珩磨技术范文

珩磨技术范文（精选7篇）

珩磨技术 第1篇

苏州信能着眼未来, 近年来依托国家重大科技专项及省科技专项, 就一些业内先进技术进行研究开发, 成功将智能化技术引入珩磨制造领域, 出色地完成了国家重大科技专项“高压共轨燃油喷射系统关键零部件制造装备”中多轴多工位智能化珩磨机的研发制造, 取得用户单位极高的评价, 在智能化珩磨技术方面积累了经验。同时, 德国DEGEN机械制造有限公司研发出目前世界上最先进的智能化全自动高速珩磨机系列Vision Ultimate, 将智能化技术、高速运动与精密控制技术、精密在线测量与反馈技术、超精密珩磨工具制造技术和高精度珩磨加工技术完美融合, 集成了传统的铰、铰磨和内圆磨等工艺的优点, 加工精度及加工效率有极大提高, 为业界树立了技术标杆。

智能化全自动操作实现全闭环智能控制

Vision Ultimate智能化高速珩磨机可以完全实现无人智能操作, 由传统的人工控制发展到全闭环智能控制。它不仅可以单台使用, 还可以多台并联或串联使用, 形成珩磨加工系统。该系统集成了工业机器人、在线自动测量系统、自动刷毛刺装置、工件自动找正装置及工件输送系统等。在珩磨加工过程中, 各个系统互相配合工作, 实现智能化无人操作, 在加工效率大幅提升的同时, 加工精度和尺寸一致性都得到了保证。

首先, 工业机器人可以实现自动上下料, 将工件夹放至预设位置, 工件再通过输送系统分别到达珩磨工位、测量工位及刷毛刺工位, 使用VU高速珩磨机还可以与输送滚道、料盘、工件转台及输送滚道+料盘等多种外部输送装置结合, 形成全自动加工单元。

其次, 自动测量装置通过精密量仪实现自动在线测量, 测量结果被反馈到控制系统, 用以补偿砂条磨损。此外, 测量装置还可以测量工件的多个截面, 截面位置可编程设定, 测量结果可以反馈到控制系统, 由控制系统控制, 实现自动形状修正。

高速高精度运动实现高效高精加工

Vision Ultimate智能高速珩磨机采用双驱动往复形式, 主轴和夹具均可往复运动, 其行程速度和行程加速度均大幅提高。由于采用了直线电动机驱动夹具, 高速珩磨机的行程速度可以达到最高200 m/min, 行程加速度最高60 m/s2。在加工小孔零件时, 设备可以实现最高40次/s往复, 而传统珩磨机只能达到最高4~5次/s往复。正是这一关键技术, 使得高速珩磨机的加工效率相对于传统珩磨机有了几倍的提高。同时, VU高速珩磨机的主轴转速也大为提高, 最高可达12 000r/min, 这使得即使加工微小孔时也可保证很高的磨削线速度, 进而保证了加工效率和加工表面质量。

新型珩磨刀具

Vision Ultimate智能高速珩磨机采用了新一代珩磨刀具, 配合主轴自定心系统, 可实现很高的刀具回转精度。新的刀具形式一方面进一步提高了加工效率, 单次珩磨最大扩张量可达100m, 集成了铰、珩磨及内圆磨等工艺的优点, 传统珩磨需要4~5道工序才能完成的加工, 使用VU珩磨机只需一道工序即可达到要求;另一方面工件加工后圆度及圆柱度也更加精确, 圆柱面的胀刀方式使得刀具定心度高, 具有恒定的胀刀路径, 一道工序即可达到较高的精度, 精度一致性得到了保证。同时, 珩磨杆内有切削液通道, 珩磨过程中切削液从刀具内部喷出, 直接喷到加工内孔表面, 有利于排屑, 使珩磨条不易堵塞, 工件材料对刀具的影响较小, 故障几率远低于传统珩磨杆。珩磨工艺由于空间的相对密闭性以及磨削接触面积较大, 使得磨削产生的热量难以排散, 如果冷却不佳就容易使得工件表面烧伤, 进而影响工件表面加工质量和使用性能, 采用内喷冷却油的方式可以使冷却效果大为改善, 有效防止磨削烧伤的产生。而且珩磨过程中珩磨套和工件接触, 珩磨杆无接触, 只需更换珩磨套, 珩磨杆理论上可以永久使用, 这样大幅降低了使用成本。

先进的控制系统

控制系统是智能化珩磨制造系统的灵魂。Vision Ultimate智能化高速珩磨机采用智能化电控系统, 该控制系统具有高精度、高可靠性及高灵敏度等特点, 结合加工要求和工艺步骤, 该控制系统可以准确协调各复杂装置联合工作, 实现智能化加工、检测、反馈与调整, 保证最高的加工效率和精度。

首先, 由于VU智能高速珩磨机采用直线电动机高速运动, 如何实现其高速稳定性、位置精准性是控制系统的重要任务。该系统设计限制加速度的S形加减速轨迹规划算法实现高速柔性往复运动, 通过多重运动学约束, 产生加速度连续的速度控制曲线, 避免对机构的冲击。对于进给速度、行程和运动学约束等参数的不同配置, 自动分类确定合理的S形加减速控制策略, 实现加工时间的优化, 且在换向位置保证较高的精度, 实现高速往复运动的稳定精准控制, 这对于盲孔加工具有重要意义。

其次, 精密伺服进给系统直接关系到加工精度。该系统采用纳米级精度数据采样插补算法, 在控制系统内部实现高精度光顺插补控制。同时, 控制系统控制精度 (脉冲当量) 可根据需要调节, 适应广泛的精度控制需求。

第三, 该控制系统具有较好的扩展性能。根据精密在线测量系统反馈的测量信号, 对珩磨加工进行闭环控制, 达到加工要求后停止加工。同时在多机串联加工时, 该系统可扩展配珩功能, 根据测量系统反馈的测量信号, 控制系统可以自动分配每个工位的加工余量, 实现精密配珩加工。

正是智能化珩磨控制系统精确强大的控制能力, 各个系统才能有机融合、协调工作, 充分发挥出各部分效能, 达到极高的加工精度和加工效率。

结语

石墨密封环的珩磨工艺技术 第2篇

随着制造技术的发展, 越来越多的石墨密封环应用到先进的机械密封中, 提高了机械密封的性能, 降低了使用成本。生产现场还存在较多加工难题, 石墨密封环的珩磨加工就是加工难题之一, 为了解决这一问题, 对石墨密封环进行分析、研究。通过多次的试验加工, 完成了项目要求的内容, 并进行批量验证, 得到稳定的产品质量, 证明改进后的工艺方法的可行性、可靠性, 从而提高石墨密封环的加工质量, 保证密封性能。

1 研制目标

任务来源及目标

在机械密封备件加工中, 发现石墨密封环珩磨加工中, 质量不稳定, 生产效率低。按技术部门要求立项研究, 解决生产实际问题。研究目标为保证产品质量、提高生产效率。

2 零件分析

2.1 零件结构分析

图1为FY520.80.002石墨密封环, 该套石墨密封环是由三个环组成。左端为内外环组成, 右端为后环。在外圆处用弹性元件围紧, 内孔处为密封面, 与主轴紧密接触, 实现密封的要求。除右端面外, 各端面为密封面, 相互形成密封副, 共同完成密封的目的。石墨扇形块的间隙是用于热补偿, 防止密封失效。

2.2 工艺技术分析

2.2.1 石墨密封环的材料

石墨材料为M205K, 是典型的不透性石墨材料, 并浸渍树脂材料, 提高材料的综合性能。石墨材料相对强度较低, 尤其是抗拉强度和抗弯强度更低, 加工中极易产生掉块现象。

2.2.2 加工设备

加工设备为专用石墨珩磨机。

2.2.3 设计要求

(1) 圆柱度:0.005

(2) 圆度:0.01

(3) 粗糙度:Ra0.2

(4) 尺寸精度:0.024

2.3 珩磨原理

若干珩磨砂条作径向涨缩, 并以一定的压力与内孔表面接触, 珩磨头的砂条做3种运动, 即旋转、往复和加压运动。切削轨迹交叉又不重合的网纹, 砂条从工件上去除极薄的材料, 被加工表面交叉而不重合的网纹切痕, 使工件表面易形成一层油膜, 从而减少工件间的表面磨损。

