楊守軍,馬洪俠,陳政弘,唐靈聰,李紅旗,王瑞平,2

(1.寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司,浙江寧波 315336;2.浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司,浙江寧波 315800)

珩磨網(wǎng)紋完整性工藝應(yīng)用研究*

楊守軍1,馬洪俠1,陳政弘1,唐靈聰1,李紅旗1,王瑞平1,2

(1.寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司,浙江寧波 315336;2.浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司,浙江寧波 315800)

缸孔是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的心臟部件,引導(dǎo)活塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。缸孔表面網(wǎng)紋的質(zhì)量直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)排放和使用性能。珩磨是加工缸孔內(nèi)表面網(wǎng)紋的重要手段之一。表面網(wǎng)紋參數(shù)與進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速、砂條數(shù)量、越程量等息息相關(guān)。在其他條件均固定的前提下,研究越程量對(duì)網(wǎng)紋完整性的影響。結(jié)果表明:當(dāng)越程量L0在一定范圍時(shí)網(wǎng)紋具備完整性,當(dāng)越程量L0=28.791時(shí),多次沖程軌跡重復(fù),缸孔表面存在未加工區(qū)域,網(wǎng)紋不完整。提出的計(jì)算方法可用于指導(dǎo)網(wǎng)紋質(zhì)量調(diào)整。

篩分機(jī);發(fā)動(dòng)機(jī);珩磨;網(wǎng)紋

0 引 言

隨著世界環(huán)境的惡化,人民的環(huán)保意識(shí)日益加強(qiáng),因此各國(guó)對(duì)排放的要求越來(lái)越高[1],汽車(chē)作為全世界主要的交通運(yùn)輸工具,其排放備受業(yè)界關(guān)注,氣缸套缸孔珩磨機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外珩磨機(jī)技術(shù)也有原來(lái)的傳統(tǒng)珩磨、平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨擴(kuò)展到超聲波珩磨、激光珩磨等[2]。

珩磨是磨削加工的特殊形式,又是精加工中一種高效加工方法。這種工藝不僅能去除較大的加工余量,而且是一種提高零件尺寸、幾何形狀精度和表面粗糙度的有效加工方法[3],是汽缸體加工中必不可少的工藝技術(shù)。平臺(tái)網(wǎng)紋珩自身具備其他珩磨技術(shù)所不具備的優(yōu)點(diǎn),因此其應(yīng)用程度經(jīng)久不衰。筆者以平臺(tái)網(wǎng)紋珩為基礎(chǔ),根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行深入研究,以求尋找出最佳的方案,提高平臺(tái)網(wǎng)紋珩的網(wǎng)紋質(zhì)量。

1 珩磨加工特點(diǎn)[3]

1.1 加工范圍廣

主要加工各種圓柱形孔(如光通孔)、軸向和徑向有間斷孔(如鍵槽孔、花鍵孔、盲孔等)。另外,使用專(zhuān)用珩磨頭還可以加工圓錐孔、橢圓孔等,但由于其珩磨頭的結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜,一般不用。產(chǎn)品質(zhì)量要求較高,去除余量較小的情況下也可使用外圓珩磨工藝珩磨圓柱體。目前國(guó)內(nèi)外珩磨條使用材料為金剛石和立方氮化硼,這兩種材料具有較高的硬度和耐磨性,因此珩磨幾乎可以加工任何材料工件。

1.2 加工精度高

對(duì)于一些中小型的光通孔,珩磨后其圓柱度可達(dá)到0.001 mm,一些壁厚不均勻的零件(如連桿),其圓柱度可達(dá)到0.002 mm,對(duì)于大孔(孔徑≤200 mm)圓柱度可達(dá)到0.005 mm。若孔徑?jīng)]有環(huán)槽等,珩磨后直線度可以達(dá)到0.01 mm。

