珩磨是磨削加工的一種特殊形式，又是精加工中的一種高效加工方法。這種工藝不僅能高效去除較大的加工余量，而且是一種提高零件尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度（一般可達Ra0.2～1.0mm，甚至可以低于Ra0.025mm）的有效加工方法，尤其適合于薄壁孔和剛性不足的工件或較硬材料工件的加工，在汽車零部件的制造中應(yīng)用很廣泛，尤其是發(fā)動機缸體的制造。

氣缸孔平臺網(wǎng)紋珩磨

平臺珩磨、滑動珩磨是較普通珩磨更為先進的珩磨工藝，具有氣缸孔表面微觀形貌呈光滑的平頂(而不是尖峰)，與相對較深的波谷（與普通珩磨相比波谷較深）規(guī)律性地間隔分布、發(fā)動機的磨合周期短、潤滑條件好和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，是目前發(fā)動機氣缸孔珩磨工藝的主流。平臺珩磨和滑動珩磨工藝對于提高汽車發(fā)動機的氣缸體質(zhì)量、提高發(fā)動機的使用壽命，提高發(fā)動機的經(jīng)濟性和動力性有重要意義，特別是對克服發(fā)動機早期磨損和降低發(fā)動機油耗等方面起到了至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合我公司實際應(yīng)用重點探討平臺網(wǎng)紋珩磨。

1. 平臺網(wǎng)紋的評定參數(shù)及定義

平臺網(wǎng)紋總體的要求是表面微觀結(jié)構(gòu)上有一定數(shù)量和一定深度的深溝，深溝之外的部分是平臺，平臺網(wǎng)紋就像稻田一樣（見圖1）。

圖1   平臺網(wǎng)紋表面的微觀結(jié)構(gòu)

平臺網(wǎng)紋評定的主要參數(shù)一般有如下幾個：Rpk——簡約峰高，指粗糙度核心輪廓上方的輪廓峰的平均高度；Rk——粗糙度核心輪廓深度，指粗糙度核心輪廓的深度；Rvk——簡約谷深，指從粗糙度核心輪廓延伸到材料內(nèi)的輪廓谷的平均深度；Mr1——尖峰輪廓支承長度率，是一條將輪廓峰分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的輪廓支承率；Mr2——溝谷輪廓支承長度率，是一條將輪廓谷分離出粗糙度核心輪廓的截線而確定的輪廓支承率；Rz——平均峰谷高度，是指每一個測量距離內(nèi)粗糙度輪廓的最大輪廓峰頂高度與最大谷底深度之和，通常取5個單位測量范圍內(nèi)的平均值；珩磨角—— 一般是指網(wǎng)紋交叉線在垂直于軸線方向上的夾角。具體見圖2所示。

圖2   平臺網(wǎng)紋評定的主要參數(shù)

2. 氣缸平臺網(wǎng)紋深溝和平臺形成機理

氣缸平臺網(wǎng)紋溝谷和平臺是不同粒度、不同參數(shù)下的基礎(chǔ)珩和精珩兩次加工表面形狀疊加形成的，過程如圖3所示（設(shè)為三次珩磨）。

圖3  氣缸平臺網(wǎng)紋的形成

影響氣缸孔珩磨加工質(zhì)量的因素

在實際運行中，影響氣缸孔平臺珩磨加工質(zhì)量的因素主要有如下一些方面：

1. 氣缸套的剛性與壁厚均勻程度

氣缸套的剛性與壁厚不均勻會導致珩磨后的尺寸精度和形狀精度變差，對網(wǎng)紋的一致性也有影響，特別是已裝入氣缸孔的半成品缸套（取決于氣缸孔底孔），這些影響很難在加工過程中徹底糾正。

2. 前一道工序的加工質(zhì)量

首先要留有合適的加工余量。珩磨的加工余量一般在0.02～0.08mm，最理想的余量為0.03～0.05mm。余量過大會導致節(jié)拍加長，珩磨條鈍化嚴重，珩磨頭導向條磨損加速。余量過小會導致無法修正和提高孔的尺寸、形狀精度及表面粗糙度。