2.4 现场问题

表现为气密性检查的一次合格率较低, 影响生产进度。

(1) 多个扇形块结构, 无法正确定位工件。

(2) 珩磨头轴向尺寸小, 影响加工质量。

3 问题的解决

3.1 改进石墨密封环的装夹方式

利用工作状态进行石墨密封环的装夹, 解决了石墨环的定位难的问题, 从而提高了珩磨加工的质量, 经过气密性检查验证, 合格率显著提升。

3.2 改进珩磨头

珩磨头轴向尺寸小, 影响珩磨质量和加工效率。通过重新设计, 增加珩磨头轴向尺寸, 改善装夹方式, 提高定位精度, 提高了加工质量, 如图2和图3所示。

4 珩磨加工改进效果

通过对珩磨加工过程的分析和研究, 找出了影响珩磨加工的问题。并及时对工装结构和工件的装夹方式进行改进和完善, 从而提高了珩磨加工的质量, 解决了气密性检查的一次提交合格率低的问题, 同时提高了加工效率, 经过多批次的生产验证, 改进效果显著, 见表1。

结语

通过对石墨密封环珩磨加工的多项改进, 全面提高了石墨环珩磨加工质量, 提高了生产效率, 解决了生产实际问题, 圆满完成了项目规定的要求, 改进后制造的产品经过多批次的验证, 证明该套工艺方法的可靠性和稳定性, 为后续的工艺改进积累了经验, 可以推荐到新型机械密封的研制中。

摘要：石墨密封环, 是当今最先进的机械密封形式, 是机械密封中的关键零件之一。石墨密封环的加工质量直接影响主机的密封性能, 影响机械密封的使用性能及安全。本文主要介绍了石墨密封环的珩磨加工, 其中包括加工原理、工装结构、加工运动等方面。为提高石墨密封环的加工质量, 保证石墨密封环生产, 做好技术储备。

关键词：石墨密封环,珩磨头,扇形块

参考文献

珩磨技术 第3篇

珩磨是一种低速大面积接触的磨削加工,与磨削原理基本相同。珩磨所用的磨具是由几根粒度很细的油石条组成的珩磨头。珩磨时,珩磨头的油石有三种运动:旋转运动、往复直线运动和施加压力的径向运动,旋转和往复直线运动是珩磨的主要运动,这两种运动的组合,使油石上的磨粒在孔的内表面上的切削轨迹成交叉而不重复的网纹,径向加压运动是油石的进给运动,施加压力愈大,进给量就愈大。如今,珩磨已不再是一种只能提高内孔表面粗糙度等级的加工方法;而是一种能够快速、可靠地去除一定余量,提高表面粗糙度等级的半精加工和精加工的工艺方法了。珩磨孔的精度方面,其加工的表面粗糙度可达Ra 0.1/μm以上。此外,还可以对孔的各种缺陷,如:圆度、中凹、中凸、喇叭口、锥形、弓形、波浪形以及钻、镗、饺等工序中所产生的残留切削痕迹和振纹进行修整,几何精度也可控制在0.002mm以内,使之达到满意的程度。而且对串联孔的同轴度误差也可通过珩磨获得修整。目前,乘用车发动机的缸孔珩磨工艺采用的几乎都是平台珩磨或滑动珩磨。上述两种珩磨分别为欧洲的两大主流珩磨机厂家发展的不同方向。Gehring珩磨机主要是以平台珩磨为主,向激光珩磨方向发展;Nagel珩磨机主要是以滑动珩磨为主,向螺伞滑动珩磨方向发展。无论哪种珩磨,最终都是为了得到较好的储油表面结构,一汽海马目前采用的是Gehring平台珩磨工艺。

2 平台网纹结构珩磨加工机理

2.1 平台网纹珩磨的概念

平台网纹珩磨可使工件表面形成许多密集的螺旋状平台网纹,其中的沟槽能增强工件表面储存润滑油的能力。这些网纹沟槽相互贯通,在储油油压的作用下可大大减少油膜中断的几率,从而明显改善供油和油膜分布状态。小平台因网纹相互隔离,不会形成较大面积的连续干摩擦区或边界摩擦区(半干摩擦区),从而可大大降低熔着磨损扩大化的几率。因此,多网纹小平台可使摩擦副的润滑状况大为改善,从而延长缸套(缸体)一活塞环摩擦副的使用寿命,并显著降低机油油耗量和燃料消耗。只要保证缸套(缸体)和活塞环的制造精度,保证两者配合良好及适度润滑,就能大大缩短发动机的磨合期。因此,平台网纹珩磨技术在现代汽车制造业已得到大力推广和广泛应用。

2.2 平台网纹珩磨主要加工方式

机械平台网纹珩磨是使用带有自动测量功能的双进给珩磨头,在双进给珩磨机上通过两次涨刀实现粗、精珩磨。首先在粗珩磨时磨到基本尺寸;然后在精珩磨时磨出沟槽网纹;最后在平台珩磨时磨出平台。

2.3 平台珩磨加工过程

平台珩磨一般分为三个阶段(或称三个工序):粗珩、精珩(表面基本结构加工)和平台珩,从而形成理想的缸孔表面。粗珩是修正和稳定精镗后的形状精度,此外还要形成一个基本的表面结构;精珩使缸壁的宏观几何形状将得到改善,并且表面的基本结构也将被加工出来;平台珩使表面基本结构的表面尖峰将在几秒钟内被珩磨掉,从而形成一个小平台,该小平台也就是所谓的平台支承表面,该平面的表面光洁度很高,同时又具有较高和较好的支承率。

实现珩磨的珩磨头的结构特点:一般在平台珩磨刀具上有两套不同的砂条,它们各自配有一套独立的涨刀装置。一套砂条用于平台基本结构珩磨(精珩),另外一套砂条则是用于平台表面加工(平台珩)。该双进给刀)具也可以用于粗珩和精珩珩磨。这种刀)具主要的优势是:可在同一个工位一次装夹,使用同一根主轴,就可进行两次不同的珩磨加工。除去其在经济性上的明显优势外,它还可以保证稳定的平台表面。在实际生产中,一汽海马就是采用该种结构的珩磨头在一个工位上实现精珩和平台珩的。

过去一般认为两次珩磨和三次珩磨均可实现平台网纹的表面结构。随着工艺水平的提高,现在一般认为只有采用三次珩磨,且精珩磨与平台珩磨在同一工位上一次定位完成,才能获得精确的平台网纹表面结构。由于平台珩磨的余量很小,加工行程次数只有5～8次,如果精珩磨和平台珩磨采用独立主轴加工,在珩磨头没有消除重复定位误差以前就已经完成平台珩磨,产生假平台。精珩磨与平台珩磨一次定位完成,即在一个主轴上实现精珩磨和平台珩磨。精珩磨涨刀时平台珩磨不涨刀,精珩磨完成退刀时,平台珩磨涨刀)加工,这样可消除重复定位误差的影响。

三阶段加工旨在减少机油消耗量。首先在粗珩工序高效切除加工余量,将精珩余量控制在最低程度。接着在精珩中可靠切除粗珩后的突出深沟槽。最后在平台珩调整表面粗糙度Ra和适宜的贮油深度Rvk。但是,即使进行三阶段的加工,在珩磨加工过程中如果切入力大,缸孔表面出现金属组织被压破的“塑性流动”现象。如果这种塑性流动发生过多,润滑性能就可能不足,这就增加了确保抗咬合性的必要性。作为减少塑性流动的加工方法,重要的是靠稳定的自锐作用确保油石的锋利度。为此,必须将油石所承受的加工面压控制在理想的水平。作为塑性流动的定量评价方法,一般由缸孔的断面照片,根据塑性流动量和石墨状态进行评估。

2.4 利用切入控制“TFCS”的高精度珩磨加工

传统珩磨的油石扩张方式有“定压扩张式”和“定速扩张(NC扩张)式”2种。

对于以一定压力切入的“定压扩张式”,如果油石因堵塞造成锋利度降低,就会由于定压的缘故发生结构上不可避免的问题,即油石不能继续切入,加工无法完成。

对于“定速扩张式”,扩张力传递杆等切人传递系统的挠曲发生在数控(NC)电动机轴和实际油石之间,出现珩磨特有的所谓“弹性后让”现象。油石切人工件时,挠曲量因油石锋利度而发生变化,加工面压会失去稳定性。因此,存在理想加工面压和实际切入力发生差异或偏差以及加工表面性状不稳定等问题。而且这种切入力的偏差对油石寿命和缸孔直径尺寸都有不良的影响。

与之不同的是,T0Y0切入力控制系统(TFCS)是赋予定压功能的定速扩张式,可以弥补彼此的不足,得到稳定的加工表面性状。TFCS靠压电式传感器对切入力进行实时监测,切入速度能够得到控制。由此在抑制切入力变动的同时,可消除油石堵塞,提高加工的稳定性。

