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為了降低油耗，提升發(fā)動機(jī)性能，新型發(fā)動機(jī)對缸孔表面支承率等表面質(zhì)量的要求越來越高。為保證質(zhì)量，缸孔精珩磨工藝也不斷地改進(jìn)和提升，在生產(chǎn)中通常采用數(shù)控珩磨機(jī)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(zhì)量中最難以保證的，如何較好地保證支承率，成為缸孔質(zhì)量保證的關(guān)鍵，也是珩磨技術(shù)研究的重要課題。 

支承率的定義

發(fā)動機(jī)缸孔表面質(zhì)量要求通常有支承率、粗糙度(R、AR和Rmax)、波紋度(W)、網(wǎng)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(biāo)要求更為嚴(yán)格的表面質(zhì)量指標(biāo)。在我公司，對于支承率指標(biāo)需要進(jìn)行能力值CES測定，必須確保CES合格。支承率指標(biāo)通常由3項(xiàng)組成：磨合規(guī)范CR、運(yùn)行規(guī)范CF和潤滑規(guī)范CL。通常，磨合規(guī)范CR要求，0≤(Y1%-Y2%)≤0.6μm;運(yùn)行規(guī)范CF 要求，0.5μm≤(Y2%-Y80%)≤1.8μm;潤滑規(guī)范CL要求，0.4μm≤(Y80%-Y97%)≤1.4μm。圖1所示為支承率指標(biāo)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(guī)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(yùn)行規(guī)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(guī)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(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新型發(fā)動機(jī)對支承率各規(guī)范值的控制范圍更為嚴(yán)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(jìn)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(zhì)量;一個工位通常為精珩和平頂珩，采用兩套膨脹系統(tǒng)，雙膨脹機(jī)構(gòu)珩磨頭。珩磨頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。精珩用磨料粒度較細(xì)的珩磨條，膨脹機(jī)構(gòu)為機(jī)械式伺服電動機(jī)驅(qū)動，平頂珩用磨料粒度更細(xì)的珩磨條，控制珩磨力和時間以保證珩磨質(zhì)量。精珩和平頂珩通常復(fù)合在同一個珩磨頭上，能更好地保證珩磨表面質(zhì)量，降低設(shè)備投資成本。

多次珩磨作用的工藝試驗(yàn)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(jìn)行了工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，嘗試用二次珩磨取代三次精珩，看工件表面質(zhì)量是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1.金剛石珩磨條精珩試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：粗、精珩都采用金剛石珩磨條，計(jì)劃通過優(yōu)化精珩磨條(金剛石粒度、粘合劑配方等)和加工參數(shù)達(dá)到珩磨質(zhì)量要求。

(1)優(yōu)選珩磨條金剛石粒度。初選D40、D45和D50粒度的珩磨條進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，D40珩磨條金剛石粒度偏細(xì)，珩磨后潤滑規(guī)范超下差;D50珩磨條金剛石粒度偏粗，珩磨后運(yùn)行規(guī)范超上差，除支承率外，其余表面質(zhì)量項(xiàng)目都合格。于是，我們決定采用D45粒度的金剛石珩磨條進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

(2)D45珩磨條配方的優(yōu)化。采用D45粒度，選用不同粘合劑和硬度的5種組合進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，希望能得到既保證質(zhì)量又保證磨削效率的珩磨條。但試驗(yàn)的實(shí)際效果并不理想，要么與D40的珩磨效果一樣，潤滑規(guī)范不合格;要么與D50的珩磨效果一樣，運(yùn)行規(guī)范不合格，很難穩(wěn)定地達(dá)到想要的中間效果。調(diào)整加工參數(shù)后，效果改善十分有限。實(shí)踐證明，一次精珩要兼顧標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的運(yùn)行規(guī)范和潤滑規(guī)范實(shí)在太困難，因此只好放棄D45珩磨條優(yōu)化試驗(yàn)。

