发动机缸孔珩磨网纹评定及常见网纹问题解析.docx

发动机缸孔珩磨网纹评定及常见网纹问题解析商成超，赵兴龙（上汽通用五菱汽车股份有限公司 发动机制造部，广西 柳州 545007）摘 要：介绍了缸孔珩磨表面品质评定的理论基础，阐述了各个评定参数和发动机性能之间的关系，同时对每个网纹参数超差的原因，进行了理论性分析和总结，并列举和分析了生产中缸孔珩磨网纹参数不符合要求的常见问题。关键词：发动机；缸孔；珩磨网纹；平台中图分类号：U464.13文献标识码：B文章编号：1672- 545X（2012）04- 0134- 03缸孔经过镗削后，为提高形状精度和降低表面粗糙度，更好地提高发动机的性能，一般还需要经过 粗珩、半精珩、平台珩共 3 次珩磨。其中，粗珩主要是 形成正确的几何形状，如圆柱型孔和适合后续加工 的表面粗糙度，半精珩过后形成均匀的交叉网纹，平 台珩削去精珩后的波峰，在孔壁形成平台断面。缸孔珩磨后的表面品质，需要通过珩磨网纹参 数来评定和控制。在众多评定理论中，Abbott- Fire- stone 曲线（轮廓支撑长度率曲线）应用最为广泛。其 用粗糙度轮廓深度的函数，表达轮廓支承度率的增 长，结合缸孔表面平台网纹自身的特点及缸孔工作 状况，确立了各项网纹参数指标。这些指标可以对缸孔表面的网纹分布、磨合性 能、润滑性能等使用性能进行的量化分析，准确的评 定珩磨后缸孔的表面品质。1.2 参数定义及对发动机性能的影响轮廓支撑长度率为 40 %的切线，将曲线分成 3 个区域：波峰区，中心区，波谷区。通过一组基于轮廓 支承长度率曲线的参数（如图 2 所示），结合缸孔实 际工作情况，评定珩磨后缸孔表面网纹品质。Equivalent straidht line020 40 6080 % 100Mr2Mr1Material ratio Mr图 2轮廓支撑长度率曲线（1）Rpk 简约峰高，即轮廓峰的平均高度。当发动机开始运行时，这一部分将很快被磨损掉，被磨损 的时间，即发动机的磨合时间。（2）Rk 核心深度，即轮廓峰和轮廓谷之间的轮廓深度。是缸孔与活塞长期的工作表面，该参数的大 小，直接影响发动机的运转性能和使用寿命。（3）Rk 简约谷深，即轮廓谷的平均深度。可理解为深入工件表面的沟槽深度，发动机工作时，沟槽 储油，并形成油膜，提高了缸孔的耐磨性能，也能大 幅度降低油耗。（4）Mr1 轮廓支承长度率，可理解为轮廓峰部分 占整个轮廓的百分比。其值是缸孔进入长期工作表面的上限值。（5）Mr2 轮廓支承长度率，可理解为轮廓峰与核 心轮廓部分占整个轮廓的百分比。其值是缸孔进入 长期工作表面的下限值，其数值的大小，不但决定了 磨损量，还决定了深沟槽的贮油、润滑能力。图中参数的确定，需要使用一条回归线，回归线Abbott- Fire s tone 曲线的作图方法及理论1基础1.1 Abbott- Fire s tone 曲线介绍在平面直角坐标系中，横轴表示支撑率（从 0 %100 %），纵轴表示截距，纵轴的零点对应轮廓高度 的最大峰顶线，不同截距线对轮廓曲线进行分割，计算出这些截距的 tp 值，在坐标系上描出其位置，将这些点圆滑的连接起来，就得到了 Abbott- Firestone 曲 线，如图 1 所示。图 1半精珩和平台珩后网纹波形图收稿日期：2012- 01- 13作者简介：商成超（1985），男，吉林人，助理工程师，研究方向为热能与动力工程。134Rvk Rk Rpk装备制造技术2012 年第 4 期的 40 %以上的部分是 tpc 曲线上的点构成，回归线在纵坐标方向上的差值平方最小，回归线与纵轴两交 点之间的垂直距离，即为核心粗糙度深度 Rk，两交点对应的截线位置即为 Mr1、Mr2 对应的截线位置。系统等问题，以及珩磨余量、珩磨时间、涨刀压力等加工参数等设置不合理，都会导致珩磨后网纹参数达不 到要求，下面列举一些常见的问题进行说明。3.1 砂条（1）珩磨砂条太软，平台珩时磨粒易脱落，抛光 作用差。砂条太硬，已磨耗的磨粒不易脱落，自锐性 不良，砂条表面易堵塞，切削性能低甚至消失，工件 表面品质差。图 3 为过硬的平台珩砂条珩磨后的缸 孔表面网纹测量结果。从网纹图形可看出，平台珩没 有发挥其有效的切削性能，导致 Rz、Rk 等超上差。2珩磨后表面网纹参数的调整方法2.1 Rpk 超差Rpk 超上差，可能是平台珩的压力小，或者平台 珩的时间短，可加大平台珩压力和增加平台珩的时间来解决，但也有可能使得 Mr1 超差。