發(fā)動機缸孔珩磨工藝優(yōu)化對缸孔圓度的提升

　　發(fā)動機缸孔的加工精度高低不僅影響輸出功率，而且對機油消耗，廢氣排放有著重要的作用。采用平臺珩磨工藝在發(fā)動機行業(yè)內普遍采用, 用于提升缸孔精鏜后的形狀精度，表面質量；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鍵的一環(huán)，對整線的產(chǎn)出和質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行研究，在分析設計結構差異的基礎上，基于不同珩磨方式對缸孔變形的影響，對加工參數(shù)進行試驗驗證，最終找出最適合本機型的加工參數(shù)。
1 珩磨加工工藝
1.1 珩磨機床簡介
珩磨機床結構可根據(jù)產(chǎn)能要求選擇單軸，多軸結構的機床；某B系列發(fā)動機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到設計要求。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)。
加工設備的粗珩和半精珩軸采用伺服電機驅動方式控制漲刀動作，平臺珩仍采用了傳統(tǒng)的液壓漲刀。當然發(fā)動機行業(yè)內部目前普遍采用的還有將半精珩和平臺珩設計成復合結構，在保證加工質量的前提下可降低設備投資。
1.2 缸孔珩磨工藝過程
現(xiàn)代珩磨機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電方式精確控制。珩磨加工過程由驅動機構漲開砂條后在孔內通過旋轉運動和上下沖程運動實現(xiàn)余量切除及幾何精度等質量保證。網(wǎng)紋角通過設置合適的旋轉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量表現(xiàn)。
通過設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)控是否達到達到設定的目標值。在珩磨機械漲刀過程中，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)加工到設定值:刀具進入缸孔內，快速漲刀至缸孔表面貼合；初始加工階段，設定較快參數(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
該機床設計能夠實現(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)品設計
如圖2，對比兩種產(chǎn)品的設計,壁厚存在0.8mm的設計差異，可能是導致B15產(chǎn)品變形較大的原因。在詳細確認珩磨定位基準面（孔）等均無異常的前提下，只能對機床加工參數(shù)需要進一步優(yōu)化提升圓度加能力。


圖2 缸孔壁厚設計差異
2.2 加工參數(shù)優(yōu)化
合理設置漲刀參數(shù)對缸孔的最終質量有較大的影響，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，直到珩磨到設定尺寸。恒壓力珩磨過程中為了保證節(jié)拍，設置輸出扭矩較大，實際過程極易發(fā)生堵塞珩磨導致節(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。通過觀察漲刀位置，合理設置漲刀速度及壓力，在珩磨到最終位置時，輸出扭矩才達到設定的最大值。


表2 速度珩磨
通過設置不同參數(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，進而給出合理的設定值，以達到控制加工質量的目的。在沖程速度和轉速一定的條件下（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，調整起來相對容易；半精珩沙粒較細，參數(shù)必須匹配，否則很容易造成堵塞珩磨，導致砂條珩磨過程中聲音異常，并且節(jié)拍較長。通過測量結果來看，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給參數(shù)的驗證，確認了，珩磨參數(shù)設定對加工有一定的影響；但無法兼顧加工節(jié)拍和加工質量的平衡。沖程速度對加工質量有一定的影響，過大的沖程速度會對系統(tǒng)剛性有更高的要求；進一步降低珩磨的沖程速度，需要考慮合理的提升轉速，以保證加工節(jié)拍。將轉速提升。
4　結語
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量。實際生產(chǎn)過程中，影響圓度的因素還有很多，在確認來料受控的條件下，合理的加工參數(shù)將對珩磨質量的提升是重要的控制手段。因受測量效率成本的影響，無法進一步評估在一定的硬度范圍內，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，加工質量、壽命已相對穩(wěn)定。生產(chǎn)過程中無法再進一步驗證不同粒度，不同粘結劑的砂條對缸孔形變的影響。