤1.4μm。圖1所示為支承率指標的組成及測量位置。

支承率定義的解釋如下:

1. 粗糙度輪廓線如圖2所示,支承長度Lci;支承長度率Tp = 截線支承長度之和(∑Lci) / 評定長度L。

2.磨合規范CR要求0≤(Y1%-Y2%)≤0.6μm,即Tp=1%的截線和Tp=2%的截線距離在0~0.6μm之間。

3. 運行規范CF要求0.5μm≤(Y2%-Y80%)≤1.8μm,即Tp=2%的截線和Tp=80%的截線距離在0.5~1.8μm之間。

4. 潤滑規范CL要求 0.4μm≤(Y80%-Y97%)≤1.4μm,即Tp=80%的截線和Tp=97%的截線距離在0.4~1.4μm之間。

隨著發動機技術的發展,新型發動機對支承率各規范值的控制范圍更為嚴格。

 

三次珩磨工藝簡介

對于前面舉例的支承率要求,成熟的工藝為三次珩磨,即:粗珩、精珩和平頂珩,用三種珩磨條分三次進行珩磨。具體方法為:一個工位為粗珩,用于快速的磨削,減少精珩余量,保證精珩前的質量;一個工位通常為精珩和平頂珩,采用兩套膨脹系統,雙膨脹機構珩磨頭。珩磨頭結構如圖3所示。精珩用磨料粒度較細的珩磨條,膨脹機構為機械式伺服電動機驅動,平頂珩用磨料粒度更細的珩磨條,控制珩磨力和時間以保證珩磨質量。精珩和平頂珩通常復合在同一個珩磨頭上,能更好地保證珩磨表面質量,降低設備投資成本。

 

多次珩磨作用的工藝試驗及探討

由于支承率的要求并不是特別高,為降低成本,我們進行了工藝優化實驗,嘗試用二次珩磨取代三次精珩,看工件表面質量是否能達到設計要求。

1.金剛石珩磨條精珩試驗

試驗方案:粗、精珩都采用金剛石珩磨條,計劃通過優化精珩磨條(金剛石粒度、粘合劑配方等)和加工參數達到珩磨質量要求。

(1)優選珩磨條金剛石粒度。初選D40、D45和D50粒度的珩磨條進行試驗發現,D40珩磨條金剛石粒度偏細,珩磨后潤滑規范超下差;D50珩磨條金剛石粒度偏粗,珩磨后運行規范超上差,除支承率外,其余表面質量項目都合格。于是,我們決定采用D45粒度的金剛石珩磨條進行優化試驗。

(2)D45珩磨條配方的優化。采用D45粒度,選用不同粘合劑和硬度的5種組合進行優化試驗,希望能得到既保證質量又保證磨削效率的珩磨條。但試驗的實際效果并不理想,要么與D40的珩磨效果一樣,潤滑規范不合格;要么與D50的珩磨效果一樣,運行規范不合格,很難穩定地達到想要的中間效果。調整加工參數后,效果改善十分有限。實踐證明,一次精珩要兼顧標準規定的運行規范和潤滑規范實在太困難,因此只好放棄D45珩磨條優化試驗。

(3)珩磨參數優化試驗。采用D50珩磨條,通過調整膨脹力和速度得到的支承率值變化較小;大幅更改延時參數(精珩磨到尺寸后停止膨脹、繼續珩磨的時間),由300sm加大到3s,運行規范有較大改進。但因運行規范結果本來比較大,在延時修磨過程中,珩磨條對缸孔壁珩磨壓力的變化較大,造成珩磨條修磨高點(平頂)的效果不穩定,散差較大,效果時好時壞,存在超差情況,難以保證零件全部合格。在具備三次珩功能的珩磨機上,用第二次的珩磨條(精珩磨條)進行第三次珩磨(平頂珩),達到了規范要求的支承率,但運行規范CF值偏大。但當支承率值要求更嚴格時,該方法就難以保證了,必須用更細粒度的平頂珩珩磨條。

2.珩磨次數的作用及其對質量的影響

通過以上試驗,可以得出二次珩磨(粗、精珩)和三次精珩磨表面質量差異很大,需根據產品對支承率的要求進行選擇。珩磨次數對于珩磨工藝的設計是一個關鍵參數,為保證質量和效率,適當的多次珩磨是必須的。