第二是珩磨前的圓柱度不能太差，否則無法糾正過來，一般圓柱度在0.02以內(nèi)會得到較好的糾正，珩磨后的圓柱度可達到0.006以下。

第三是珩磨前的表面粗糙度一般在Ra2.5mm左右，粗糙度過大會導致珩前刀紋去除不掉，粗糙度過小會導致珩磨困難，節(jié)拍成倍增加。

3．珩磨條

珩磨條相當于切削刀具，用來去除余量并達到一定的精度要求，珩磨條對珩磨質(zhì)量和效率起著最關(guān)鍵的作用。對于平臺網(wǎng)紋珩磨來說，粗珩磨條負責去除較大的余量并改善原有的形狀精度和粗糙度，基礎(chǔ)、精珩磨條則去除較小的余量，形成溝谷和平臺，并達到最終的尺寸精度和形狀精度。珩磨條的粒度和硬度是兩個重要參數(shù)，粒度越大珩磨效率越高，硬度越高，珩磨條的壽命越長，所以珩磨效率與珩磨條的壽命有時是一對矛盾。珩磨條的材料有多種，金剛石和碳化硅（油石）是最常用的兩種，現(xiàn)在粗珩磨條一般都用金剛石材料，精珩磨條有用油石的也有用金剛石的，但是目前業(yè)內(nèi)精珩還是用油石的比較多。

4. 粗、精珩磨余量、壓力及時間

一般是粗珩的余量大，壓力也大，基礎(chǔ)、精珩的余量小，壓力也小，若是二次珩磨工藝，精珩的余量一般為10～15mm，若是三次珩磨，后兩次珩磨的余量一般應(yīng)在20～30mm。珩磨壓力越大，珩磨效率越高，反之亦然，但對于珩磨質(zhì)量來說，珩磨壓力過高往往是沒有好處的。

以粗珩壓力2～1.8MPa/精珩壓力1MPa/精珩時間10s、粗珩壓力1.8～1.5MPa/精珩壓力1.5MPa/精珩時間20s這兩組參數(shù)進行正交試驗，檢測結(jié)果如表1，表2是對其檢測結(jié)果的分析。

表1  正交試驗檢測結(jié)果   （單位：μm）

表2   檢測結(jié)果的分析

如單獨考慮 Rpk<0.3mm，結(jié)果分析如表3；如單獨考慮Rvk=1.8～3.2mm，結(jié)果分析如表4。

表3   Rpk<0.3μm的結(jié)果分析

表4   Rvk=1.8～3.2μm的結(jié)果分析

由試驗經(jīng)驗及數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以知道，對于平臺網(wǎng)紋珩磨來說，精珩壓力對珩磨質(zhì)量的影響是第一位的，其次是粗珩壓力，再次是精珩時間。

5. 主軸行程和珩磨條越出孔兩端的大小

行程大容易產(chǎn)生腰鼓形孔，中間小兩頭大，行程小容易形成鼓形孔，中間大兩頭小，哪一端越出量大，哪一端的孔徑相應(yīng)的就會大，所以必須適當控制行程和珩磨條越出兩端的大小，并根據(jù)實際加工情況適時加以調(diào)整才能保證質(zhì)量。對于盲孔，必要時得通過增加在底部（或有障礙一端）的珩磨時間，或通過珩磨頭的修磨形狀來解決。

6. 主軸的轉(zhuǎn)速和往復速度

珩磨角是由轉(zhuǎn)速和往復速度的合成決定的，珩磨角確定了，這兩種速度的比值就確定了。往復運動要有足夠加速度，換向要快，否則網(wǎng)紋的交角處會出現(xiàn)圓弧形狀。轉(zhuǎn)速和往復速度也會影響珩磨的效率，速度越高效率就越高，但是速度過高會對網(wǎng)紋質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。另外在加工過程當中，旋轉(zhuǎn)方向有變化的加工比單一旋向的加工效率要高，但對于平臺網(wǎng)紋的加工，特別是精珩磨，最好是單一旋向。

7. 氣動測量系統(tǒng)

