發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨網(wǎng)紋評(píng)定及常見網(wǎng)紋問題解析

商成超，趙興龍

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 發(fā)動(dòng)機(jī)制造部，廣西 柳州 545007）

缸孔經(jīng)過鏜削后，為提高形狀精度和降低表面粗糙度，更好地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，一般還需要經(jīng)過粗珩、半精珩、平臺(tái)珩共3次珩磨。其中，?粗珩主要是形成正確的幾何形狀，如圓柱型孔和適合后續(xù)加工的表面粗糙度，半精珩過后形成均勻的交叉網(wǎng)紋，平臺(tái)珩削去精珩后的波峰，在孔壁形成平臺(tái)斷面。

缸孔珩磨后的表面品質(zhì)，需要通過珩磨網(wǎng)紋參數(shù)來評(píng)定和控制。在眾多評(píng)定理論中，Abbott-Firestone曲線（輪廓支撐長度率曲線）應(yīng)用最為廣泛。其用粗糙度輪廓深度的函數(shù)，表達(dá)輪廓支承度率的增長，結(jié)合缸孔表面平臺(tái)網(wǎng)紋自身的特點(diǎn)及缸孔工作狀況，確立了各項(xiàng)網(wǎng)紋參數(shù)指標(biāo)。

這些指標(biāo)可以對(duì)缸孔表面的網(wǎng)紋分布、磨合性能、潤滑性能等使用性能進(jìn)行的量化分析，準(zhǔn)確的評(píng)定珩磨后缸孔的表面品質(zhì)。

1 Abbott-Firestone曲線的作圖方法及理論基礎(chǔ)

1.1 Abbott-Firestone曲線介紹

在平面直角坐標(biāo)系中，橫軸表示支撐率（從0%～100%），縱軸表示截距，縱軸的零點(diǎn)對(duì)應(yīng)輪廓高度的最大峰頂線，不同截距線對(duì)輪廓曲線進(jìn)行分割，計(jì)算出這些截距的tp值，在坐標(biāo)系上描出其位置，將這些點(diǎn)圓滑的連接起來，就得到了Abbott-Firestone曲線，如圖1所示。

圖1 半精珩和平臺(tái)珩后網(wǎng)紋波形圖

1.2 參數(shù)定義及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

輪廓支撐長度率為40%的切線，將曲線分成3個(gè)區(qū)域：波峰區(qū)，中心區(qū)，波谷區(qū)。通過一組基于輪廓支承長度率曲線的參數(shù)（如圖2所示），結(jié)合缸孔實(shí)際工作情況，評(píng)定珩磨后缸孔表面網(wǎng)紋品質(zhì)。

圖2 輪廓支撐長度率曲線

（1）Rpk簡(jiǎn)約峰高，即輪廓峰的平均高度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，這一部分將很快被磨損掉，被磨損的時(shí)間，即發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合時(shí)間。

（2）Rk核心深度，即輪廓峰和輪廓谷之間的輪廓深度。是缸孔與活塞長期的工作表面，該參數(shù)的大小，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和使用壽命。

（3）Rνk簡(jiǎn)約谷深，即輪廓谷的平均深度?？衫斫鉃樯钊牍ぜ砻娴臏喜凵疃龋l(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，溝槽儲(chǔ)油，并形成油膜，提高了缸孔的耐磨性能，也能大幅度降低油耗。

（4）Mr1輪廓支承長度率，可理解為輪廓峰部分占整個(gè)輪廓的百分比。其值是缸孔進(jìn)入長期工作表面的上限值。

（5）Mr2輪廓支承長度率，可理解為輪廓峰與核心輪廓部分占整個(gè)輪廓的百分比。其值是缸孔進(jìn)入長期工作表面的下限值，其數(shù)值的大小，不但決定了磨損量，還決定了深溝槽的貯油、潤滑能力。

圖中參數(shù)的確定，需要使用一條回歸線，回歸線的40%以上的部分是tpc曲線上的點(diǎn)構(gòu)成，回歸線在縱坐標(biāo)方向上的差值平方最小，回歸線與縱軸兩交點(diǎn)之間的垂直距離，即為核心粗糙度深度Rk，兩交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的截線位置即為Mr1、Mr2對(duì)應(yīng)的截線位置。

2 珩磨后表面網(wǎng)紋參數(shù)的調(diào)整方法

2.1 Rpk超差

Rpk超上差，可能是平臺(tái)珩的壓力小，或者平臺(tái)珩的時(shí)間短，可加大平臺(tái)珩壓力和增加平臺(tái)珩的時(shí)間來解決，但也有可能使得Mr1超差。如果Rpk超差的同時(shí)，Rz、Rνk、Rk都較大時(shí)，可適當(dāng)?shù)販p少半精珩的時(shí)間來減小Rpk值。Rpk超下差，可能是平臺(tái)珩壓力過大，或者平臺(tái)珩時(shí)間過長，也可能是半精珩壓力過高、半精珩的砂條硬度過高。