(3)珩磨參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)。采用D50珩磨條，通過調(diào)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(shù)(精珩磨到尺寸后停止膨脹、繼續(xù)珩磨的時間)，由300sm加大到3s，運(yùn)行規(guī)范有較大改進(jìn)。但因運(yùn)行規(guī)范結(jié)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(diǎn)(平頂)的效果不穩(wěn)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(jī)上，用第二次的珩磨條(精珩磨條)進(jìn)行第三次珩磨(平頂珩)，達(dá)到了規(guī)范要求的支承率，但運(yùn)行規(guī)范CF值偏大。但當(dāng)支承率值要求更嚴(yán)格時，該方法就難以保證了，必須用更細(xì)粒度的平頂珩珩磨條。

2.珩磨次數(shù)的作用及其對質(zhì)量的影響

通過以上試驗(yàn)，可以得出二次珩磨(粗、精珩)和三次精珩磨表面質(zhì)量差異很大，需根據(jù)產(chǎn)品對支承率的要求進(jìn)行選擇。珩磨次數(shù)對于珩磨工藝的設(shè)計(jì)是一個關(guān)鍵參數(shù)，為保證質(zhì)量和效率，適當(dāng)?shù)亩啻午衲ナ潜仨毜摹?/span>

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(zhǔn)備，保證為精珩提供穩(wěn)定的、均勻的加工余量;修整圓度、圓柱度，使精珩質(zhì)量和節(jié)拍穩(wěn)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(xiàn)殘留粗珩痕跡，質(zhì)量不穩(wěn)定;余量過大，加工時間長，影響節(jié)拍。

二次珩(精珩)分兩組參數(shù)加工，第一組參數(shù)適用于半精珩，較高膨脹速度磨削，提高圓度、圓柱度質(zhì)量，給第二組參數(shù)精珩提供更均勻、穩(wěn)定的珩磨余量。第二組參數(shù)適用于精珩，是保證珩磨質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)二次珩能達(dá)到質(zhì)量要求時，就沒有必要再進(jìn)行三次珩;如果二次珩(精珩)不能穩(wěn)定得達(dá)到表面質(zhì)量要求，就必須進(jìn)行三次珩。

三次珩(平頂珩)，珩磨條磨料粒度更細(xì)，屬于微量加工，主要改善表面質(zhì)量，對尺寸影響甚微，可以忽略不計(jì)。通常控制珩磨力、珩磨時間或珩磨次數(shù)等參數(shù)來進(jìn)行加工。第三次珩磨不能過度，只需起到修平頂?shù)淖饔?，否則就失去了三次珩的意義，反而會造成支承率值的不穩(wěn)定。

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

珩磨表面支承率形成機(jī)理的探討

通過珩磨試驗(yàn)和工藝參數(shù)調(diào)整的試驗(yàn)，研究珩磨支承率的磨合規(guī)范、運(yùn)行規(guī)范和潤滑規(guī)范的加工形成機(jī)理，來探討其質(zhì)量保證方法。

1.潤滑規(guī)范CL

潤滑規(guī)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(shù)，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(zhì)、加工參數(shù)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(dǎo)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(jié)果，造成表面質(zhì)量的不穩(wěn)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(zhǔn)備，留合適的、足夠的精珩余量，以不影響精珩節(jié)拍和表面質(zhì)量為目標(biāo)。

2.運(yùn)行規(guī)范CF

運(yùn)行規(guī)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(jìn)行的珩磨試驗(yàn)，保證質(zhì)量很困難，難以兼顧潤滑規(guī)范要求。在研究過程中，對幾個運(yùn)行規(guī)范CF達(dá)到2～2.5μm的超差零件，進(jìn)行了改善試驗(yàn)：用30um拋光帶輕輕皴零件表面，相當(dāng)于平頂珩，略修平高點(diǎn)，然后進(jìn)行測量，運(yùn)行規(guī)范CF達(dá)到0.7um，潤滑規(guī)范CL沒有變化，說明二次珩和三次珩(平頂珩)的有效結(jié)合是保證運(yùn)行規(guī)范CF的關(guān)鍵。