另外,油石接触缸孔以前被称为“空切”,为了尽可能消除油石所受的冲击,油石扩张条件的设定通常将速度控制考虑在内。

2.5 平台珩磨的基本要素

(1)表面粗糙度

表面粗糙度是珩磨工艺中最重要的指标之一。在平台珩磨中,平台表面粗糙度值越小,支撑率和耐磨损性能越好。但是,加工中提到的表面粗糙度一般是指平台表面粗糙度与沟槽的综合粗糙度。因此,沟槽的数量和深度是影响表面粗糙度的主要因素。一般来说,表面粗糙度对工件使用性能的影响包括:

①影响摩擦和磨损;

②影响配合性质;

③影响零件强度;

④影响抗腐蚀性;

⑤影响导热性和涂层附着性。具体到缸孔上,如表面粗糙度值过小,容易发生干摩擦现象并有“抱缸”的危险;如表面粗糙度值太大或沟槽太多,容易导致活塞副寿命缩短,间隙过大,容易造成烧机油现象和燃料损耗过大。

(2)沟槽

与早期的普通缸孔珩磨相比,平台网纹珩磨的最大特点之一是增加了均匀的网状沟槽,大大提高了机油储油含量,增加了活塞副的润滑性能。沟槽的主要性能指标包括:

①沟槽深度:根据液体张力原理,窄而深的沟槽储油性能较好。各公司都有自己的沟槽深度标准,精珩平顶后的沟槽标准深度通常为4～6μm或稍深,同时,宽度在1～3μm的沟槽称为有效沟槽。

②沟槽数量:指标准长度(=4.8～5mm)内的有效沟槽数量。

③支撑率:较大的支撑率可以形成良好的平台支撑效果。根据发动机性能要求的不同,各公司对支撑率的要求也不同,一般支撑率在70%-80%最佳,至少应达到60%以上。

(3)几何精度

几何精度是发动机缸孔最重要的技术指标之一。各生产企业因发动机缸体的材质、结构(缸孔周边壁厚及冷却构造等)不同,对几何精度的要求也不同。必须检测和进行质量控制的几何精度包括圆度、圆柱度和直线度。为了保证活塞副配合间隙的均匀性,降低机油和燃料损耗,必须严格控制几何精度。由于发动机工作状况恶劣,对冷变形量(装配变形量)和热变形量(工作变形量)也必须进行控制。有时因变形造成的几何精度问题对发动机机油和燃料损耗的影响比单纯的粗糙度问题更严重、更隐蔽(不易检测),解决起来也更困难、更复杂。因此在缸体和缸盖的设计制造中,应尽量减小变形因素导致的几何精度变化。

2.6 平台珩磨的基本要素的控制

(1)表面粗糙度的控制

表面粗糙度值的大小在珩磨机上是可调的,但在珩磨加工中经常遇到粗糙度不均匀的问题,主要由以下3个原因造成:

①前序几何精度超差过大。珩磨加工中粗糙度不均匀大多是由珩磨前序(精镗)中几何精度超差所致。精镗几何精度超差包括缸孔(缸套)的圆度、圆柱度、位置度等超差。珩磨余量过小也是造成此类问题的原因之一。

②珩磨头存在问题。包括:珩磨头顶杆的长度不合适;砂条座问隙大小不合适,影响涨出和回缩;砂条座弹簧松紧不合适;同时工作的砂条几何精度(砂条外径的圆度、圆柱度等)不达标;珩磨头砂条外圆与珩磨孔直径不匹配等。

③珩磨条(珩磨油石)性能和质量的影响。例如:金刚石颗粒的形状及大小不合适、均匀性差,或结合剂、疏松度不匹配等。因此,在发现珩磨粗糙度不均匀时应具体分析其原因,针对不同情况采取不同措施。

(2)沟槽数量的控制

网纹的有效沟槽(即有一定深度的沟槽)的数量是缸体珩磨中最关键的问题之一。缸体中有效沟槽的多少直接影响发动机活塞副的功效、寿命以及发动机的排放质量和机油消耗。各公司根据发动机的用途、性能不同,对单位长度内的沟槽数量有不同的要求和标准。影响有效沟槽数量的因素包括:

①珩磨油石中金刚石的形状、粒度、浓度及性能直接影响有效沟槽数量,粒度过粗、浓度过低都会导致有效沟槽数量过少。

②精珩量过大也会影响有效沟槽数量,即原有足够数量的有效沟槽会被精珩平顶珩掉。因此精珩量一般应控制在5～8μm以内。

③增加有效沟槽数量的方法包括:适当降低珩磨油石粒度,同时适当减小精珩量。如需保证原有加工节拍,就必须采取相应措施,如提高主轴转速、增加设备数量等。

(3)缸孔锥度修正

在珩磨过程中,如果前序加工后缸孔出现锥度,可根据检测结果(一般在珩磨头导向部设置气检喷嘴),通过调整珩磨头行程两端的超程量对缸孔锥度进行补偿,最后还可以通过局部珩磨进行锥度修正,这些都是珩磨机应有的功能。

(4)其它珩磨缺陷

①黑色划痕

在平台网纹珩磨中,有时在珩磨完成后的缸孔中可看到黑色亮带或划痕。经反复检测和观察发现,在珩磨头完成操作退出缸孔时,珩磨条已收进珩磨头本体。产生这种痕迹的原因是珩磨主轴、珩磨工件压板或导向套与缸孔之间存在位置度误差,在珩磨头退出缸孔的瞬间,珩磨头上的硬质合金导向条接触缸孔表面造成侧向挤压。此时侧向力很小,接触面积较大,这种黑色痕迹是轻微碾压的结果,但不会对粗糙度和沟槽造成任何影响,因此对珩磨后的缸孔质量基本无影响

②深沟(孔)缺陷

在检验报告上看到粗糙度曲线中出现较深凹槽,常认为是珩磨质量问题,即沟槽过深。对此应作具体分析。首先,粗糙度测量仪检测的是线性轨迹,不能全面反映表面缺陷。其次,粗珩条的金刚石颗粒不可能产生如此深的沟槽。由于缸体材质为灰铸铁,粗糙度曲线中反映的深沟常常是铸件中的微型气孔(图1)。这种气孔不仅不会影响缸孔(缸套)质,而且对缸孔的含油润滑性有益(这在网纹的复印胶片上可看得很清楚)。

3 平台网纹结构珩磨的工艺设计

3.1 切削速度与切削交叉角的选择

切削速度V由旋转(圆周)速度v旋和往复速度v往合成。在珩磨加工过程中,由于切削运动的结果,珩磨油石的磨粒在加工面上切削出交叉网纹,其网纹形成的角度叫切削交叉角θ。上升网纹与水平线形成的角度叫做切削升角a1,下降网纹与水平线形成的角度叫切削降角a2。

n主轴转速D被加工件直径故:切削速度与切削交叉角的关系

在珩磨加工中,切削速度对“比切削量”(切削量/所切入的功表明珩磨油石的锐利性)影响较小。无论珩磨铸件或珩磨钢件,切削速度的变化,其比切削量变化不大,即对珩磨油石的锐利性影响较小。

切削交叉角对切削量和珩磨油石磨损量以及表面粗糙度影响较大。增加切削交叉角,比磨石减量随着增加,当然,被加工面粗糙度也随着变粗。这是因为在珩磨切削过程中,保持珩磨油石的锐利是靠加工表面粗糙度来修整,只有锐利的珩磨油石切削量才能提高,而油石要锐利就必然要磨损。当切削交叉角为0°时,切削效率低;当切削交叉角为90°时,珩磨油石磨损大,加工表面粗糙度粗,这样反而使切削量不大。通过实验,当切削交叉角为45°左右时切削量最大。因此,在珩磨加工中,要提高生产率应采用45°左右的切削交叉角。

3.2 珩磨油石工作压力

所谓珩磨油石工作压力,系指珩磨油石作用在被加工表面的压强一一单位面积上的压力。而不是机床压力表上的数值或其他压力数值。珩磨油石工作压力对珩磨切削性能影响很大,直接影响切削效率、珩磨油石磨损量和工件精度与粗糙度。珩磨工作压力大时,珩磨切削量和珩磨油石磨损量都大,加工精度和表面粗糙度也差。珩磨工作压力小时,切削量和珩磨油石磨损量都小,加工精度和表面粗糙度则好。选择珩磨油石工作压力时,除根据上述情况考虑外,还要根据所使用的机床动力大小、珩磨头及珩磨夹具的刚性、珩磨油石的强度、珩磨;油石与被加工面的实际接触面以及工件的材质、尺寸大小和形状等因素全面考虑。

一般情况下,生产型珩磨机的珩磨油石工作压力可按表1选择:

3.3 珩磨工作行程的计算与调整

为了加工出直径一致、圆柱度好的孔,必需调整好珩磨工作行程及相应的越程量,如图3。

则珩磨工作行程长度按下列公式计算:

珩磨油石在被加工孔小的越程量h1和h2一般为珩磨油石长度的1/31/5,它与珩磨头油石座的支撑点、珩磨机床往复运动情况与在两端停留的时间以及加工零件的材质与形状有关。当一端越程量大时,工件孔易产生喇叭口形:当一端越程量小时,工件孔易产生口部小的情况;两端越程量都大或小时,则下件孔易产生腰鼓形:一端越程量大,一端越程量小时,则工件孔易产生锥度。

因此,按上述计算公式计算出行程调整机床之后,还需进行试珩,根据测量孔的实际尺寸,再重新调整其越程量,直至合格。

3.4 珩磨头的修整

珩磨头是珩磨加工使用的一种特殊工具,它与珩磨油石配合使用,可完成一般珩磨和平台网纹珩磨,能大大提高加工精度和生产效率,并具有精度高、可测量等特点。除了设备因素和人为操作因素外,珩磨头也是保证缸孔珩磨质量的重要因素。因此,珩磨条的粘接和珩磨头的组装、磨削、维护保养等至关重要。

虽然在珩磨过程中,珩磨油石可以和工件相互修整,但工件留磨量都较小,所以在最初珩磨过程中就不可能得到充分的修整。尤其是超硬磨料的珩磨油石,由于其本身耐磨,就更不能得到充分的修整。因而在加工中就不可能得到理想的加工表面,精度也无法保证。因此在使用新珩磨油石时,在加工之前必须对珩磨油石进行修理(也称为归圆)。普通珩磨油石的修整,是直接把珩磨油石装在所使用的磨头上,拿到外圆磨床上归圆,这是最理想的,超硬珩磨油石的修整,可在外圆磨床上用碳化硅砂轮进行修整。砂轮线速度为18-25m/s,磨头线速度为13 m/min,进刀深度一般磨修用0.020.04mm/行程,精修为0.01mm/行程。同时需要大量冷却液浇入。

3.5 珩磨条的选用

珩磨条在珩磨中直接加工缸孔,是珩磨效果是否达标的关键,因此珩磨条的选用至关重要。无论是粗珩条还是精珩条,在使用初期都有一个磨合过程。需在加工N个工件后再确认其粗糙度。N越小,或珩磨条使用周期越长、废品率越低,加工成本也越低。

(1)粗珩条的选用

粗珩条的材质一般采用金刚石颗粒+金属结合剂或树脂结合剂,近年来也有采用立方氮化硼替代天然金刚石的。

①珩磨条粒度:指珩磨条中所含金刚石颗粒的大小。目前我国国标以筛选金刚石的目数作为标准,即单位面积内目数越多、数值越大,颗粒就越细小(欧美各国标准则相反,数值越大,颗粒越粗大)。珩磨条粒度与珩磨速度有关:粒度大,珩磨速度快;粒度小,珩磨速度慢,可决定生产节拍。粒度与沟槽深度和宽度有关:粒度大,沟槽相对较深、较宽。粒度与沟槽数量也有关:粒度大,沟槽数量相对较少。因此,若要增加沟槽数量,就必须降低粗珩条的粒度,但同时也牺牲了加工速度,因为降低珩磨条粒度相当于减小了每转切削量。如要保证原有加工速度或加工节拍,就必须提高珩磨主轴转速,即适当提高珩磨头转速以弥补进给量的不足,但需要注意过热形变问题。此外也可通过缩短辅助时间予以弥补。

②珩磨条的金刚石浓度:指珩磨条中金刚石颗粒与结合剂的配比。浓度越高,金刚石颗粒的比重越大。金刚石浓度影响沟槽数量:浓度越高,有效沟槽数量相对越多。浓度影响切削速度:如浓度过低,相当于减少了参与切削的刀头,因此会降低切削速度。浓度影响珩磨条硬度:浓度越高,珩磨条越硬。但珩磨条过硬会导致自砺性下降(俗称糊砂条),不仪影响珩磨质量,也会影响切削速度,严重时还会损伤珩磨头或工件。

③结合剂:大致分为树脂结合剂和金属结合剂两种。结合剂对珩磨效果的影响:结合剂过软,疏松度过大,颗粒脱落快,容易出现网纹断续、混乱;结合剂过硬、过粘,疏松度过小,会导致自砺性下降,工件易烧伤。

(2)精珩条的选用

精珩条的材质大致可分为碳化硅精珩条和金刚石或立方氮化硼高硬度精珩条两种。其特点为:

①普通碳化硅精珩条:优点是平台加工粗糙度低,光洁度好,价格便宜;缺点是珩磨条磨损快,消耗量大,且必须使用油基冷却液。

②金刚石或立方氮化硼高硬度精珩条:优点是消耗量小、性价比高,水基、油基冷却液均可使用;缺点是价格相对较贵。为提高生产效率、降低废品率和生产成本,目前精珩条已大量采用天然金刚石或立方氮化硼材料。普通碳化硅精珩条虽然价格便宜,平台加工粗糙度好,但使用寿命较短。此外,更换精珩条时需将珩磨头从机床上卸下,而刚更换的珩磨头虽经细致修磨,但因二次装夹的原因,极易产生废品。另外,普通碳化硅精珩条只适用于油基冷却液,冷却成本较高天然金刚石或立方氮化硼精珩条比碳化硅精珩条性价比可提高10倍以上,更重要的是,减少了装夹次数,可大大降低废品率。因此,目前普通碳化硅精珩条已较少用于大规模生产线上。

从珩磨效率和珩磨条寿命的角度考虑,一般粗珩磨和精珩磨采用金刚石珩磨条,但平台珩磨必须采用碳化硅珩磨条,以避免金刚石珩磨条切削形成的鳞刺。这一点在Perkins的技术标准中有明确的要求。采用金刚石砂条时,粘接完毕后使用前应装在珩磨头上进行线外修整,以适应缸孔的形状。

3.6 上换向点和下换向点的设置

上换向点和下换向点的设置直接影响缸孔形状,一般来说,珩磨时砂条的伸出长度为砂条本身长度的三分之一被证明是最理想的,当伸出长度上下对称时,我们可以得到一个理想的圆柱度,若砂条伸出长度太大时,因砂条的很大一部分在孔的上下两棱被磨利,并在这一区域造成很大的切削量,且由于砂条和孔壁的贴靠面积减小,从而增大了涨刀压力,也会造成大量切削,从而造成两端喇叭口的形状;若砂条伸出长度过小,砂条会在孔的中间部位形成过量切削,从而造成腰鼓性的孔。

3.7 珩磨油对珩磨质量的影响

除了珩磨砂条及珩磨加工参数对加工质量及效率有重大影响外,珩磨液对加工质量也是很重要的。珩磨液要求黏度低,具有极好的渗透性、润滑性和排屑性,要有很强的清洗能力以保持珩磨油石的自砺和微孔的畅通,并且要求抗烟雾性好,燃点高。目前所使用的珩磨液可分为两大类:油基和水基珩磨液。两种冷却液各有优缺点,油基优点是渗透性、润滑性好,排屑性和清洗能力强,缺点是燃点低、抗烟雾性差,废弃时难以处理且不环保;对水基珩磨液来说,优点是安全性、环保性好,抗烟雾性好,冷却性好,可进行处理以适应环保要求缺点是渗透性、润滑性差。近年来,欧洲一些国家越来越流行使用水基珩磨液替代珩磨油以适应日益严格的环保要求。珩磨油是非常重要的珩磨冷却液,同时可起到清洁杂质的作用。珩磨油对珩磨质量有如下影响:

①如珩磨油粘度过大,流动性不好,则清洁作用差。

②如珩磨油太脏(尤其是珩磨油中有超过5微米的颗粒),会直接影响珩磨网纹质量和粗糙度,并容易造成夹具、滑台丝杠磨损,造成工件定位误差;此外,还容易损坏珩磨头和珩磨座间隙,部分或全部堵塞导向条上的测量气孔(气检喷嘴),影响珩磨质量和精度。因此,在保证安全性的前提下,应尽量降低珩磨油粘度,并定期更换珩磨油,保证其清洁度。

总体来说,每个具体的珩磨加工参数的确定是需要根据实际的工艺参数和工件的测量结果来设定。

4 结语

内孔珩磨技术是机械加工的一个重要方面,最近几年来由于各种原因没引起重视,发展相对其它加工技术(数控加工,异形零件加工等)显得非常缓慢,这其实是很不正常的现象。实际上孔在机械零部件的几何要素中占据很重要位置,孔的精度往往决定着机械零部件的精度和功能,特别是现在汽车工业、工程机械、数控机床工业等高速发展,迫切需要高效高精度的内孔珩磨技术及数控珩磨机床的支撑。内孔珩磨技术的滞后会严重影响机械工业的正常发展,本文仅作为一个引子,内孔珩磨技术还有很多技术难题(如:数控内孔珩磨机床的开发,珩磨头最优的结构,珩磨工具的使用,内孔珩磨机床的控制技术,内孔珩磨工艺参数等)需要攻克,希望引起各位专家,学者的重视。

摘要：平台网纹珩磨技术是一种在发动机行业应用广泛的先进加工技术,主要用于发动机缸孔或缸套的加工,尤其适用于精密配合运动偶件的加工。本文从平台网纹珩磨发展,平台珩磨加工特性,平台网纹珩磨工艺等几个方面;来分析平台网纹珩磨加工机理并确定其合理的工艺参数。

关键词：网纹结构,平台,珩磨

参考文献

[1]《磨削原理与工艺》湖南大学傅杰才湖南大学出版社.