氣動測量系統(tǒng)包括壓縮空氣過濾系統(tǒng)、氣電轉(zhuǎn)換器（或氣動量儀）和測量孔等。用于測量的壓縮空氣必須經(jīng)過過濾，保持干燥清潔，否則會導致測量不準確，或堵塞測量孔（會使孔加工過大而報廢），測量壓力一般為0.3～0.35MPa。測量孔安裝在珩磨頭的導向條上，加工過程中導向條會不斷磨損，當達到磨損極限時必須更換導向條和測孔，否則測量就會不穩(wěn)定和不準確。導向條的磨損極限一般為0.01mm。另外，氣電轉(zhuǎn)換器（氣動量儀）在每班珩磨前必須進行校零。

8. 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)對珩磨質(zhì)量也有重要的影響，冷卻液能及時帶走加工產(chǎn)生的熱量，還能及時沖洗掉珩磨的微粒。珩磨冷卻液可以用煤油或?qū)Ｓ苗衲ヒ海扯纫m中，如果黏度高，珩磨條易堵塞，效率低，而黏度低，珩磨效率相應(yīng)較高但表面粗糙度相應(yīng)要差一些。珩磨液要有良好的過濾系統(tǒng)和冷卻裝置。過濾系統(tǒng)一般是兩級過濾，第一級是磁選過濾，濾掉較大的顆粒和鐵屑，第二級是紙過濾，過濾紙的精度一般在10～15mm，非平臺網(wǎng)紋珩磨的過濾紙精度可以為20～30mm。

9.珩磨次數(shù)

平臺網(wǎng)紋質(zhì)量要求較松時（特別是Rpk），粗珩、精珩兩次珩磨就可以達到，要求較高時，粗珩、精珩兩次珩磨就有困難，而且一致性和穩(wěn)定性也較差，這時需進行第三次超精珩，當然這并不是簡單的珩磨幾次的問題，這需要珩磨條相互之間合理的搭配及相應(yīng)的珩磨參數(shù)。根據(jù)試驗的經(jīng)驗，Rpk<0.5mm時，珩磨兩次基本能夠達到質(zhì)量精度要求，而Rpk<0.3mm時，一般就需三次珩磨。

10.  珩磨頭的修磨規(guī)圓

珩磨條安裝到珩磨頭上后，要在磨床上進行規(guī)圓，規(guī)圓后珩磨條的圓柱度最大不能超過0.01mm。若是加工盲孔的話，必須讓直徑大的一端在有障礙的一端。

提高平臺網(wǎng)紋質(zhì)量的措施

結(jié)合實際經(jīng)驗，以下措施有利于提高平臺網(wǎng)紋質(zhì)量：

1. 為減少由于不可避免的壁厚不均或珩前圓柱度不好在珩磨中變形的影響，對于雙脹縮珩磨頭（粗、精珩在一個珩磨頭上一次完成），可以將粗、精珩磨程序分開，粗珩進行完之后再進行精珩，這樣能有效減小大壓力粗珩磨的變形，變形在精珩之前有一定的時間恢復，以便在精珩過程中進一步消除變形，從而提高孔的形狀精度。

2. 精珩采用時間控制取代自動測量控制，因為精珩的主要目的是去除尖峰形成平臺，去除余量很小，珩磨時間短（一般為5～12s），采用時間控制對珩磨尺寸精度影響很小，時間控制的好處是不受測量變化和波動的影響，網(wǎng)紋質(zhì)量穩(wěn)定。

3. 在可能和允許的情況下，應(yīng)盡量減小精珩磨壓力，特別是最后一級精珩磨壓力，一般壓力越小越容易保證精度，尤其是對平臺網(wǎng)紋的平臺質(zhì)量非常有利。

4. 根據(jù)實際情況，可通過試驗來選擇合理的珩磨條。因為如果珩磨條不合適，通過調(diào)整其它的參數(shù)來達到最終的質(zhì)量要求，無論如何都是很困難的。

5. 對于平臺網(wǎng)紋要求高的產(chǎn)品，最好采用三次珩磨的工藝。

6. 選擇質(zhì)量更好的冷卻液，提高冷卻系統(tǒng)的過濾精度，加大流量，增強冷卻和沖洗效果。

7. 珩磨前采取冷卻液沖洗冷卻，減小珩磨前工件溫度對加工精度的影響。