3.磨合規(guī)范CR

磨合規(guī)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(guī)范CR與珩磨條的粒度關(guān)系很大，只要磨料粒度小于D50，基本能保證磨合規(guī)范。當(dāng)然，磨合規(guī)范的值越小，要求磨料的粒度就越小。

珩磨條對珩磨質(zhì)量、效率的影響

試驗(yàn)研究表明，珩磨條對珩磨的質(zhì)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(zhì)量的關(guān)鍵。

磨料粒度對珩磨表面質(zhì)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(shù)，以保證質(zhì)量和效率，可以通過試驗(yàn)加以優(yōu)選。

硬度是由粘合劑配方保證的，金剛石珩磨條通過調(diào)整燒結(jié)的金屬粘合劑的金屬成分、配比來調(diào)整硬度，由珩磨條生產(chǎn)廠家根據(jù)珩磨試驗(yàn)結(jié)果來加以調(diào)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(shù)。

珩磨參數(shù)的作用

珩磨試驗(yàn)研究和三次珩珩磨工藝的實(shí)踐證明，珩磨參數(shù)對表面質(zhì)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(shù)和珩磨條后，珩磨參數(shù)的優(yōu)化就是保證珩磨表面質(zhì)量的關(guān)鍵。

1.余量分配

精珩磨余量分配影響質(zhì)量和效率。精珩磨余量太小，前一工步有殘留影響造成質(zhì)量不穩(wěn)或不合格，通常需要保證精珩磨余量大于0.012mm。在參數(shù)設(shè)定時，設(shè)定余量大于0.012mm，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時設(shè)備出現(xiàn)報(bào)警，防止余量過小造成質(zhì)量不合格。精珩第一組參數(shù)給第二組參數(shù)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(shù)珩磨必須有均勻的、足夠量的珩磨余量，否則有可能出現(xiàn)局部的網(wǎng)紋混亂和質(zhì)量不均勻情況。綜上可以得出如下結(jié)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(zhì)量不穩(wěn)定。

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

(3)精珩磨余量過大，珩磨時間長且效率低，會影響產(chǎn)能。

2.膨脹速度

膨脹速度是調(diào)整支承率值的主要珩磨參數(shù)。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(shè)備不能及時反饋，出現(xiàn)珩磨頭卡死，主軸不能轉(zhuǎn)動。

3.珩磨力

珩磨力是限制膨脹的參數(shù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的珩磨力，膨脹停止，直到珩磨力降到設(shè)定的最低珩磨力，珩磨頭才開始繼續(xù)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(chǎn)中要關(guān)注整個加工過程中實(shí)際珩磨力的變化，如果珩磨過程中珩磨力很低，沒有達(dá)到設(shè)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(xì)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(zhì)量的不穩(wěn)定。CL 和AR必須由第二次珩磨來保證，珩磨質(zhì)量才能穩(wěn)定。

4.延時時間

延時時間是珩磨到尺寸后膨脹系統(tǒng)停止膨脹，珩磨繼續(xù)進(jìn)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(zhuǎn)速和往復(fù)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(shè)備和網(wǎng)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(diào)整參數(shù)。

結(jié)語

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

珩磨次數(shù)最為重要，是珩磨質(zhì)量、效率和成本的保證，是珩磨工藝需要根據(jù)產(chǎn)品要求確定的首要參數(shù)。珩磨條是僅次于珩磨次數(shù)的重要因素，它會嚴(yán)重影響珩磨質(zhì)量、效率和成本。珩磨參數(shù)是較低層次的重要因素，當(dāng)珩磨次數(shù)、珩磨條選擇正確時，珩磨參數(shù)對質(zhì)量起決定作用。在工藝設(shè)計(jì)和調(diào)試時，我們首先確定珩磨次數(shù)，再確定珩磨條，最后是優(yōu)化參數(shù)。在日常解決支承率質(zhì)量問題時，我們要首先優(yōu)化珩磨參數(shù)，當(dāng)難以解決問題時再考慮優(yōu)化珩磨條。