發(fā)動機(jī)缸孔珩磨工藝優(yōu)化對缸孔圓度的提升

　　發(fā)動機(jī)缸孔的加工精度高低不僅影響輸出功率，而且對機(jī)油消耗，廢氣排放有著重要的作用。采用平臺珩磨工藝在發(fā)動機(jī)行業(yè)內(nèi)普遍采用, 用于提升缸孔精鏜后的形狀精度，表面質(zhì)量；通過對缸孔表面粗糙度控制,減少磨合時間，降低油耗。作為缸體線精加工關(guān)鍵的一環(huán)，對整線的產(chǎn)出和質(zhì)量保證有著重要的影響。
本文針對共線生產(chǎn)的薄壁缸孔的圓度能力提升進(jìn)行研究，在分析設(shè)計結(jié)構(gòu)差異的基礎(chǔ)上，基于不同珩磨方式對缸孔變形的影響，對加工參數(shù)進(jìn)行試驗驗證，最終找出最適合本機(jī)型的加工參數(shù)。
1 珩磨加工工藝
1.1 珩磨機(jī)床簡介
珩磨機(jī)床結(jié)構(gòu)可根據(jù)產(chǎn)能要求選擇單軸，多軸結(jié)構(gòu)的機(jī)床；某B系列發(fā)動機(jī)的缸孔珩磨采用工藝方案如下：粗珩工位，半精珩工位，平臺珩工位,通過三次珩磨工藝達(dá)到設(shè)計要求。其中粗珩工位在快速去除余量的同時保證初步的缸孔形狀精度，半精珩完成缸孔形狀的精修，網(wǎng)紋角及部分關(guān)鍵的粗糙度參數(shù)，平臺珩形成平臺斷面，保證最終的粗糙度參數(shù)。
加工設(shè)備的粗珩和半精珩軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動方式控制漲刀動作，平臺珩仍采用了傳統(tǒng)的液壓漲刀。當(dāng)然發(fā)動機(jī)行業(yè)內(nèi)部目前普遍采用的還有將半精珩和平臺珩設(shè)計成復(fù)合結(jié)構(gòu)，在保證加工質(zhì)量的前提下可降低設(shè)備投資。
1.2 缸孔珩磨工藝過程
現(xiàn)代珩磨機(jī)除平臺珩磨采用液壓漲刀外，缸孔去余量及加工形狀精度的漲刀控制都由機(jī)電方式精確控制。珩磨加工過程由驅(qū)動機(jī)構(gòu)漲開砂條后在孔內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)運動和上下沖程運動實現(xiàn)余量切除及幾何精度等質(zhì)量保證。網(wǎng)紋角通過設(shè)置合適的旋轉(zhuǎn)速度及沖程速度后即能實現(xiàn)，對珩磨刀具的漲刀控制直接影響了最終缸孔的質(zhì)量表現(xiàn)。
通過設(shè)置漲刀壓力高低和漲刀速度大小可分別實現(xiàn)速度珩磨，壓力珩磨；具體采用哪種方式，取決于產(chǎn)品的設(shè)計及節(jié)拍要求。
粗珩，半精珩均配有氣動在線測量系統(tǒng)，加工過程中監(jiān)控是否達(dá)到達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值。在珩磨機(jī)械漲刀過程中，為保證珩磨缸孔的幾何形狀精度，需合理匹配不同的漲刀壓力及速度參數(shù)加工到設(shè)定值:刀具進(jìn)入缸孔內(nèi)，快速漲刀至缸孔表面貼合；初始加工階段，設(shè)定較快參數(shù)快速去余量，加工終了階段,再以較小的速度和壓力來修復(fù)缸孔形狀。
平臺珩液壓漲刀過程中，通過采用壓力和沖程次數(shù)或珩磨總時間實現(xiàn)缸孔粗糙度及直徑大小的最終控制。
2 珩磨圓度問題提出
該機(jī)床設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)B12、B15兩種系列缸體共線生產(chǎn)，圓度均為0.005mm要求，但在驗收過程中發(fā)現(xiàn)珩磨加工參數(shù)相似的條件下，1.5發(fā)動機(jī)圓度偏大，無法滿足1.33能力要求。從圓度測量報告圖1上來看，缸孔在135度方向有變形，尤其是在缸孔的頂部截面上，變形較大。


圖1 缸孔加工變形
2.1 產(chǎn)品設(shè)計
如圖2，對比兩種產(chǎn)品的設(shè)計,壁厚存在0.8mm的設(shè)計差異，可能是導(dǎo)致B15產(chǎn)品變形較大的原因。在詳細(xì)確認(rèn)珩磨定位基準(zhǔn)面（孔）等均無異常的前提下，只能對機(jī)床加工參數(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化提升圓度加能力。


