珩磨技術在高精度孔系加工中的應用①

徐華鳴，張鳳鳴，張 靜

（鄭州市鉆石精密制造有限公司，鄭州 450016）

1 珩磨技術的引進

珩磨技術是隨著汽車的誕生和發展應運而生的。發動機是汽車的心臟，發動機中的缸孔與活塞是最重要的摩擦副，其性能優劣和工作的狀態直接影響汽車產品的質量、品位、使用壽命和人類的生存環境，所以自汽車發明以來，人們一直在探討缸孔工作表面精密制造技術。

珩磨是用鑲嵌在珩磨頭上的油石對工件表面施加一定壓力，珩磨工具或工件同時做相對旋轉和軸向直線往復運動，切除工件上極小余量的精加工方法。珩磨方法從汽車發動機（柴油機、汽油機）的應用，到摩托車、拖拉機缸體的應用，再到飛機零部件、導彈、坦克、槍炮、船舶、工業縫紉機、空調壓縮機、液壓氣動、制動器、油泵油嘴、軸承、工程機械、管樂器、光纖電纜的連接口等等，應用范圍非常廣泛。

2 珩磨的工作原理

珩磨條裝在珩磨頭上，由珩磨機主軸帶動珩磨頭做旋轉和往復運動，并通過其中的脹縮機構使珩磨條伸出，向孔壁施壓以做徑向脹開運動，實施珩磨加工。

珩磨加工時，珩磨頭圓周上的珩磨條與孔壁的重疊接觸點相互干涉，一方面珩磨條將孔壁上的干涉點磨去，另一方面孔壁也相應地使珩磨條上面的磨粒尖角或整個磨粒破碎或脫落，珩磨條與孔壁在珩磨過程中相互修整。再就是由于珩磨頭在珩磨過程中，既有旋轉又有往復運動，使工件孔的加工表面形成交叉的螺旋線切削軌跡。由于每一次往復行程時間內珩磨頭的轉數為非整數，兩次行程間又錯開一定位置，這樣復雜的運動使珩磨條的每一磨粒在孔壁上運動的軌跡不重復。在整個珩磨過程中，孔壁與珩磨條上的每一點相互干涉的機會差不多均等。這樣在孔壁和珩磨條間就會不斷產生新的干涉點，又不斷將這些干涉點磨去，使孔壁和珩磨條的接觸面積不斷增加，相互干涉的作用和切削作用不斷減弱，孔與珩磨條面得圓度和圓柱度不斷提高，孔壁的粗糙度降低，達到尺寸要求精度后，珩磨條縮回，珩磨頭推出工件孔，完成孔的珩磨。

3 珩磨加工的應用

3.1 珩磨加工應用方式

在發動機加工中珩磨的加工分以下幾種方式：

（1）缸體內孔表面形成

缸孔是氣體壓縮燃燒和膨漲的空間，并對活塞起導向作用，缸體內孔表面是發動機磨損最嚴重的表面之一，它決定了發動機的大修期和壽命。

珩磨是缸體內孔的最后精加工工序，珩磨后的表面具有交叉網紋，有利于潤滑油的貯存和油膜的保持，并具有較高的支承率，能承受較大的載荷，耐磨損，使用壽命長。

（2）曲軸孔的珩磨加工

曲軸作為發動機最主要的運動部件，曲軸孔的加工質量對發動機的工作性能將有極大的影響，因此對發動機曲軸孔工藝的要求一般比較嚴格，包括直徑、位置度、圓度、各檔曲軸孔中心的直線度及表面粗糙度等。

珩磨加工有利于減小曲軸孔表面的殘余應力，提高表面質量。珩磨時采用的切削液大都采用過濾過的煤油或煤油加錠子油，也可采用極壓乳化液。方便沖刷切屑，避免堵塞珩磨條，同時降低切削區的溫度和表面粗糙度。