2.2 Rk超差

Rk超上差，即Mr1和Mr2的截距差過大了，其主要原因是平臺(tái)珩的壓力小，或者平臺(tái)珩的時(shí)間短，也可能是半精珩的壓力過高，溝槽數(shù)量過多，間接地說，就是砂條濃度高或砂條基體軟。Rk超下差，即Mr1和Mr2的截距差過小了，其主要原因是平臺(tái)珩的壓力大，或者平臺(tái)珩的時(shí)間長，也可能是半精珩的壓力過低，溝槽數(shù)量過少，間接地說是砂條濃度低或砂條基體硬。

2.3 Rνk超差

Rνk超上差，說明半精珩的壓力過高，砂條基體軟或者粒度大。Rνk超下差，說明半精珩的壓力過低，砂條基體硬或者粒度小。

2.4 Mr1超上差

主要原因是平臺(tái)珩的壓力過大，或者平臺(tái)珩的時(shí)間過長。

2.5 Mr2超差

Mr2超上差，因?yàn)镸r2是某一點(diǎn)的tp值，也就意味著在這個(gè)切割深度時(shí)，溝槽的總寬度較小?？赏ㄟ^增大半精珩壓力或者減小平臺(tái)珩壓力和時(shí)間來解決。Mr2超下差，意味著在這個(gè)切割深度時(shí)，溝槽的總寬度較大。可通過減小半精珩壓力或者減增加平臺(tái)珩壓力和時(shí)間來解決。

以上對(duì)于各個(gè)網(wǎng)紋參數(shù)的超差調(diào)整，做了簡(jiǎn)要的、指導(dǎo)性的分析，在實(shí)際加工過程中，情況復(fù)雜，需結(jié)合具體情況進(jìn)行綜合分析。

3 生產(chǎn)中常見的網(wǎng)紋參數(shù)超差問題

從生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)來看，珩磨后網(wǎng)紋參數(shù)達(dá)不到要求的原因較多，如砂條、珩磨過濾系統(tǒng)、在線測(cè)量的反饋系統(tǒng)等問題，以及珩磨余量、珩磨時(shí)間、漲刀壓力等加工參數(shù)等設(shè)置不合理，都會(huì)導(dǎo)致珩磨后網(wǎng)紋參數(shù)達(dá)不到要求，下面列舉一些常見的問題進(jìn)行說明。

3.1 砂條

（1）珩磨砂條太軟，平臺(tái)珩時(shí)磨粒易脫落，拋光作用差。砂條太硬，已磨耗的磨粒不易脫落，自銳性不良，砂條表面易堵塞，切削性能低甚至消失，工件表面品質(zhì)差。圖3為過硬的平臺(tái)珩砂條珩磨后的缸孔表面網(wǎng)紋測(cè)量結(jié)果。從網(wǎng)紋圖形可看出，平臺(tái)珩沒有發(fā)揮其有效的切削性能，導(dǎo)致Rz、Rνk等超上差。

圖3 砂條自銳性差導(dǎo)致網(wǎng)紋參數(shù)不合格測(cè)量數(shù)據(jù)

（數(shù)據(jù)中Act表示粗糙度的實(shí)際測(cè)量值，LT表示該粗糙度的下公差，UT表示該粗糙度的下公差,<>標(biāo)識(shí)超差量。文章中的其他網(wǎng)紋測(cè)量數(shù)據(jù)，可參考圖3的文字說明）

圖4為平臺(tái)砂條存在較大未脫落的砂粒，致珩磨后缸孔表面有深刮痕。

圖4 缸孔表面有深刮痕照片；顯微鏡觀察下的平臺(tái)珩砂條存在較大砂粒未脫落照片

（2）砂條結(jié)合劑選擇不合理。目前常用的粘合劑，有樹脂結(jié)合劑和青銅結(jié)合劑。前者主要用于低粗糙度珩磨，因易受堿的侵蝕，珩磨時(shí)應(yīng)避免用含堿的冷卻液。后者強(qiáng)度高，耐磨性好，自銳性較差，用于脆、硬材料或韌性材料的粗珩。