一次珩(粗珩)是不可少的,粗珩磨料粒度粗且效率高,主要用于高效磨除大部分珩磨余量,消除精鏜尺寸及形狀誤差對精珩的影響,為精珩作準備,保證為精珩提供穩定的、均勻的加工余量;修整圓度、圓柱度,使精珩質量和節拍穩定,提高珩磨效率。精珩余量通常在0.015mm以上(直徑)。精珩余量過小,會出現殘留粗珩痕跡,質量不穩定;余量過大,加工時間長,影響節拍。

二次珩(精珩)分兩組參數加工,第一組參數適用于半精珩,較高膨脹速度磨削,提高圓度、圓柱度質量,給第二組參數精珩提供更均勻、穩定的珩磨余量。第二組參數適用于精珩,是保證珩磨質量的關鍵。當二次珩能達到質量要求時,就沒有必要再進行三次珩;如果二次珩(精珩)不能穩定得達到表面質量要求,就必須進行三次珩。

三次珩(平頂珩),珩磨條磨料粒度更細,屬于微量加工,主要改善表面質量,對尺寸影響甚微,可以忽略不計。通??刂歧衲チ?、珩磨時間或珩磨次數等參數來進行加工。第三次珩磨不能過度,只需起到修平頂的作用,否則就失去了三次珩的意義,反而會造成支承率值的不穩定。

只要選擇好珩磨條,并控制好珩磨參數,三次珩就能達到珩磨質量要求。目前缸孔的表面質量要求,采用 4次珩的必要性不大。

 

珩磨表面支承率形成機理的探討

通過珩磨試驗和工藝參數調整的試驗,研究珩磨支承率的磨合規范、運行規范和潤滑規范的加工形成機理,來探討其質量保證方法。

1.潤滑規范CL

潤滑規范CL要求0.4μm≤(Y80%-Y97%)≤1.4μm,是控制珩磨紋溝槽底部支承率的參數,主要由二次珩的精珩珩磨條磨粒切削形成。精珩珩磨條磨料的粒度、配方對其影響最大,零件的材質、加工參數對其也有一定的影響,但相對較小。

如果粗珩給精珩留的余量較小或粗珩的形狀誤差很大,導致粗珩的溝槽殘留在成品表面,那么粗珩就會影響到CL的結果,造成表面質量的不穩定或不均勻。正常情況下,粗珩的作用就是修整形狀誤差,給精珩做準備,留合適的、足夠的精珩余量,以不影響精珩節拍和表面質量為目標。

2.運行規范CF

運行規范CF要求0.5μm≤(Y2%-Y80%)≤1.8μm,是由二次珩和三次珩(平頂珩)共同來保證的。如果僅由二次珩保證,就如同前面進行的珩磨試驗,保證質量很困難,難以兼顧潤滑規范要求。在研究過程中,對幾個運行規范CF達到2~2.5μm的超差零件,進行了改善試驗:用30um拋光帶輕輕皴零件表面,相當于平頂珩,略修平高點,然后進行測量,運行規范CF達到0.7um,潤滑規范CL沒有變化,說明二次珩和三次珩(平頂珩)的有效結合是保證運行規范CF的關鍵。

3.磨合規范CR

磨合規范CR 要求0≤(Y1%-Y2%)≤0.6μm,是要求珩磨面沒有較高的凸起。磨合規范CR與珩磨條的粒度關系很大,只要磨料粒度小于D50,基本能保證磨合規范。當然,磨合規范的值越小,要求磨料的粒度就越小。

 

珩磨條對珩磨質量、效率的影響

試驗研究表明,珩磨條對珩磨的質量、效率和壽命的影響都非常大。珩磨條的配方是保證珩磨表面質量的關鍵。

磨料粒度對珩磨表面質量影響最為顯著,對支承率,粗糙度R、AR和Rmax以及波紋度W、石墨開口率都有影響。粒度大的加工表面粗糙,但效率高,可用于粗珩;粒度小則反之。對于粗珩、精珩和平頂珩采用不同的、合適的磨料粒度,合適的切削參數,以保證質量和效率,可以通過試驗加以優選。

硬度是由粘合劑配方保證的,金剛石珩磨條通過調整燒結的金屬粘合劑的金屬成分、配比來調整硬度,由珩磨條生產廠家根據珩磨試驗結果來加以調整。硬度影響脫粒的快慢,對珩磨的影響僅次于粒度。硬度高,脫粒慢且壽命長,但磨鈍的鋒刃多,加工效率降低,支承率值小;硬度低則反之。

