柴油發電機的珩磨缸孔工藝和圓度超差的控制

【摘要】本文針對柴油發電機缸體生產線珩磨機珩磨缸孔過程中的常見問題展開研究，以珩磨缸孔工藝為起點，提出適用于大批量柔性生產線上問題解決的方案，通過參數優化、刀具材料的配合等方法解決了加工過程中粗糙度超差及圓度超差等問題，從而提高了缸體線珩磨機的加工效率。
缸體是柴油發電機的重要組成部件之一，而缸孔加工則是缸體加工過程中加工精度和加工難度最高的一個工序。缸孔在柴油發電機中與活塞接觸，承受著各種復雜的交變載荷，活塞在缸孔中長期處于高速的相對運動狀態，因此加工工藝上對缸孔加工的形狀、位置精度及表面粗糙度等，都有著十分嚴格的要求。
一、珩磨缸孔的工作原理
珩磨機珩磨中通常由驅動珩磨軸上下運動及旋轉的伺服系統、控制砂條收漲的漲刀機構、控制孔徑大小的檢測裝置等部件組成。珩磨刀體（圖1）與砂條基座配合，通過漲刀機構可實現砂條的漲出與收回，從而實現對缸孔的珩磨。在珩磨時，漲刀機構收縮頂桿到設定位置，砂條通過收刀彈簧收縮到設定的初始位置。此時伺服系統控制主軸移到加工孔上方，主軸開始按照設定的旋轉速度進行旋轉，并以設定的往復行駛速度向下移動到下換向點，并在上、下換向點間往復運動，同時漲刀機構控制漲刀桿頂出刀體漲芯，漲芯圓錐與砂條基座斜面接觸，漲芯往前移則砂條開始漲出。當砂條以設定的漲刀速度漲出并與缸孔壁接觸時，切削開始。此時砂條工作面上隨機分布的磨粒形成了眾多的刃尖，被加工金屬表面層有一部分被磨粒磨刃切除，另一部分則被磨拉擠壓，發生塑性變形并隆起在磨痕兩旁，雖與母體產生晶格滑移，但仍在母體上，不過結合強度已大大降低，故易被其他磨粒磨刃所切除。同時，檢測裝置透過刀體導向條上的氣檢孔，實時監控氣檢壓力變化，并通過氣電轉換器監控缸孔尺寸，當監控值到達預設值時，漲刀機構收刀，主軸上升到初始位置，珩磨缸孔完成。
隨著材料技術的發展，人造金剛石和立方氮化硼磨料大量應用，把珩磨技術推向了一個新的階段。現在，珩磨已不僅用作高精度要求的終加工工序，并且還可作為切除較大余量的中間工序。總之，珩磨已經成為了一種能使被加工工件表面達到粗糙度值小、精度高且切削效率很高的先進加工方法。
二、珩磨缸孔的典型工藝
典型的珩磨機加工缸孔的工藝為：缸孔直徑預檢—粗珩—半精珩—精珩—在線測量。預檢主要檢測來料直徑，防止珩磨刀具與工件相撞；粗珩主要是形成幾何形狀正確的圓柱形孔和適合后續加工的基本表面粗糙度；半精珩在基礎平臺珩磨階段形成均勻交叉網紋；而精珩（平臺珩）形成理想平臺網紋斷面；最后在線測量100%檢測缸孔直徑加工是否滿足工藝要求。
平臺珩磨工藝會在缸孔中形成非常細密的平臺網狀結構，其作用是減少潤滑油消耗和緊急運轉時的潤滑油供給, 此外柴油發電機不需要磨合。平臺珩磨一般包括三個工序：粗珩、半精珩和平臺珩。在第一道工序中，工件通過粗珩修正和穩定精鏜，達到一定的形狀和公差，此外還要形成一個初步的網狀結構。第二道工序中，缸壁的宏觀幾何形狀將得到改善，如：缸孔的圓度、圓柱度、孔徑及粗糙度得到改善，并且表面的基本網狀結構也將被加工出來，該工序加工出來的網狀結構以波峰波谷的形式呈現。第三道工序中，通過平臺珩加工，把基本網狀結構的每一段最高波峰在很短的一個時間內磨平，從而形成一個小平臺,該小平臺也就是所謂的平臺支承表面,該平面的表面粗糙度值很小,同時又具有較高、較好的支承率。
在加工應用中，珩磨缸孔表面需要具有特定的功能特性，如支承性能、密封性和潤滑油滯留性能等。基于這些功能需求，零件表面就必須被設計、加工成特定的形貌，以滿足預期的應用。在實際加工應用中，應針對表面特殊性能要求設定功能參數集。圖2所示為現場生產所需控制的功能特性參數，這些參數的由來，其實就是一個表面輪廓曲線的波峰與波谷。
三、缸孔圓度超差的控制方法
在珩磨過程中，漲刀力矩代表電動機輸出到刀具砂條上的扭轉力矩大小，扭轉力矩越大，砂條切削力越大，刀具切削速度越快，加工節拍越短，同時工件缸孔受力越大，缸孔變形越大，圓度容易超差，減小漲刀速度和力矩，會導致加工節拍變慢，但圓度變好。
保證缸孔圓度需要遵循以下原則：
①保證粗珩磨和半精珩磨最終進給階段的加工時間≥5?s，加工余量≥10?mm；
②加工中出現節拍變慢，先調大壓力，若無變化再調大速度；
③加工中出現節拍變快，先調小速度，若無變化則再調小壓力。
本文針對柴油發電機缸體生產線珩磨機加工缸孔時常見的問題展開研究，提供一些清晰的解決思路。對于珩磨機設備本身制造能力未考慮在內，如珩磨軸的磨損、伺服系統的問題等影響都不可忽略，但本文未展開闡述。這里僅通過刀具材料、工藝分析和參數調整等方面進行改進，達到一種較為理想的效果，可行性高，實施成本低且效果明顯，對生產線的操作提供了一種有益的指導。


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