（3）連桿內孔（大、小端）的珩磨加工

連桿是連接活塞和曲軸的中間部件，主要作用是將活塞的直線往復運動轉變成曲軸的回轉運動。連桿的加工精度將直接影響發動機的性能，其中連桿大、小頭孔的加工是連桿機械加工的重要工序，它的加工精度對連桿質量有較大的影響。

珩磨加工后使得連桿大頭孔公差等級達到IT6，表面粗糙度Ra不大于0.4μm；小頭孔公差等級為IT8，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。滿足了加工精度的需求。

（4）噴油嘴活塞珩磨加工

在噴油嘴及一些微細小孔的加工中，珩磨加工可以提高孔表面粗糙度差，使噴油嘴流量系數達到0.8以上；可以消除壓力室與噴孔處的毛刺，擴大其相貫線處的圓角，減少高壓油的壓力損失；降低噴孔表面的粗糙度，增加油的流速，獲得良好的霧化效果；可提高噴油嘴的流量系數，使動態噴霧角度和流量趨于一至，能降低油耗和排放指標。

3.2 珩磨加工精度

珩磨是用鑲嵌在珩磨頭上的油石（又稱珩磨條）對精加工表面進行的精整加工。又稱鏜磨。主要加工直徑5～500mm甚至更大的各種圓柱孔，孔深與孔徑之比可達10或更大。在一定條件下，也可加工平面、外圓面、球面、齒面等。

為提高缸孔的機械性能，人們對缸孔加工后的表面粗糙度要求進行了量化細分，并嚴格進行檢測，這大大提高了缸孔的使用壽命。即增加了：

Rpk—— 減縮的頂峰高度

Rk——心部粗糙深度

Rvk——減縮的溝槽深度

珩磨后，孔的尺寸精度為IT7～4級，表面粗糙度可達Ra0.32～0.04μm。珩磨余量的大小，取決于孔徑和工件材料，一般鑄鐵件為0.02～0.15mm，鋼件為0.01～0.05mm。珩磨頭的轉速一般為100～200r／min，往返運動的速度一般為15～20m／min。為沖去切屑和磨粒，改善表面粗糙度和降低切削區溫度，操作時常需用大量切削液，如煤油或煤油內加少量錠子油，有時也用極壓乳化液。

3.3 珩磨的加工特點

珩磨是磨削加工的特殊形式，它的實質是低速磨削，也是一種高效率的光整加工方法。珩磨頭外周鑲有1～18根長度約為孔長1／3～3／4的珩磨條，在珩磨孔時既旋轉運動又往返運動，同時通過珩磨頭中的彈簧或液壓控制而均勻外漲，所以與孔表面的接觸面積不斷較大，加工效率較高。它具有以下加工特點：

（1）珩磨的表面質量好，珩磨后表面粗糙度可達Ra0.8～0.2

（2）交叉網紋有利于貯油潤滑，實現平頂珩磨，去除網紋的頂尖，可獲得較好的相對運動摩擦，獲得較理想的表面質量。

（3）加工精度高，圓度、圓柱度可達0.5μm ；軸線直線度可達1μm。

4 珩磨技術的發展前景

隨著許多高科技產品的日益發展，機械加工材料種類日益增多，加工難度增大，與之相應的加工技術被賦予越來越高的要求，尤其是在精加工系統領域的珩磨加工，不僅要求在大批量生產中能夠盡可能地延長刀具的使用壽命，同時，除了幾何精度的要求外，還要求工件加工表面的邊緣層具有較高的耐用度。

珩磨工藝的發展受多種因素的影響，如：珩磨前的預加工、零件材料的特性、零件工藝性能要求、加工公差以及零件不斷小型化的發展趨勢等，這些要求推動了珩磨技術近幾年來的快速發展。由于珩磨具有較好的適應能力，成為當前最具發展潛能的孔件加工手段之一，未來精加工孔系領域中，珩磨加工技術必將得到廣泛應用。