濃度是磨料和粘合劑的比例,對粗糙度AR、波紋度W及珩磨條壽命的影響很大,對效率等其他方面也有一定的影響,是珩磨條配方的一個重要參數。

 

珩磨參數的作用

珩磨試驗研究和三次珩珩磨工藝的實踐證明,珩磨參數對表面質量和效率有著很大的影響,其作用僅次于珩磨條。在確定珩磨次數和珩磨條后,珩磨參數的優化就是保證珩磨表面質量的關鍵。

1.余量分配

精珩磨余量分配影響質量和效率。精珩磨余量太小,前一工步有殘留影響造成質量不穩或不合格,通常需要保證精珩磨余量大于0.012mm。在參數設定時,設定余量大于0.012mm,當低于設定值時設備出現報警,防止余量過小造成質量不合格。精珩第一組參數給第二組參數珩磨留的余量不能低于0.005mm,特別是在缸孔珩磨存在一定量變形時,第二組參數珩磨必須有均勻的、足夠量的珩磨余量,否則有可能出現局部的網紋混亂和質量不均勻情況。綜上可以得出如下結論:

(1)粗珩必須保證缸孔的圓柱度,不能有過大的錐度,避免精珩時因錐度造成余量不均勻,上下部分的支承率差異大,且表面質量不穩定。

(2)珩磨頭本身的圓柱度非常重要,在設置珩磨參數時要關注珩磨頭必須均勻磨損,否則就會產生圓柱度和支承率質量問題。

(3)精珩磨余量過大,珩磨時間長且效率低,會影響產能。

2.膨脹速度

膨脹速度是調整支承率值的主要珩磨參數。膨脹速度高,珩磨效率高,但粗糙度值變大,支承率CL、CF和CR值變大,珩磨力變大;速度低則反之。膨脹速度不能過大,過大有可能使珩磨力快速提高而設備不能及時反饋,出現珩磨頭卡死,主軸不能轉動。

3.珩磨力

珩磨力是限制膨脹的參數,當達到設定的珩磨力,膨脹停止,直到珩磨力降到設定的最低珩磨力,珩磨頭才開始繼續膨脹。珩磨力大,珩磨效率高、粗糙度值變大,支承率徝CL、CF和CR變大;珩磨力過大,會造成零件珩磨變形加大,圓度、圓柱度差,并影響石墨開口率降低;珩磨力低則反之。在生產中要關注整個加工過程中實際珩磨力的變化,如果珩磨過程中珩磨力很低,沒有達到設定的珩磨力,此時為提高支承率值而提高珩磨力就失去了意義。

對于第三次珩磨(平頂珩),通常采用粒度很細的珩磨條,珩磨力越大,珩磨時間越長,第三次珩磨效果越凸出,支承率徝CF、CR變小,粗糙度R變小。特別要注意第三次珩磨珩磨力和珩磨時間不允許過大,不能通過第三次來降低CL 和AR,否則會造成質量的不穩定。CL 和AR必須由第二次珩磨來保證,珩磨質量才能穩定。

4.延時時間

延時時間是珩磨到尺寸后膨脹系統停止膨脹,珩磨繼續進行光整加工的時間。延時時間長,光整加工時間加長,支承率有微量改變,CF、CR減小;延時時間短則反之。

5.主軸轉速和往復速度

速度高、效率高,是提高效率的重要手段,對粗糙度也有影響,受設備和網紋角限制不能過高,所以精珩時基本固定不變,不能用來作為支承率和粗糙度的調整參數。

 

結語

珩磨次數、珩磨條和珩磨參數是保證珩磨表面質量的3個不同層次的關鍵因素,對支承率的保證起決定性作用。

珩磨次數最為重要,是珩磨質量、效率和成本的保證,是珩磨工藝需要根據產品要求確定的首要參數。珩磨條是僅次于珩磨次數的重要因素,它會嚴重影響珩磨質量、效率和成本。珩磨參數是較低層次的重要因素,當珩磨次數、珩磨條選擇正確時,珩磨參數對質量起決定作用。在工藝設計和調試時,我們首先確定珩磨次數,再確定珩磨條,最后是優化參數。在日常解決支承率質量問題時,我們要首先優化珩磨參數,當難以解決問題時再考慮優化珩磨條。

 

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