如果 Rpk 超差的同时，Rz、Rk、Rk 都较大时，可适当地减少半精珩的 时间来减小 Rpk 值。Rpk 超下差，可能是平台珩压力过大，或者平台珩时间过长，也可能是半精珩压力过 高、半精珩的砂条硬度过高。2.2 Rk 超差Rk 超上差，即 Mr1 和 Mr2 的截距差过大了，其 主要原因是平台珩的压力小，或者平台珩的时间短，也可能是半精珩的压力过高，沟槽数量过多，间接地 说，就是砂条浓度高或砂条基体软。Rk 超下差，即Mr1 和 Mr2 的截距差过小了，其主要原因是平台珩的压力大，或者平台珩的时间长，也可能是半精珩的压 力过低，沟槽数量过少，间接地说是砂条浓度低或砂条基体硬。2.3 Rk 超差Rk 超上差，说明半精珩的压力过高，砂条基体 软或者粒度大。Rk 超下差，说明半精珩的压力过低， 砂条基体硬或者粒度小。2.4 Mr1 超上差主要原因是平台珩的压力过大，或者平台珩的时 间过长。2.5 Mr2 超差Mr2 超上差，因为 Mr2 是某一点的 tp 值，也就意 味着在这个切割深度时，沟槽的总宽度较小。可通过增大半精珩压力或者减小平台珩压力和时间来解决。Mr2 超下差，意味着在这个切割深度时，沟槽的总宽 度较大。可通过减小半精珩压力或者减增加平台珩压 力和时间来解决。以上对于各个网纹参数的超差调整，做了简要的、指导性的分析，在实际加工过程中，情况复杂，需 结合具体情况进行综合分析。第 2 缸孔 第 2 截面 网纹 测量 值第 2 缸孔 第 3 截面 网纹 测量 值第 2 缸孔第 3 截 面网纹波形图第 2 缸孔第 2 截 面网纹波形图图 3砂条自锐性差导致网纹参数不合格测量数据（数据中 Act 表示粗糙度的实际测量值，LT 表示 该粗糙度的下公差，UT 表示该粗糙度的下公差, 标识超差量。文章中的其他网纹测量数据，可参考图3 的文字说明）图 4 为平台砂条存在较大未脱落的砂粒，致珩 磨后缸孔表面有深刮痕。图 4 缸孔表面有深刮痕照片；显微镜观察下的平台珩砂条存在较大砂粒未脱落照片（2）砂条结合剂选择不合理。目前常用的粘合 剂，有树脂结合剂和青铜结合剂。前者主要用于低粗 糙度珩磨，因易受碱的侵蚀，珩磨时应避免用含碱的 冷却液。后者强度高，耐磨性好，自锐性较差，用于脆、 硬材料或韧性材料的粗珩。（3）砂条粒度不够细，或粒度牌号不准。珩磨砂条 有金刚石砂条或碳化硅砂条，选用时主要根据加工材 料以及粗糙度要求，选择合适的砂条粒度。比如半精 珩 / 平台砂条粒度为 D76/ D30 的情况下，珩磨后缸孔 表面粗糙度满足 Rz 1.24.0 m，Rpk 0.50.15 m， Rk 0.351.5m，Rk 0.31.5 m 的要求。生产中常见的网纹参数超差问题3从生产的经验来看，珩磨后网纹参数达不到要求的原因较多，如砂条、珩磨过滤系统、在线测量的反馈135Equiipment Manufactring Technology No.4，20123.4 珩磨余量的控制留给珩磨的加工余量以及粗珩、半精珩、平台珩 之间的余量，都会对珩磨后的网纹参数产生影响。珩 磨的加工余量取决于珩前的加工精度，一般情况下 为 0.040.1 mm。一般粗珩保留 2030 m 余量给 半精珩。3.5 珩磨液的影响 珩磨液脏，润滑性差（黏度低），珩磨液流量小也会直接影响网纹参数。珩磨过滤系统一般分一级、二 级过滤，生产中需要定期检查珩磨液的 pH 值、浓度、 杂质含量等指标，定期检查更换过滤器元件。珩磨液 过脏以及冲洗能力不好，易导致缸孔表面刮痕及铁 泥附着下砂条表面，致使砂条磨削性能变差（如图 7 所示）。表 1砂条粒度与产品表面粗糙度对应关系参照表）（4）砂条修整、规圆后的直线度、圆柱度不好。如图 5- 1 所示为平台珩规圆后砂条的直线度为 0.03 mm（要求控制在 0.01 mm 以内），导致珩磨过程中砂条部 分位置未参与切削，对峰顶去除效果不好，部分位置半精珩后的沟槽还很深，导致 Rz 超上差、支撑率 Mr2 超 下差；图 5- 2 所示为正常珩磨网纹测量数据。图 5- 1砂条规圆后直线度不好导致网纹参数不合格图 7珩磨头表面附着铁泥、珩磨头涨芯粘有铁泥图 8 所示为珩磨液过脏导致缸孔局部位置网纹 沟槽过深（Rk 超差）。图 5- 2砂条规圆后直线度不好导致网纹参数不合格3.2 精珩时，圆周速度太低，往复速度高珩磨速度为旋转速度和往复速度的合成，旋转 速度在 1825 m/min 时最佳。