柴油发电机的珩磨缸孔工艺和圆度超差的控制

【摘要】本文针对柴油发电机缸体生产线珩磨机珩磨缸孔过程中的常见问题展开研究，以珩磨缸孔工艺为起点，提出适用于大批量柔性生产线上问题解决的方案，通过参数优化、刀具材料的配合等方法解决了加工过程中粗糙度超差及圆度超差等问题，从而提高了缸体线珩磨机的加工效率。

缸体是柴油发电机的重要组成部件之一，而缸孔加工则是缸体加工过程中加工精度和加工难度最高的一个工序。缸孔在柴油发电机中与活塞接触，承受着各种复杂的交变载荷，活塞在缸孔中长期处于高速的相对运动状态，因此加工工艺上对缸孔加工的形状、位置精度及表面粗糙度等，都有着十分严格的要求。

一、珩磨缸孔的工作原理

珩磨机珩磨中通常由驱动珩磨轴上下运动及旋转的伺服系统、控制砂条收涨的涨刀机构、控制孔径大小的检测装置等部件组成。珩磨刀体（图1）与砂条基座配合，通过涨刀机构可实现砂条的涨出与收回，从而实现对缸孔的珩磨。在珩磨时，涨刀机构收缩顶杆到设定位置，砂条通过收刀弹簧收缩到设定的初始位置。此时伺服系统控制主轴移到加工孔上方，主轴开始按照设定的旋转速度进行旋转，并以设定的往复行驶速度向下移动到下换向点，并在上、下换向点间往复运动，同时涨刀机构控制涨刀杆顶出刀体涨芯，涨芯圆锥与砂条基座斜面接触，涨芯往前移则砂条开始涨出。当砂条以设定的涨刀速度涨出并与缸孔壁接触时，切削开始。此时砂条工作面上随机分布的磨粒形成了众多的刃尖，被加工金属表面层有一部分被磨粒磨刃切除，另一部分则被磨拉挤压，发生塑性变形并隆起在磨痕两旁，虽与母体产生晶格滑移，但仍在母体上，不过结合强度已大大降低，故易被其他磨粒磨刃所切除。同时，检测装置透过刀体导向条上的气检孔，实时监控气检压力变化，并通过气电转换器监控缸孔尺寸，当监控值到达预设值时，涨刀机构收刀，主轴上升到初始位置，珩磨缸孔完成。

随着材料技术的发展，人造金刚石和立方氮化硼磨料大量应用，把珩磨技术推向了一个新的阶段。现在，珩磨已不仅用作高精度要求的终加工工序，并且还可作为切除较大余量的中间工序。总之，珩磨已经成为了一种能使被加工工件表面达到粗糙度值小、精度高且切削效率很高的先进加工方法。

二、珩磨缸孔的典型工艺

典型的珩磨机加工缸孔的工艺为：缸孔直径预检—粗珩—半精珩—精珩—在线测量。预检主要检测来料直径，防止珩磨刀具与工件相撞；粗珩主要是形成几何形状正确的圆柱形孔和适合后续加工的基本表面粗糙度；半精珩在基础平台珩磨阶段形成均匀交叉网纹；而精珩（平台珩）形成理想平台网纹断面；最后在线测量100%检测缸孔直径加工是否满足工艺要求。

平台珩磨工艺会在缸孔中形成非常细密的平台网状结构，其作用是减少润滑油消耗和紧急运转时的润滑油供给, 此外柴油发电机不需要磨合。平台珩磨一般包括三个工序：粗珩、半精珩和平台珩。在第一道工序中，工件通过粗珩修正和稳定精镗，达到一定的形状和公差，此外还要形成一个初步的网状结构。第二道工序中，缸壁的宏观几何形状将得到改善，如：缸孔的圆度、圆柱度、孔径及粗糙度得到改善，并且表面的基本网状结构也将被加工出来，该工序加工出来的网状结构以波峰波谷的形式呈现。第三道工序中，通过平台珩加工，把基本网状结构的每一段最高波峰在很短的一个时间内磨平，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,该平面的表面粗糙度值很小,同时又具有较高、较好的支承率。

在加工应用中，珩磨缸孔表面需要具有特定的功能特性，如支承性能、密封性和润滑油滞留性能等。基于这些功能需求，零件表面就必须被设计、加工成特定的形貌，以满足预期的应用。在实际加工应用中，应针对表面特殊性能要求设定功能参数集。图2所示为现场生产所需控制的功能特性参数，这些参数的由来，其实就是一个表面轮廓曲线的波峰与波谷。

三、缸孔圆度超差的控制方法

在珩磨过程中，涨刀力矩代表电动机输出到刀具砂条上的扭转力矩大小，扭转力矩越大，砂条切削力越大，刀具切削速度越快，加工节拍越短，同时工件缸孔受力越大，缸孔变形越大，圆度容易超差，减小涨刀速度和力矩，会导致加工节拍变慢，但圆度变好。

保证缸孔圆度需要遵循以下原则：

①保证粗珩磨和半精珩磨最终进给阶段的加工时间≥5 s，加工余量≥10 mm；

②加工中出现节拍变慢，先调大压力，若无变化再调大速度；

③加工中出现节拍变快，先调小速度，若无变化则再调小压力。 

本文针对柴油发电机缸体生产线珩磨机加工缸孔时常见的问题展开研究，提供一些清晰的解决思路。对于珩磨机设备本身制造能力未考虑在内，如珩磨轴的磨损、伺服系统的问题等影响都不可忽略，但本文未展开阐述。这里仅通过刀具材料、工艺分析和参数调整等方面进行改进，达到一种较为理想的效果，可行性高，实施成本低且效果明显，对生产线的操作提供了一种有益的指导。