[2]《磨削加工技术》日本庄司克雄机械工业出版社.

珩磨技术在高精度孔系加工中的应用 第4篇

珩磨技术是随着汽车的诞生和发展应运而生的。发动机是汽车的心脏,发动机中的缸孔与活塞是最重要的摩擦副,其性能优劣和工作的状态直接影响汽车产品的质量、品位、使用寿命和人类的生存环境,所以自汽车发明以来,人们一直在探讨缸孔工作表面精密制造技术。

珩磨是用镶嵌在珩磨头上的油石对工件表面施加一定压力,珩磨工具或工件同时做相对旋转和轴向直线往复运动,切除工件上极小余量的精加工方法。珩磨方法从汽车发动机(柴油机、汽油机)的应用,到摩托车、拖拉机缸体的应用,再到飞机零部件、导弹、坦克、枪炮、船舶、工业缝纫机、空调压缩机、液压气动、制动器、油泵油嘴、轴承、工程机械、管乐器、光纤电缆的连接口等等,应用范围非常广泛。

2 珩磨的工作原理

珩磨条装在珩磨头上,由珩磨机主轴带动珩磨头做旋转和往复运动,并通过其中的胀缩机构使珩磨条伸出,向孔壁施压以做径向胀开运动,实施珩磨加工。

珩磨加工时,珩磨头圆周上的珩磨条与孔壁的重叠接触点相互干涉,一方面珩磨条将孔壁上的干涉点磨去,另一方面孔壁也相应地使珩磨条上面的磨粒尖角或整个磨粒破碎或脱落,珩磨条与孔壁在珩磨过程中相互修整。再就是由于珩磨头在珩磨过程中,既有旋转又有往复运动,使工件孔的加工表面形成交叉的螺旋线切削轨迹。由于每一次往复行程时间内珩磨头的转数为非整数,两次行程间又错开一定位置,这样复杂的运动使珩磨条的每一磨粒在孔壁上运动的轨迹不重复。在整个珩磨过程中,孔壁与珩磨条上的每一点相互干涉的机会差不多均等。这样在孔壁和珩磨条间就会不断产生新的干涉点,又不断将这些干涉点磨去,使孔壁和珩磨条的接触面积不断增加,相互干涉的作用和切削作用不断减弱,孔与珩磨条面得圆度和圆柱度不断提高,孔壁的粗糙度降低,达到尺寸要求精度后,珩磨条缩回,珩磨头推出工件孔,完成孔的珩磨。

3 珩磨加工的应用

3.1 珩磨加工应用方式

在发动机加工中珩磨的加工分以下几种方式:

(1)缸体内孔表面形成

缸孔是气体压缩燃烧和膨涨的空间,并对活塞起导向作用,缸体内孔表面是发动机磨损最严重的表面之一,它决定了发动机的大修期和寿命。

珩磨是缸体内孔的最后精加工工序,珩磨后的表面具有交叉网纹,有利于润滑油的贮存和油膜的保持,并具有较高的支承率,能承受较大的载荷,耐磨损,使用寿命长。

(2)曲轴孔的珩磨加工

曲轴作为发动机最主要的运动部件,曲轴孔的加工质量对发动机的工作性能将有极大的影响,因此对发动机曲轴孔工艺的要求一般比较严格,包括直径、位置度、圆度、各档曲轴孔中心的直线度及表面粗糙度等。

珩磨加工有利于减小曲轴孔表面的残余应力,提高表面质量。珩磨时采用的切削液大都采用过滤过的煤油或煤油加锭子油,也可采用极压乳化液。方便冲刷切屑,避免堵塞珩磨条,同时降低切削区的温度和表面粗糙度。

(3)连杆内孔( 大、小端) 的珩磨加工

连杆是连接活塞和曲轴的中间部件,主要作用是将活塞的直线往复运动转变成曲轴的回转运动。连杆的加工精度将直接影响发动机的性能,其中连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序,它的加工精度对连杆质量有较大的影响。

珩磨加工后使得连杆大头孔公差等级达到IT6,表面粗糙度Ra 不大于0.4μm ;小头孔公差等级为IT8,表面粗糙度Ra 不大于3.2μm。满足了加工精度的需求。

(4)喷油嘴活塞珩磨加工

在喷油嘴及一些微细小孔的加工中,珩磨加工可以提高孔表面粗糙度差,使喷油嘴流量系数达到0.8 以上;可以消除压力室与喷孔处的毛刺,扩大其相贯线处的圆角,减少高压油的压力损失;降低喷孔表面的粗糙度,增加油的流速,获得良好的雾化效果;可提高喷油嘴的流量系数,使动态喷雾角度和流量趋于一至,能降低油耗和排放指标。

3.2 珩磨加工精度

珩磨是用镶嵌在珩磨头上的油石(又称珩磨条)对精加工表面进行的精整加工。又称镗磨。主要加工直径5~500mm甚至更大的各种圆柱孔,孔深与孔径之比可达10 或更大。在一定条件下,也可加工平面、外圆面、球面、齿面等。

为提高缸孔的机械性能,人们对缸孔加工后的表面粗糙度要求进行了量化细分,并严格进行检测,这大大提高了缸孔的使用寿命。即增加了:

Rpk 减缩的顶峰高度

Rk心部粗糙深度

Rvk减缩的沟槽深度

珩磨后, 孔的尺寸精度为IT7~4级, 表面粗糙度可达Ra0.32~0.04μm。珩磨余量的大小, 取决于孔径和工件材料,一般铸铁件为0.02~0.15mm,钢件为0.01~0.05mm。珩磨头的转速一般为100~200r/min,往返运动的速度一般为15~20m/min。为冲去切屑和磨粒,改善表面粗糙度和降低切削区温度,操作时常需用大量切削液,如煤油或煤油内加少量锭子油,有时也用极压乳化液。

3.3 珩磨的加工特点

珩磨是磨削加工的特殊形式,它的实质是低速磨削,也是一种高效率的光整加工方法。珩磨头外周镶有1~18 根长度约为孔长1/3~3/4 的珩磨条,在珩磨孔时既旋转运动又往返运动,同时通过珩磨头中的弹簧或液压控制而均匀外涨,所以与孔表面的接触面积不断较大,加工效率较高。它具有以下加工特点:

(1) 珩磨的表面质量好, 珩磨后表面粗糙度可达Ra0.8~0.2

(2)交叉网纹有利于贮油润滑,实现平顶珩磨,去除网纹的顶尖,可获得较好的相对运动摩擦,获得较理想的表面质量。

(3)加工精度高,圆度、圆柱度可达0.5μm ;轴线直线度可达1μm。

4 珩磨技术的发展前景

随着许多高科技产品的日益发展,机械加工材料种类日益增多,加工难度增大,与之相应的加工技术被赋予越来越高的要求,尤其是在精加工系统领域的珩磨加工,不仅要求在大批量生产中能够尽可能地延长刀具的使用寿命,同时,除了几何精度的要求外,还要求工件加工表面的边缘层具有较高的耐用度。

珩磨技术 第5篇

关键词：气缸套,平台网纹,MB4215,磨头,收缩,涨开

随着社会经济的发展，汽车的使用越来越普遍，由此带动了汽车及其零部件生产企业的发展。车辆用发动机的使用性能和可靠性直接影响着人们的日常生活，而提高易磨损零部件的使用寿命是提高整个发动机使用寿命和使用可靠性的最为重要的环节。气缸套是汽车中的一个易损零件。发动机气缸套和活塞环是在高温、高压、交变载荷和腐蚀的情况下工作的一对摩擦副。长期在复杂多变的情况下工作，其结果是造成气缸套磨损变形，影响了发动机的动力性、经济性和使用寿命。气缸套的耐磨性不仅受气缸套的材质、金相组织的影响，同时润滑条件、介质性能也是重要的影响因素。润滑条件不好，润滑油膜的形成和保持困难，会使气缸套磨损加剧;而在气缸套内孔壁加工平台网纹可改善气缸套的工件状态，使气缸套与活塞环、气缸套与活塞之间具有更好的配对运动关系。