（3）砂條粒度不夠細(xì)，或粒度牌號(hào)不準(zhǔn)。珩磨砂條有金剛石砂條或碳化硅砂條，選用時(shí)主要根據(jù)加工材料以及粗糙度要求，選擇合適的砂條粒度。比如半精珩/平臺(tái)砂條粒度為D76/D30的情況下，珩磨后缸孔表面粗糙度滿足 Rz 1.2～4.0 μm，Rpk 0.5～0.15 μm，Rk 0.35～1.5μm，Rνk 0.3～1.5 μm的要求。

表1 砂條粒度與產(chǎn)品表面粗糙度對(duì)應(yīng)關(guān)系參照表

（4）砂條修整、規(guī)圓后的直線度、圓柱度不好。如圖5-1所示為平臺(tái)珩規(guī)圓后砂條的直線度為0.03 mm（要求控制在0.01 mm以內(nèi)），導(dǎo)致珩磨過程中砂條部分位置未參與切削，對(duì)峰頂去除效果不好，部分位置半精珩后的溝槽還很深，導(dǎo)致Rz超上差、支撐率Mr2超下差；圖5-2所示為正常珩磨網(wǎng)紋測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖5-1 砂條規(guī)圓后直線度不好導(dǎo)致網(wǎng)紋參數(shù)不合格

圖5-2 砂條規(guī)圓后直線度不好導(dǎo)致網(wǎng)紋參數(shù)不合格

3.2 精珩時(shí)，圓周速度太低，往復(fù)速度高

珩磨速度為旋轉(zhuǎn)速度和往復(fù)速度的合成，旋轉(zhuǎn)速度在18～25 m/min時(shí)最佳。缸孔的加工品質(zhì)和往復(fù)速度有著直接的關(guān)系，往復(fù)速度在25～35 m/min時(shí)，網(wǎng)紋角在45°～70°時(shí)，珩磨效率最高。具體可根據(jù)缸孔要求的網(wǎng)紋角和加工粗糙度，進(jìn)行合理選擇。

3.3 平臺(tái)珩時(shí)間或壓力設(shè)置不合理

圖6所示為平臺(tái)珩壓力是正常壓力70%的情況下，缸孔珩磨網(wǎng)紋測(cè)量數(shù)據(jù)，從網(wǎng)紋波形圖可看出，平臺(tái)珩未進(jìn)行有效切削，平臺(tái)斷面結(jié)構(gòu)不好。

圖6 平臺(tái)珩壓力偏小后缸孔的網(wǎng)紋參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)

3.4 珩磨余量的控制

留給珩磨的加工余量以及粗珩、半精珩、平臺(tái)珩之間的余量，都會(huì)對(duì)珩磨后的網(wǎng)紋參數(shù)產(chǎn)生影響。珩磨的加工余量取決于珩前的加工精度，一般情況下為0.04～0.1 mm。一般粗珩保留20～30 μm余量給半精珩。

3.5 珩磨液的影響

珩磨液臟，潤滑性差（黏度低），珩磨液流量小也會(huì)直接影響網(wǎng)紋參數(shù)。珩磨過濾系統(tǒng)一般分一級(jí)、二級(jí)過濾，生產(chǎn)中需要定期檢查珩磨液的pH值、濃度、雜質(zhì)含量等指標(biāo)，定期檢查更換過濾器元件。珩磨液過臟以及沖洗能力不好，易導(dǎo)致缸孔表面刮痕及鐵泥附著下砂條表面，致使砂條磨削性能變差（如圖7所示）。

圖7 珩磨頭表面附著鐵泥、珩磨頭漲芯粘有鐵泥

圖8 所示為珩磨液過臟導(dǎo)致缸孔局部位置網(wǎng)紋溝槽過深（Rνk超差）。

圖8 珩磨液臟導(dǎo)致珩磨網(wǎng)紋溝槽過深

4 結(jié)束語

本文介紹了缸孔珩磨表面評(píng)定曲線（Abbott-Firestone曲線）的作圖方法和理論基礎(chǔ)；并對(duì)加工中可能影響珩磨表面品質(zhì)的因素，進(jìn)行了總結(jié)和分析。筆者結(jié)合所在工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，列舉了砂條、珩磨余量、珩磨參數(shù)、珩磨液過濾系統(tǒng)等方面所導(dǎo)致的缸孔珩磨網(wǎng)紋參數(shù)超差的常見問題，并對(duì)問題發(fā)生的原因作了簡(jiǎn)要分析，同時(shí)給出了相應(yīng)的調(diào)整方法。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于珩磨設(shè)備及工藝要求并不盡相同，相關(guān)參數(shù)可能有所出入；但亦可以參考本文對(duì)于控制珩磨表面品質(zhì)的調(diào)整方法和建議，綜合考慮并加以應(yīng)用。

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