金刚石平台网纹珩磨工艺及加工参数分析

金刚石平台网纹珩磨工艺及加工参数分析

贾秀杰 梁明柱 李剑峰

山东大学

摘 要:介绍了内燃机气缸套的金刚石平台网纹珩磨工艺的特点及其对机油耗的影响。通过金刚石平台网纹珩磨工艺试验,对所采用的设备、珩磨参数、砂条的选择及珩磨中易出现的问题进行了探讨。

关键词:珩磨, 金刚石, 平台网纹, 气缸套, 内燃机

D iamond Flat Table Honing Technology and Its Parameter Analysis

Jia Xiujie Liang Mingzhu Li Jianfeng

Abstract:The characteristics of diamond flat table honing technology of the cylinder li ner and the i nfluence of the technology to oil consumption are summarized.Through the honing process experiment of diamond flat table,the new honing process eq uip men t,honing parameters,selection of device and problems occurrin g while honing are discussed.

Keywords:honing, diamond, flat table net grain, cylinder li ner internal, gas engine

1 引言

如何降低尾气排放、减少环境污染成为全世界共同关注的课题。影响有害物质排放的因素很多。直接或间接源于发动机中润滑油的污染物排放,也是一个不可忽视的因素。其中关键在于燃烧室本身。

如果进入燃烧室的润滑油过多,高温高压将使润滑油燃烧,从而引起排放超标[1]。因此,燃烧室存在的润滑油对发动机的废物排放起着非常重要的作用。减小润滑油对废物排放的影响的关键就是使缸套 活塞环这一对摩擦副之间在满足必要润滑的前提下,尽可能地减少润滑油的含量。这就对气缸套和活塞环的性能提出了很高的要求。由于气缸套的内表面远远大于活塞环的内表面,因此,气缸套内表面的加工质量就显得尤为重要。

传统的改善气缸套性能的方法已经接近了极限。因此,很有必要推广和试验新的方法。

2 工艺简述及课题提出

2.1 国内外发展情况

国外采用平台网纹珩磨工艺对柴油机性能的提高起到了重要的作用。而国内大部分企业还在沿用传统的珩磨工艺,但主要用来提高生产效率,平台网纹效果的提高并不明显。一般采用碳化硅油石,珩磨效率低、质量差。平台网纹珩磨工艺在我国还处在探索的阶段。

2.2 气缸套加工工艺简述

有改进材质、激光淬火、镀铬等主要工艺措施,目前,这些方法已经接近了极限。

新的缸套加工方法可分为五种,即:松孔镀铬(或裂纹铬)、自激振动加工、激光珩磨、冲击加工微坑、平台珩磨等方法。松孔镀铬:松孔镀铬层耐磨能力比硬铬层高5~7倍。但成本高,耐磨及节油效果并不显著;自激振动加工:利用加工中的自激振动作用,在缸套内孔表面产生沿螺旋方向均匀分布的微型凹坑,生产中很难实现稳态自激振动,加速了刀具磨损,降低了刀具寿命,工艺系统受到损坏;激光珩磨:珩磨与激光技术的复合,由粗珩、激光造型和精珩三道工序组成,其降低摩擦损失和燃油耗效果明显,但价格昂贵,操作复杂;平台珩磨:将珩磨过程分为粗珩、精珩两个阶段,具有很高的质量和生产效率,应用前景广阔。

2.3 平台网纹珩磨工艺

所谓平台网纹珩磨工艺,是指先用粗珩使加工表面形成可见的均匀、对称、连续的交叉网纹,同时,在微观轮廓曲线上形成一定数量和深度的沟槽。再精珩,去掉粗珩产生的波峰而保留其波谷,从而使轮廓曲线上形成一定宽度和数量的平台;为使平台更加平整,还可采用三道珩磨,即光珩[2]。

该工艺的特点是:可以改善摩擦内表面的油膜分布,使其更加均匀,具有良好润滑条件,运动平稳,降低摩擦副之间的磨损量;!能够改善发动机的气密性,降低油耗;∀大大缩短发动机的磨合期,提高寿命;#减少发动机的拉缸现象;∃减少发动机废气中污染物的含量,有利于达到欧%排放标准;&有利于改善加工工艺。

气缸套平台珩磨网纹规定的重要技术参数[3]:在活塞环行程内,气缸套的轮廓支承长度率(t p)应满足

收稿日期:2005年4月

图1的要求;在两个方向的珩磨网纹均匀;网纹清晰、无尖角、毛刺和金属折叠,无局部亮斑、

无夹杂物。

图1 t p 曲线分布范围

上述指标中,R a 和t p 曲线是两个很重要的指标。直接影响到发动机的机油耗和缸套寿命等性能指标。

2.4 课题的提出

鉴于上面的分析,平台网纹珩磨工艺的试验研究在我国非常迫切,具有广阔的应用前景。本文从内燃机气缸套的磨损机理分析入手,对气缸套最新的加工工艺进行了分析、说明,对金刚石平台网纹珩磨工艺的发展、对机油耗的影响进行了分析。

建立金刚石平台网纹珩磨工艺试验是十分必要的。通过实验,对所采用的设备、珩磨参数、砂条的选择及珩磨中易出现的问题进行了探讨,制定出珩磨的加工参数,为以后的加工提供依据。 3 平台网纹珩磨工艺试验

3.1 单进给珩磨机的改造

原有镶缸套孔的珩磨工艺是在两台单进给珩磨机上完成工件的粗精珩磨,珩磨质量差,不稳定。

平台网纹珩磨工艺对精珩时间有较高的时间要求,为保证精珩后工件有较高的尺寸精度,对粗珩后工件的尺寸公差有较高的要求,要达到这一目的,需在珩磨过程中采用气动测量装置。为保证珩磨后工件较高的圆度、圆柱度要求及稳定的网纹质量,需要在一台珩磨机上完成工件的粗、精珩磨。因此需对原有的珩磨机进行改造,改造成双进给珩磨机。

单进给珩磨机与双进给珩磨机的主要区别在于:二者所用珩磨头的结构不同。单进给珩磨头上

仅安装了一种珩磨条(粗或精)。而双进给珩磨头上则同时安装了粗和精两种珩磨条。双进给珩磨头的结构如图2

所示。

1 挡圈

2 圆环

3 销子

4 弹簧

5 油杯

6 内轴

7 钢丝

8 粗涨锥体

9 精珩油石座 10 精珩磨条11 精涨锥体 12 销轴 13 螺钉 14 粗珩油石座

15 粗涨锥体 16 粗珩磨条

图2 双进给珩磨头的结构示意图

在工作过程中,首先粗珩磨条16涨出来(精珩磨条10不动),粗磨到预定尺寸后,气动测量仪把信号反馈到控制系统,控制系统发信号给液压油缸,粗涨锥体8和15在收缩的同时,精涨锥体11向右运动,推动精珩油石座9涨出来,开始精珩。精珩到完工尺寸后,经过修光后,精珩油石缩回。动作结束。

3.2 试验方案的制定试验对象:D 系列(D495QB 、4D35YB)柴油机机体缸套孔珩磨工序。

试验方案:工艺试验方案主要围绕珩磨后粗糙度分别达到R a 0 2、R a 0 5、R a 0 8来进行。为此,需准备多种珩磨条和珩磨参数的组合分别进行试验。

试验方法:在单进给珩磨机及双进给珩磨机上分别进行试验,通过调整珩磨的各种工艺参数得到不同的试验数据。

3.3 试验数据及分析

经过试验,获得了大量的试验数据。

表1 不同的珩磨方案缸孔内表面t p 曲线的变化情况