（一）气缸套内孔珩磨平台网纹的技术参数

随着近几年发动机技术的发展，尤其是国家对发动机排放要求的提高，带动了发动机核心摩擦副配件中缸套生产技术的提高，内孔平台珩磨网纹就是其中一个重要的发展趋势。平台网纹珩磨是根据发动机的工作特性及磨合机理，对气缸套内孔珩磨质量提出的要求，使气缸套内孔获得最小的几何形状偏差、最佳的尺寸精度和良好的工作条件;经研究表明：平台网纹珩磨加工出的缸套内孔表面的轮廓曲线形状已非常接近发动机正常工作时的轮廓曲线形状，因此大大缩短了磨合时间，另外工作表面存在一定深度和宽度的深沟槽，改善缸套内表面的油膜状态，在发动机工作过程中深沟槽储存的润滑油能及时供给工作表面，让活塞环与气缸套工作表面具有良好的滑动性能且能保持油膜稳定，优化活塞环与缸套摩擦副的工作性能，减少缸套磨损、延长缸套的使用寿命，进而延长了发动机的大修间隔，给用户带来经济收益。网纹的要求可能是各式各样的，但其形态必然要通过各种参数表现出来，评定参数有很多种，气缸套内孔珩磨平台网纹着重考虑以下四个主要的技术参数：1)网纹沟槽宽度;2)网纹沟槽深度;3)平台面积;4)网纹角度。

不同规格型号的气缸套的平台网纹的技术参数会有所区别。对于沟槽宽度、深度和平台面积的获得主要是通过选用合适的金刚石砂条和选择合适的加工量来实现;对于网纹角度，主要是选用合适的主轴转速及磨头的往复速度。通常一些大型企业采用进口的价格昂贵的具有双进给系统的珩磨机(即一个珩磨头上装有拉网纹、平台珩磨两付砂条，使气缸套在一次装夹中由同一个珩磨头即可完成平台基础珩磨和平台珩磨两道工序)或采用具有双进给的两个珩磨头的平台珩磨机可获得此类加工手段，但对于一些中小企业在无此类高新设备或无资增添新设备，但又要实现平台网纹来提高产品市场竞争力的情况下，就只有在原用的国产设备上在作文章了。我们曾于1997年到2000年在国产MB4215珩磨机上采取一些特殊的工艺措施试验气缸套平台网纹珩磨，并在2002年底对柳州内燃机配件厂四条生产线的MB4215珩磨机进行改造，实现了气缸套平台网纹珩磨，经过几年的使用证明，该方案可行。现写出来，以求专家、学者批评指正。

（二）在MB4215珩磨机实现平台网纹的方案设想

珩磨工艺常用于直径为15～500㎜经半精加工(精磨、精镗或拉孔)后的内孔加工，用装有多根砂条(如油石或金刚石砂条)的珩磨头对孔进行光整加工，其加工方法如图1所示，工件视其大小可安装在工作台上或夹具中。具有若干根砂条的珩磨头插入待加工的孔中，砂条能在磨头上作径向涨开，以一定的压力与孔壁接触。珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复的轴向运动，加工痕迹(磨粒的痕迹)也就逐渐成为左、右螺旋线所组成的网状痕迹，从而由孔壁上磨去极薄的一层金属，降低了表面粗糙度值，提高几何形状精度。珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动，使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹，在孔壁上形成均匀的交叉网纹，如图1所示。

珩磨头的结构根据加工孔的直径和长度、加压方式的不同而有所不同，但其工作原理相似。图2是一种简易的利用螺纹加压的珩磨头结构，它由珩磨头本体1、调整锥2、砂条顶块3、砂条座4、砂条5和弹簧箍6等基本件组成。珩磨头本体通过浮动联轴节和机床主轴连接。砂条用粘合方法和砂条座结合后装入本体的槽中。砂条座两端由弹簧箍来箍住，使砂条始终保持有向内收缩的趋势。珩磨头的工作尺寸的调节依靠调整锥来实现：旋转螺母7向下旋动，调整锥便被推动向下移动，其上的锥面便通过顶块把砂条座连同砂条一起沿径向向外顶出;把螺母拧向上时，压力弹簧8的弹力使得调整锥向上移，砂条受到弹簧箍的作用而收缩。珩磨时砂条与工件的表面压力对于粗珩时为5105～9105帕斯卡，精珩时为2105～6105帕斯卡。在大批量生产中常用气动或液压机构来获得砂条的横向进给及持续的工作压力，以提高生产率。本文所提到的MB4215珩磨机便是采用液压机构来提供砂条横向进给的工作压力的。

1珩磨头本体2调整锥3砂条顶块4砂条座5砂条6弹簧箍7螺母8弹簧

要实现平台网纹珩磨，必须根据平台网纹参数选择规格合适的金刚石砂条及合适切削用量。对于MB4215珩磨机，珩磨时磨头在孔内作轴向往复运动，即珩磨头不断地进行换向，由于液压系统的固有特性，其换向速度不可能很快，换向时间不可能太短。因此，磨头在上、下行程止端换向时，砂条在气缸套内孔上下两端磨出圆弧纹(因磨头边换向边旋转)，这个圆弧纹与斜向交叉的网纹迭叠在一起形成乱纹，与气缸套内孔中部的网纹纹路不一样。由于圆弧纹的存在，造成气缸套内孔两端的网纹紊乱，纹路不清晰，平台面积不足等而不符合平台网纹的技术要求。

圆弧纹分布的面积大小与选用的砂条数量、砂条越程量、换向速度、气缸套内径大小有关。磨头使用的砂条数量多、砂条越程量长、换向速度快、气缸套内径小，圆弧纹分布的面积就小，反之则大。圆弧纹的几何参数与主轴的转速、往复速度、换向速度有关，改变这三个速度可以改变圆弧纹的几何参数。

现为消除圆弧纹，我们设想在MB4215珩磨机上采用以下三种方案实现平台网纹珩磨。

1. 采用长磨头

珩磨时，砂条越程大小与砂条的长度有一定的关系。越程太长，会使珩磨头失去稳定的导向作用，可能引起珩磨头的倾斜和摆动，使孔产生喇叭口，过小的越程，使孔壁中部磨得过多，产生鼓形。为了使加工面的余量均匀，避免珩磨出的孔成为鼓形，砂条要在孔两端露出相当于砂条长度的1/3～1/4的长度，实际工作时，可按加工的情况而选择。如果增加磨头的长度，可使用长的砂条，这样在获得较好的气缸套内孔圆柱度的同时获得较长的砂条越程量。越程量通过上、下行程止端开关的位置来调整。这样换向时在两端口产生的圆弧纹大部分会被越程部分的砂条磨掉，从而在整个气缸套内表面得到相对较好的斜线交叉的网纹。但增加砂条越程量，增加了磨头行程长度，从而降低了生产率。另外增加砂条长度会增加机床切削功率;再且，增加砂条长度和越程量对珩磨质量有影响，过长的砂条容易引起砂条磨损不均匀现象，反而影响孔的几何精度。

2. 增加磨头架上砂条的数量

对于490、495气缸套，我们通常使用5～6根长度100㎜或120㎜砂条珩磨内孔，由于砂条短，越程量有限，砂条间距较宽。磨头在气缸套两端口换向时，换向造成的圆弧纹不能被越程部分的砂条磨掉，因而在气缸套内孔两端留下圆弧纹。如果增加砂条的数量，减少砂条间距，多根砂条参与磨削，理论上可以解决圆弧纹。但增加砂条数量会增加机床切削功率。

3. 改变砂条在珩磨过程中的工作方式

砂条在珩磨气缸套过程中，在涨紧压力的作用下，砂条始终紧贴气缸套内壁，磨头换向时，在气缸套内表面磨出圆弧纹。设想改变砂条的工作方式，即在磨头换向时，使磨头收缩，砂条暂时离开气缸套内表面不工作，换向完成后，磨头涨开，砂条重新工作，这样在气缸套内表面就不会磨出圆弧纹，而在整个内表面只磨出斜线交叉的网纹。根据气缸套的平台网纹的技术参数，调整换向速度、往复速度及磨头收缩、涨开的动作时间，在整个气缸套内表面就可以获得符合要求的斜线交叉的平台网纹。

上述三种方案各有其优缺点，第一、第二方案因所使用的砂条数量和长度增加，所以需要重新设计制造一个结构形状与一般磨头不一样的磨头，加工难度大。再且，由于增加了砂条参与切削的面积，切削功率增加，需要考虑机床的驱动功率和珩磨头、珩磨杆的机械强度，还要考虑工装夹具是否配套。而第三方案只是改变砂条的工作方式，使用原来的珩磨头，没有改变切削功率，故无需考虑工装夹具是否配套，但每次换向时，磨头涨缩系统均涨缩一次，增加这部分机构的磨损，缩短其寿命。