圖2 缸孔壁厚設(shè)計差異
2.2 加工參數(shù)優(yōu)化
合理設(shè)置漲刀參數(shù)對缸孔的最終質(zhì)量有較大的影響，如圖3所示，在不同漲刀方式下，驗證缸孔各截面的圓度數(shù)據(jù)。

 圖3 缸孔各截面圓度
如表1所示，在恒壓力珩磨的狀態(tài)下得到缸孔的圓度數(shù)據(jù)，頂部截面（P5）普遍偏大，并有超出公差的問題發(fā)生；通過觀察PLC中讀取的漲刀位置及輸出扭矩的數(shù)值，可以看出，珩磨砂條一漲開就立即貼緊缸壁，直到珩磨到設(shè)定尺寸。恒壓力珩磨過程中為了保證節(jié)拍，設(shè)置輸出扭矩較大，實際過程極易發(fā)生堵塞珩磨導(dǎo)致節(jié)拍不穩(wěn)定的問題。

表1 恒壓力珩磨
如表2所示，重新匹配速度和壓力參數(shù)后，在速度珩磨的狀態(tài)下得到另外一組數(shù)據(jù)如圖所示，頂部截面數(shù)據(jù)有較大改進(jìn)。通過觀察漲刀位置，合理設(shè)置漲刀速度及壓力，在珩磨到最終位置時，輸出扭矩才達(dá)到設(shè)定的最大值。


表2 速度珩磨
通過設(shè)置不同參數(shù)，發(fā)現(xiàn)B15缸體在速度珩磨的條件下，圓度表現(xiàn)更好。在此條件下通過參數(shù)匹配，找出最合適本缸體的加工的參數(shù)。
3 速度珩磨參數(shù)匹配
珩磨參數(shù)的合理設(shè)定不僅需要考慮到加工節(jié)拍的要求，而且必須要考慮到砂條粒度對壓力的影響，進(jìn)而給出合理的設(shè)定值，以達(dá)到控制加工質(zhì)量的目的。在沖程速度和轉(zhuǎn)速一定的條件下（即網(wǎng)紋角），通過匹配粗，精珩磨的壓力和速度參數(shù)來實現(xiàn)加工質(zhì)量的提升。
通過表1，表2測量數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)15缸體，頂部截面圓度明顯比中下部大，通過圖1測量圖形看，頂部截面變形較大。
如圖4所示，不同缸孔的頂面截面圓度測量結(jié)果，除第四缸更穩(wěn)定外，其它三缸均受到加工參數(shù)的影響。在不同參數(shù)下驗證，分別找出粗珩磨，半精珩的最佳參數(shù)。驗證過程中，粗珩的顆粒度較大，切除余量效率較高，調(diào)整起來相對容易；半精珩沙粒較細(xì)，參數(shù)必須匹配，否則很容易造成堵塞珩磨，導(dǎo)致砂條珩磨過程中聲音異常，并且節(jié)拍較長。通過測量結(jié)果來看，在壓力一定降低漲刀速度的條件下，加工圓度改善較大。

圖4 速度珩磨下壓力速度參數(shù)匹配
經(jīng)過珩磨壓力及漲刀進(jìn)給參數(shù)的驗證，確認(rèn)了，珩磨參數(shù)設(shè)定對加工有一定的影響；但無法兼顧加工節(jié)拍和加工質(zhì)量的平衡。沖程速度對加工質(zhì)量有一定的影響，過大的沖程速度會對系統(tǒng)剛性有更高的要求；進(jìn)一步降低珩磨的沖程速度，需要考慮合理的提升轉(zhuǎn)速，以保證加工節(jié)拍。將轉(zhuǎn)速提升。
4　結(jié)語
本文針對珩磨圓度加工能力的問題，在砂條顆粒度一定的條件下，綜合了漲刀加工參數(shù)控制，實際加工速度參數(shù)的控制，最終有效提升了加工質(zhì)量。實際生產(chǎn)過程中，影響圓度的因素還有很多，在確認(rèn)來料受控的條件下，合理的加工參數(shù)將對珩磨質(zhì)量的提升是重要的控制手段。因受測量效率成本的影響，無法進(jìn)一步評估在一定的硬度范圍內(nèi)，毛坯硬度高低對加工節(jié)拍的影響程度；同時本文中驗證的砂條型號已在生產(chǎn)中批量采購，加工質(zhì)量、壽命已相對穩(wěn)定。生產(chǎn)過程中無法再進(jìn)一步驗證不同粒度，不同粘結(jié)劑的砂條對缸孔形變的影響。