缸孔的加工品质和往复速度有着直接的关系，往复速度在 2535 m/min时，网纹角在 4570时，珩磨效率最高。具体可根 据缸孔要求的网纹角和加工粗糙度，进行合理选择。3.3 平台珩时间或压力设置不合理图 6 所示为平台珩压力是正常压力 70 %的情况 下，缸孔珩磨网纹测量数据，从网纹波形图可看出， 平台珩未进行有效切削，平台断面结构不好。图 8珩磨液脏导致珩磨网纹沟槽过深结束语4本文介绍了缸孔珩磨表面评定曲线（Abbott- Fire-stone 曲线）的作图方法和理论基础；并对加工中可能 影响珩磨表面品质的因素，进行了总结和分析。笔者结 合所在工厂的生产经验，列举了砂条、珩磨余量、珩磨参数、珩磨液过滤系统等方面所导致的缸孔珩磨网纹 参数超差的常见问题，并对问题发生的原因作了简要 分析，同时给出了相应的调整方法。在实际生产中，由于珩磨设备及工艺要求并不尽相同，相关参数可能有 所出入；但亦可以参考本文对于控制珩磨表面品质的 调整方法和建议，综合考虑并加以应用。（下转第 149 页）图 6136平台珩压力偏小后缸孔的网纹参数测量数据粒度号加工材料与余量（mm）可达表面粗糙度 Ra（m淬火钢铸铁淬火钢铸铁800/100120/1400.080.120.050.080.100.152.51.52.51.3120/140200/2300.040.070.070.091.250.82.50.8200/230325/4000.020.040.050.070.630.41.250.8W400.010.030.040.050.40.21.250.4W280.010.020.020.040.320.20.40.2W100.0050.0150.010.020.160.10.320.1装备制造技术2012 年第 4 期2009.3 余志娟. 机械加工表面质量及影响因素探析J. 装备制造技 术，2009，(6)：155- 157参考文献：1 郑修本. 机械制造工艺学M. 北京：机械工业出版社，2011.2 刘党生. 金属切削原理与刀具M. 北京理工大学出版社，Dis cus s the s urfa ce qua lity of me cha nica l proce s s ingYANG Shu- xia，JIA Quan- cang，LI Jun- wen（Lanzhou City University Training Center，Lanzhou 730070，China）Abs tra ct：The paper introduces the impact of quality of machined surface on the performance of machinery parts，analyzes the factors affecting the surface quality during the machining process and elaborates the measures taken to improve the surface quality.Ke y words : mechanical treatment；surface quality；measures!（上接第 136 页）2 杨 立. 珩磨工艺与珩磨质量的分析与研究D. 天津大学，2002.3 郭俊平，李芳波. 汽缸套平台平台珩磨网纹参数 tp 的解析 及评定 M. 柴油机设计与制造，2008，15（4）：43.参考文献：1 李伯民，赵 波. 现代磨削技术M. 北京：机械工业出版社，2003The Eva lua tion of Honing Cros s Ha tch of Cylinde r Hole a nd Ana lys ison Common P roble m a bout Honing Cros s Ha tchSHANG Cheng- chao , ZHAO Xing- long（Engine Plant, SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545007, China）Abs tra ct: This paper introduce the evaluation theory of honing quality of cylinder bore, expound the relation betweenevaluation parameters a