（三）在MB4215珩磨机改变砂条工作方式实现平台网纹珩磨

通过分析比较，还是第三方案简单易行。我们在MB4215珩磨机的磨头上、下换向处安装行程开关，并改动涨缩油缸相应的控制电路，使磨头在换向时砂条自动收缩，离开气缸套内表面，换向完毕后重新磨削气缸套。图3是MB4215珩磨机磨头涨缩控制原理图(只画出其中的一小部分)，当按原有的工作方式磨削(本文中简称为常磨)时，交流接触器KA8得电，其常开触点闭合，YV4电磁阀得电，使珩磨头涨开，直至珩磨结束。为了实现砂条换向收缩工作方式(本文中简称为网磨)，现增加一个控制装置控制YV4的通电。如图4所示，在原图3中A处断开线路，增加一个三极管T1控制YV4的工作。用霍尔元件来检测珩磨头的工件位置，经转换放大为控制信号，换向时，使控制信号为低电平“0”, T1截止，YV4失电，磨头收缩并换向;换向结束，使控制信号为高电平“1”, T1导通，YV4通电，磨头涨开重新磨削气缸套，周而复始，直至磨削结束。

调整好换向速度、往复速度、主轴转速及砂条收缩及涨开的位置，即可珩磨出没有圆弧纹而只有斜线交叉网纹的气缸套内表面，从而实现平台网纹磨削。

前面已提到，每次换向时，磨头涨缩系统均涨缩一次，增加磨头涨缩系统机构的磨损，缩短其寿命，为了减少磨头涨缩系统的磨损，在加工余量大时，可让磨头先按常磨工作方式磨削，只在最后几次往复时，才进行网磨。常磨、网磨的次数设定及转换可用预置计数器等电路来实现。预先设定N1次往复常磨，常磨时，霍尔元件送来的控制信号被“阻拦”，使图4中的控制信号恒为高电平“1”，实现常磨;计数次数到N1次时，比较器的输出使得霍尔元件送来的控制信号被“放行”，自动转为网磨状态，计数到预先设定的N2次往复网磨时，预置计数器发出停机信号，网磨结束。由上可见，要在MB4215珩磨机上实现平台网纹珩磨的关键是在磨头换向时收缩磨头，也就是增加一部分控制电路控制磨头涨缩油缸的动作。

我们按此方案对MB4215珩磨机床进行改装实验，通过选择合适的金刚石砂条、合适的工艺参数，珩磨出内孔两端无圆弧纹的平台网纹气缸套，符合气缸套平台网纹的技术要求。

参考文献

[1]黄国宁.内燃机配件.石家庄内燃机基础件研究所, 1999, 2:42.

[2]李厚生.内燃机制造工艺学.中国农业机械出版社, 1988:146.

论珩磨工艺原理和特点 第6篇

1 珩磨加工原理

1.1 珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石, 由涨

开机构 (有旋转式和推进式两种) 将油石沿径向涨开, 使其压向工件孔壁, 以便产生一定的面接触。同时使珩磨头旋转和往复运动, 零件不动;或珩磨头只作旋转运动, 工件往复运动, 从而实现珩磨。

1.2 在大多数情况下, 珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。

这样, 加工时珩磨头以工件孔壁作导向。因而加工精度由于机床本身精度的影响较小, 孔表面的形成基本上具有创制过程的特点。所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。

1.3 珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复

运动, 使加工面形成螺旋线切削轨迹, 而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数, 因而两次行程间, 珩磨头相对工件在周向错开一定角度, 这样的运动使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹不会重复。此外, 珩磨头每转一转, 油石与前一转的切削轨迹在轴向上有一段重叠长度, 使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。这样, 在整个珩磨过程中, 孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。因此, 随着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产生干涉点, 不断将这些干涉点磨去并产生新的更多的干涉点, 又不断磨去, 使孔和油石表面接触面积不断增加, 相互干涉的程度和切削作用不断减弱, 孔和油石的圆度和圆柱度也不断提高, 最后完成孔表面的创制过程。为了得到更好的圆柱度, 在可能的情况下, 珩磨中经常使零件掉头, 或改变珩磨头与工件轴向的相互位置。

需要说明的一点:由于珩磨油石采用金刚石和立方氮化硼磨料, 加工中油石磨损很小, 即油石受工件修整量很小。因此, 孔的精度在一定程度上取决于珩磨头上油石的原始精度。所以我们用金刚石和立方氮化硼油石时, 珩磨前要很好地修整油石, 以确保孔的精度。

2 珩磨加工的特点

2.1 加工范围广:

主要加工各种圆柱形孔:光通孔。轴向和径向有间断的孔, 如有径向孔或槽的孔、键槽孔、花键孔、盲孔、多台阶孔等。另外, 用专用珩磨头, 还可加工圆锥孔, 椭圆孔等, 但由于珩磨头结构复杂, 一般不用。用外圆珩磨工具可以珩磨圆柱体, 但其去除的余量远远小于内圆珩磨的余量。几乎可以加工任何材料, 特别是金刚石和立方氮化硼磨料的应用。同时也提高了珩磨加工的效率。

2.2 加工精度高:

特别是一些中小型的光通孔, 其圆柱度可达0.001mm以内。一些壁厚不均匀的零件, 如连杆, 其圆度能达0.002mm。对于大孔 (孔径在200mm以内) , 圆度也可达0.005mm, 如果没有环槽或径向孔等, 直线度在0.01mm以内也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高, 磨削时支撑砂轮的轴承位于被珩孔之外, 会产生偏差, 特别是小孔加工, 磨削比珩磨精度更差。珩磨一般只能提高被加工件的形状精度, 要想提高零件的位置精度, 需要采取一些必要的措施。

2.3 表面质量好:

表面为网纹, 有利于润滑油的存储及油膜的保持。有较高的表面支承率 (孔与轴的实际接触面积与两者之间配合面积之比) , 因而能承受较大载荷, 耐磨损, 从而提高了产品的使用寿命。珩磨速度低 (是磨削速度的几十分之一) , 且油石与孔是面接触, 因此每一个磨粒的平均磨削压力小, 这样工件的发热量很小, 工件表面几乎无热损伤和变质层, 变形小。珩磨加工面几乎无嵌砂和挤压硬质层。磨削比珩磨切削压力大, 磨具和工件是线接触, 有较高的相对速度。因而会在局部区域产生高温, 会导致零件表面结构的永久性破坏。

3 珩磨的切削过程

3.1 定压进给珩磨:定压进给中, 进给机构以恒定的压力压向孔壁, 分三个阶段。

3.1.1 脱落切削阶段, 这种定压珩磨, 开始时由于孔壁粗糙, 油石与孔壁接触面积很小, 接触压力大, 孔壁的凸出部分很快被磨去。

而油石表面因接触压力大, 加上切屑对油石粘结剂的磨耗, 使磨粒与粘结剂的结合强度下降, 因而有的磨粒在切削压力的作用下自行脱落, 油石面即露出新磨粒, 此即油石自锐。

3.1.2 破碎切削阶段, 随着珩磨的进行, 孔表面越来越光, 与油石接触面积越来越大, 单位面积的接触压力下降, 切削效率降低。

同时切下的切屑小而细, 这些切屑对粘结剂的磨耗也很小。因此, 油石磨粒脱落很少, 此时磨削不是靠新磨粒, 而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端负荷很大, 磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。

3.1.3 堵塞切削阶段, 继续珩磨时油石和孔表面的接触面积越

来越大, 极细的切屑堆积于油石与孔壁之间不易排除, 造成油石堵塞, 变得很光滑。因此油石切削能力极低, 相当于抛光。若继续珩磨, 油石堵塞严重而产生粘结性堵塞时, 油石完全失去切削能力并严重发热, 孔的精度和表面粗糙度均会受到影响。此时应尽快结束珩磨。

3.2 定量进给珩磨:

定量进给珩磨时, 进给机构以恒定的速度扩张进给, 使磨粒强制性地切入工件。因此珩磨过程只存在脱落切削和破碎切削, 不可能产生堵塞切削现象。因为当油石产生堵塞切削力下降时, 进给量大于实际磨削量, 此时珩磨压力增高, 从而使磨粒脱落、破碎, 切削作用增强。用此种方法珩磨时, 为了提高孔精度和表面粗糙度, 最后可用不进给珩磨一定时间。

