珩磨技术在高精度孔系加工中的应用①

徐华鸣，张凤鸣，张 静

（郑州市钻石精密制造有限公司，郑州 450016）

1 珩磨技术的引进

珩磨技术是随着汽车的诞生和发展应运而生的。发动机是汽车的心脏，发动机中的缸孔与活塞是最重要的摩擦副，其性能优劣和工作的状态直接影响汽车产品的质量、品位、使用寿命和人类的生存环境，所以自汽车发明以来，人们一直在探讨缸孔工作表面精密制造技术。

珩磨是用镶嵌在珩磨头上的油石对工件表面施加一定压力，珩磨工具或工件同时做相对旋转和轴向直线往复运动，切除工件上极小余量的精加工方法。珩磨方法从汽车发动机（柴油机、汽油机）的应用，到摩托车、拖拉机缸体的应用，再到飞机零部件、导弹、坦克、枪炮、船舶、工业缝纫机、空调压缩机、液压气动、制动器、油泵油嘴、轴承、工程机械、管乐器、光纤电缆的连接口等等，应用范围非常广泛。

2 珩磨的工作原理

珩磨条装在珩磨头上，由珩磨机主轴带动珩磨头做旋转和往复运动，并通过其中的胀缩机构使珩磨条伸出，向孔壁施压以做径向胀开运动，实施珩磨加工。

珩磨加工时，珩磨头圆周上的珩磨条与孔壁的重叠接触点相互干涉，一方面珩磨条将孔壁上的干涉点磨去，另一方面孔壁也相应地使珩磨条上面的磨粒尖角或整个磨粒破碎或脱落，珩磨条与孔壁在珩磨过程中相互修整。再就是由于珩磨头在珩磨过程中，既有旋转又有往复运动，使工件孔的加工表面形成交叉的螺旋线切削轨迹。由于每一次往复行程时间内珩磨头的转数为非整数，两次行程间又错开一定位置，这样复杂的运动使珩磨条的每一磨粒在孔壁上运动的轨迹不重复。在整个珩磨过程中，孔壁与珩磨条上的每一点相互干涉的机会差不多均等。这样在孔壁和珩磨条间就会不断产生新的干涉点，又不断将这些干涉点磨去，使孔壁和珩磨条的接触面积不断增加，相互干涉的作用和切削作用不断减弱，孔与珩磨条面得圆度和圆柱度不断提高，孔壁的粗糙度降低，达到尺寸要求精度后，珩磨条缩回，珩磨头推出工件孔，完成孔的珩磨。

3 珩磨加工的应用

3.1 珩磨加工应用方式

在发动机加工中珩磨的加工分以下几种方式：

（1）缸体内孔表面形成

缸孔是气体压缩燃烧和膨涨的空间，并对活塞起导向作用，缸体内孔表面是发动机磨损最严重的表面之一，它决定了发动机的大修期和寿命。

珩磨是缸体内孔的最后精加工工序，珩磨后的表面具有交叉网纹，有利于润滑油的贮存和油膜的保持，并具有较高的支承率，能承受较大的载荷，耐磨损，使用寿命长。

（2）曲轴孔的珩磨加工

曲轴作为发动机最主要的运动部件，曲轴孔的加工质量对发动机的工作性能将有极大的影响，因此对发动机曲轴孔工艺的要求一般比较严格，包括直径、位置度、圆度、各档曲轴孔中心的直线度及表面粗糙度等。

珩磨加工有利于减小曲轴孔表面的残余应力，提高表面质量。珩磨时采用的切削液大都采用过滤过的煤油或煤油加锭子油，也可采用极压乳化液。方便冲刷切屑，避免堵塞珩磨条，同时降低切削区的温度和表面粗糙度。

（3）连杆内孔（大、小端）的珩磨加工

连杆是连接活塞和曲轴的中间部件，主要作用是将活塞的直线往复运动转变成曲轴的回转运动。连杆的加工精度将直接影响发动机的性能，其中连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。

珩磨加工后使得连杆大头孔公差等级达到IT6，表面粗糙度Ra不大于0.4μm；小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。满足了加工精度的需求。

（4）喷油嘴活塞珩磨加工

在喷油嘴及一些微细小孔的加工中，珩磨加工可以提高孔表面粗糙度差，使喷油嘴流量系数达到0.8以上；可以消除压力室与喷孔处的毛刺，扩大其相贯线处的圆角，减少高压油的压力损失；降低喷孔表面的粗糙度，增加油的流速，获得良好的雾化效果；可提高喷油嘴的流量系数，使动态喷雾角度和流量趋于一至，能降低油耗和排放指标。

3.2 珩磨加工精度

珩磨是用镶嵌在珩磨头上的油石（又称珩磨条）对精加工表面进行的精整加工。又称镗磨。主要加工直径5～500mm甚至更大的各种圆柱孔，孔深与孔径之比可达10或更大。在一定条件下，也可加工平面、外圆面、球面、齿面等。

为提高缸孔的机械性能，人们对缸孔加工后的表面粗糙度要求进行了量化细分，并严格进行检测，这大大提高了缸孔的使用寿命。即增加了：

Rpk—— 减缩的顶峰高度

Rk——心部粗糙深度

Rvk——减缩的沟槽深度

珩磨后，孔的尺寸精度为IT7～4级，表面粗糙度可达Ra0.32～0.04μm。珩磨余量的大小，取决于孔径和工件材料，一般铸铁件为0.02～0.15mm，钢件为0.01～0.05mm。珩磨头的转速一般为100～200r／min，往返运动的速度一般为15～20m／min。为冲去切屑和磨粒，改善表面粗糙度和降低切削区温度，操作时常需用大量切削液，如煤油或煤油内加少量锭子油，有时也用极压乳化液。

3.3 珩磨的加工特点

珩磨是磨削加工的特殊形式，它的实质是低速磨削，也是一种高效率的光整加工方法。珩磨头外周镶有1～18根长度约为孔长1／3～3／4的珩磨条，在珩磨孔时既旋转运动又往返运动，同时通过珩磨头中的弹簧或液压控制而均匀外涨，所以与孔表面的接触面积不断较大，加工效率较高。它具有以下加工特点：

（1）珩磨的表面质量好，珩磨后表面粗糙度可达Ra0.8～0.2

（2）交叉网纹有利于贮油润滑，实现平顶珩磨，去除网纹的顶尖，可获得较好的相对运动摩擦，获得较理想的表面质量。

（3）加工精度高，圆度、圆柱度可达0.5μm ；轴线直线度可达1μm。

4 珩磨技术的发展前景

随着许多高科技产品的日益发展，机械加工材料种类日益增多，加工难度增大，与之相应的加工技术被赋予越来越高的要求，尤其是在精加工系统领域的珩磨加工，不仅要求在大批量生产中能够尽可能地延长刀具的使用寿命，同时，除了几何精度的要求外，还要求工件加工表面的边缘层具有较高的耐用度。

珩磨工艺的发展受多种因素的影响，如：珩磨前的预加工、零件材料的特性、零件工艺性能要求、加工公差以及零件不断小型化的发展趋势等，这些要求推动了珩磨技术近几年来的快速发展。由于珩磨具有较好的适应能力，成为当前最具发展潜能的孔件加工手段之一，未来精加工孔系领域中，珩磨加工技术必将得到广泛应用。