1.3 表面質(zhì)量好

珩磨機(jī)平臺(tái)網(wǎng)紋珩后表面為網(wǎng)紋,有利于潤(rùn)滑油的存儲(chǔ)及油膜的保持。珩磨條與工件接觸為面接觸,能承受較大載荷,耐磨損。與磨削相比,珩磨切削壓力小,相對(duì)速度低,因而發(fā)熱量小,工件表面基本不會(huì)產(chǎn)生熱損傷和變質(zhì)層[3]。

2 珩磨網(wǎng)紋形成原理

2.1 珩磨加工原理[4]

珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條珩磨條,由漲開(kāi)機(jī)構(gòu)將珩磨條沿徑向漲開(kāi),使其壓向工件孔壁,以便產(chǎn)生一定的面接觸。同時(shí)使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng),零件不動(dòng);或者珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),工件往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)孔的精加工。

2.2 網(wǎng)紋形成原理[5]

珩磨時(shí)珩磨頭的旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)或珩磨頭的旋轉(zhuǎn)和工件的往復(fù)運(yùn)動(dòng),在加工表面形成螺旋線的切削軌跡。由于珩磨頭表面分布多條珩磨條,并且在每一次往復(fù)行程時(shí)間內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)數(shù)不是整數(shù),因而兩次行程間,珩磨頭相對(duì)工件在周向?qū)㈠e(cuò)開(kāi)一定角度(α),珩磨頭上的每一個(gè)磨粒在孔壁上的運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)重復(fù),如此多次往復(fù)運(yùn)動(dòng),在工件表面形成均勻珩磨交叉網(wǎng)紋。

從圖1可看出,珩磨網(wǎng)紋角度θ與旋轉(zhuǎn)速度V旋和V往相關(guān),通過(guò)調(diào)整V旋和V往可以調(diào)整網(wǎng)紋角度的大小,而網(wǎng)紋的覆蓋率(網(wǎng)紋完整性)則與每次周向轉(zhuǎn)角(α)和珩磨沖程系數(shù)有關(guān)。在加工過(guò)程中,V旋、V往、每次周向轉(zhuǎn)角(α)、沖程次數(shù)需達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn),才能獲得滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求的產(chǎn)品。

圖1 網(wǎng)紋形成簡(jiǎn)化圖

3 生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

某發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)某款發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),發(fā)現(xiàn)珩磨后的缸孔周向(缸孔軸向上、中、下三個(gè)區(qū)域)出現(xiàn)相對(duì)珩磨較少的菱形區(qū)域(白色斑點(diǎn)),如圖2所示。

在轉(zhuǎn)速(V旋)和進(jìn)給(V進(jìn))一定的情況下,由參考文獻(xiàn)[5]可知,網(wǎng)紋的完整性與珩磨條長(zhǎng)度Ls、珩磨條越程量L0、工作長(zhǎng)度Lw等有關(guān)。

圖2 報(bào)廢件圖片

本文主要研究珩磨條越程量L0與網(wǎng)紋完整性的關(guān)系。其加工時(shí)的珩磨機(jī)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 珩磨參數(shù)表

4 珩磨軌跡完整性分析

珩磨機(jī)在一個(gè)珩磨沖程后,在缸體缸孔表面產(chǎn)生相互交叉的網(wǎng)紋。將圓柱形缸孔展開(kāi)后,網(wǎng)紋形狀如圖3所示。

圖3 珩磨網(wǎng)紋示意圖

圖中陰影區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)珩磨沖程后未加工到區(qū)域。為保證網(wǎng)紋軌跡的完成性,在后續(xù)的7個(gè)珩磨沖程中需覆蓋未珩磨到區(qū)域。為分析方便,對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義,如表2所示。

表2 參數(shù)及符號(hào)定義

將表1中參數(shù)帶入公式(4)計(jì)算得:

由表1可知本臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨過(guò)程中存在8個(gè)沖程,如想在8個(gè)沖程內(nèi)將第1沖程內(nèi)未珩磨到的區(qū)域覆蓋完全的條件為:

當(dāng)X1=0時(shí),由式(3)計(jì)算可得L0=28.791,一個(gè)往復(fù)行程后,珩磨頭旋轉(zhuǎn)1/6圓周,珩磨頭運(yùn)動(dòng)軌跡與前次運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù),未珩磨區(qū)域?qū)⒁恢贝嬖?所加工產(chǎn)品不合格。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)可知,珩磨條的越程量L0=1/5L-1/3L。

圖4 越程量與剩余寬度關(guān)系圖

從圖4中可以看出,當(dāng)越程量≥28.149 mm時(shí), 8個(gè)沖程后,珩磨條不能將首次珩磨產(chǎn)生的未珩磨區(qū)域覆蓋。缸孔內(nèi)壁產(chǎn)生未加工到區(qū)域,隨著越程量的增加,未加工區(qū)域的面積增加,當(dāng)越程量達(dá)到28.79時(shí),前后兩次沖程軌跡重復(fù),剩余寬度最大為7.982 2 mm,網(wǎng)紋參數(shù)不完整。當(dāng)越程量＜28.149時(shí),8個(gè)沖程后,珩磨條能夠?qū)⑹状午衲ギa(chǎn)生的未加工區(qū)域覆蓋,網(wǎng)紋參數(shù)完整。

因此為保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量,對(duì)于本臺(tái)珩磨機(jī)的越程量應(yīng)設(shè)置為:16(mm)≤L0＜28.149(mm)。

5 結(jié) 論

本文僅分析在特定條件下網(wǎng)紋完整性與越程量的關(guān)系。

當(dāng)越程量L0=28.791時(shí),珩磨頭運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù),存在未加工區(qū)域,網(wǎng)紋不完整。當(dāng)越程量16(mm)≤L0≤28.149(mm)時(shí),8次沖程后,第1沖程形成的未加工區(qū)域可完全被后續(xù)7個(gè)沖程覆蓋,網(wǎng)紋完整。

網(wǎng)紋質(zhì)量與V旋、V往、珩磨條數(shù)量、珩磨條寬度、越程量等息息相關(guān)。由于篇幅有限,在此不進(jìn)行分析描述。

[1] 徐啟圣,高傳玉,于秀娟.內(nèi)燃機(jī)缸套珩磨強(qiáng)化工藝的進(jìn)展[J].新技術(shù)新工藝·機(jī)械加工與自動(dòng)化,2002(12):15.

[2] 趙 峰.汽缸套珩磨機(jī)改造應(yīng)用研究[D].山東:山東科技大學(xué), 2011.

[3] 鮑興鵬.珩磨機(jī)床的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技論壇,2012(5):64-67.

[4] 李 佳,胡勁松.發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨技術(shù)[J].發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),2013(2):64-67.

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Application Research on Honing Mesh Integrity Technology

YANG Shou-jun1,MA Hong-xia1,CHEN Zheng-hong1,TANG Ling-cong1,LI Hong-qi1,WANG Rui-ping1,2
(1.Ningbo Geely Royal Engine Components Co.,Ltd,Ningbo Zhejiang 315336,China; 2.Zhejiang Geely Royal Engine Co.,Ltd,Ningbo Zhejiang 315800,China)

Cylinder bore is the heart component of the engine combustor,and it guides the piston reciprocating linear motion. The quality of the cylinder bore surface mesh directly affects the engine emissions and performance.Honing is one of the important means of machining cylinder bore surface mesh.Surface mesh parameters relate to the feed speed,the rotational speed,the number of honing sticks,the overruns and so on.In this paper,the influence of the overruns on the integrity of mesh is researched on the premise of other conditions are fixed.The results show that the mesh is with integrity when the overruns L0in a certain range;while when the overruns L0=28.791,the stroking tracks repeat,and there is unprocessed area on cylinder bore surface,the mesh isn't integrity.Calculation proposed in this paper can provide guidance to adjust the mesh quality.

engine;honing;mesh

V464

A

1007-4414(2015)05-0081-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.027

2015-08-08

楊守軍(1986-),男,山東臨沂人,工程師,主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工藝方面的工作。