3.3 定压定量进给珩磨。

开始时以定压进给珩磨, 当油石进入堵塞切削阶段时, 转换为定量进给珩磨, 以提高效率。最后可用不进给珩磨, 提高孔的精度和表面粗糙度。

4 珩磨机类型及选型原则

珩磨机分卧式和立式两种。其选用原则可参考以下几方面:不同批量选不同形式的珩磨机, 如多品种小批量, 选用小功率、通用性大的机床;如果批量很大, 则选用大功率的专用机床。按工件孔径、孔长和外形尺寸选择机床的主要规格和参数。根据孔的结构形式选机床往复机构的性能。要求往复行程机构换向重复精度高, 超程小, 应能适应手动或自动控制长、短冲程;又如短孔, 孔精度要求又高, 选用机械往复行程机构。根据孔加工余量、形状误差和孔精度要求, 选定油石涨缩机构的扩张进给方式。根据同一孔需要珩磨的次数、生产批量或生产节拍、工件外形尺寸及工件上加工的孔数, 选定机床的主轴数或机床台数以及工作台的形式。

5 直接珩磨新工艺

珩齿是一种众所周知, 系列化生产中常用的硬齿面精加工工艺。经过珩磨的齿轮可以改善其噪声和磨损特性。珩磨过的齿轮由于改变了轮齿的表面结构, 因而能降低噪声和延长使用寿命。经珩磨的齿轮表面, 形成类似于鱼骨刺的表面结构, 有利于从齿根面端部到节圆直径表面上形成一层润滑油膜, 有利于抑制噪声的产生。特殊过程运动会使珩磨工具在对应方向上与工件产生滚动接触, 从而生成这种表面结构。合成速度分量作用于齿面, 生成一个轴向的切削速度分量, 所以可使磨具的磨粒与整个齿面保持接触。所以珩磨齿轮必然会提高抗磨损性, 因而珩磨齿轮的使用寿命要比用一般方法加工的淬硬齿轮的寿命长。

摘要：本文主要阐述珩磨加工原理, 珩磨加工的特点, 珩磨的切削过程, 珩磨机类型及选型原则, 以及直接珩磨新工艺。

关键词：珩磨,工艺,原理,特点,过程

参考文献

[1]机械制造工艺与机床夹具[M].北京:机械工业出版社, 2006.

数控珩磨机床的发展趋势及特点 第7篇

珩磨加工的磨具是珩磨头, 珩磨头主要由磨头体、锥体、油石座、油石组成, 油石粘结在油石座上, 多个油石座安装在分部于磨头体圆周上的各槽中, 油石构成圆周上的各条母线, 经旋转和往复运动形成圆柱体, 并通过锥体的移动推动油石座的涨出以改变圆柱体的直经, 油石与工件表面在相对运动中实施有压力的接触, 磨削加工工件表面, 又由于油石自身的自锐性, 从而产生了油石与工件之间的互锐性, 实现了磨具与工件之间的相互修正作用, 在理想工件状态下均匀的相互修正自然形成了高精度的圆柱体, 这就是珩磨加工的基本原理。

近年来, 珩磨已成为发动机汽缸套、汽缸体孔以及工程机械中重要的液压缸等精密偶件孔加工必不可少的工艺技术。通过良好的珩磨工艺, 在发动机方面, 大大缩短了跑合时间, 减少了燃料消耗, 避免了孔的拉毛划伤;在液压偶件孔方面, 它通过工作表面均匀的油膜, 大大提高了偶件间的配合精度, 增强密封性能, 提高液压系统的稳定性与功率增长。珩磨工艺质量直接影响汽缸套、汽缸体、液压缸等关键基础件的使用寿命, 决定了发动机的大修时间、油耗和尾气排放以及液压系统的稳定性与可靠性。随着工程技术领域对发动机运行机理的深入研究, 对珩磨工艺技术提出了更高的要求, 由20世纪70年代以前单纯追求珩磨工艺获得内壁尺寸高精度的尺寸公差和形位公差, 发展到当今在控制尺寸精度和形位公差的同时, 更注重控制珩磨网纹的微观结构 (如网纹石墨裸露率、表面金属折皱、波峰与波谷形态等) 。目前, 珩磨加工由原来的修配型发展到生产自动加工型, 并由汽车、摩托车缸体、缸套珩磨发展到冰箱、空调器、医疗器械、石油机械领域上的各类连杆、齿轮、轴承、人造关节、抽油泵等各种零件上, 甚至对冷拔钢管可进行直接珩磨加工。

1 珩磨技术

在珩磨机的技术水平方面, 目前, 国内在发动机汽缸套、汽缸体以及工程机械液压系统等制造业中, 普遍采用珩磨加工技术, 但主要依赖于进口高精度珩磨机进行最后一道工序的高精度珩磨。国产珩磨机无论在加工精度、制造水平、还是控制方式等方面, 与国外珩磨机相比, 存在很大差距, 整体珩磨工艺技术水平较低;国内对珩磨加工技术的研究, 仍然局限于对珩磨头制作以及砂条选材研究等较低层次;另外, 国内对珩磨工艺参数的研究几乎是空白, 对珩磨加工要求控制的参数也仅有Ra、Rz、tp/Sk等少数几组, 根本无法满足现代工业, 尤其是快速发展的汽车工业的技术要求。目前, 中国市场上精密高效数控珩磨机床几乎全部为国外品牌所垄断。

2 国内外发展趋势及特点

国外在珩磨领域有着几十年经验, 他们结合高经济型的生产理念, 不断地进行技术改革创新, 引领着珩磨技术的发展方向。主要是:

1) 强力定位珩, 其最大作用就是不牺牲加工精度的情况下缩短整个工艺链并减少加工成本。它可以完全代替精镗和粗珩两个工序。强力定位珩可以在30s内达到完成1mm加工余量, 同时达到垂直度和位置度误差, 并在同一个工序上进行缸孔倒角的加工;

2) 激光珩磨, 激光珩磨是传统珩磨加工和激光储油槽造型加工的结合。珩后要达到要求后主要在柴油、汽油发动机的缸体的死点区域进行激光造形加工;

3) 定形珩磨工艺。通常情况下, 一个发动机缸孔在安装、使用后加工完美的圆柱度将会变形。使用定形珩磨可在珩磨时加工出反向变形, 使缸体在使用中形成较好的圆柱度。其工序步骤是通过定形珩磨控制装置将圆柱度度反向变形量转换为珩磨刀具的涨刀参数。每个缸孔都有自己特定的加工参数, 通过使用动态涨刀系统和定形珩磨刀具以及专用砂条在珩磨过程中加工出需要的形状。

最后通过形状测量系统测量加工出的几何形状。主要优点改善了发动机的整体性能如排放, 机油燃油损耗、输出功率和磨损。

目前在内燃机缸孔加工领域如何在降低成本的同时达到更好的性能是工艺发展的原动力。因此, 在传统精加工工艺链上引入其他辅助工艺———涂层再进行精珩。它是通过特殊研法的精镗刀具对孔表面进行涂层, 使涂层和基体体之间紧密结合, 精珩工艺能进一步改善粗糙度, 这就是国外的未来珩磨工艺。

从国内市场对珩磨机的需求情况来看, 近几年来, 珩磨机床在金切机床构成比例上已占有2%的份额。由于目前国内现有的珩磨机难以达到和满足高尺寸精度、高形状精度和高自动化的要求, 而且, 随着汽车、摩托车等装备制造业的发展, 高档数控珩磨机已成为制约这些行业关键零部件精密加工的“瓶颈”。据有关资料统计, 2010年, 国内对珩磨机的需求量为537台, 对高档数控珩磨机的年需求量大约30台左右, 而且随着汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等技术的发展, 对高精度数控珩磨机的需求量越来越大。

从市场竞争方面来看, 由于国产珩磨机存在加工效率低、加工精度低、自动化程度低等客观原因, 致使该类产品难于满足国内对高精度、高效率、高表面质量等方面的要求, 国内高档数控珩磨机全部被国外产品所垄断, 更谈不上走向国际市场并参与竞争。国外珩磨技术的飞速发展对中国的珩磨机制造业和珩磨工艺的使用行业提出了挑战。珩磨机床动态系统的稳定性、可靠性、加工工件的尺寸一致性、几何形状的高精度、操作智能性、加工成本的经济性等是珩磨机床的发展核心, 也是国产珩磨机企业和技术人员为提高国产珩磨技术的核心竞争力。因此, 近年来, 在国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项政策的大力支持下, 国产数控珩磨机取得了很大的发展, 其关键零部件、液压系统、测量系统及数控系统均实现了国产化, 其整机的稳定性、可靠性等综合性能指标均达到了国内发动机汽缸套、汽缸体珩磨加工质量要求, 是替代进口珩磨机床的国产关键设备。

3 结束语