发动机缸体缸孔珩磨圆度影响因素范文

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《汽车工艺与材料》2018年第5期

摘要：通过统计分析缸体缸孔圆度超差位置分布，结合缸孔珩磨加工工艺特点，找出缸孔圆度超差的产生原因。从缸体缸孔壁厚、珩磨机加工节拍、珩磨砂条切削性能以及珩磨加工余量分布等方面分析缸体缸孔珩磨圆度的影响因素，找到缸体缸孔圆度的控制和改善方向。

关键词：发动机；缸体；珩磨；圆度；缸孔壁厚

1前言

随着汽车数量的不断增加，所引起的环境问题也越来越被大家所重视，因此各国家和地区针对汽车发动机排放、油耗的法规要求也变得越来越严格。而发动机缸体缸孔圆度作为影响发动机排放和油耗的重要特征，保证其加工质量的稳定至关重要[1]。铸铁缸体缸孔加工的最后一道工序为缸孔珩磨，珩磨后缸孔圆度要求为≤5μm，在生产实际过程中偶尔会有圆度超差情况发生。本文通过对缸体不同缸孔以及缸孔上不同截面的圆度状态进行统计分析，研究缸体缸孔珩磨过程中缸孔圆度的各项影响因素，寻找出缸孔圆度控制及改善的方向，解决缸孔圆度超差问题，提升发动机产品质量。

2缸孔加工工艺介绍及现状调查

2.1缸孔加工工艺介绍

发动机缸孔加工工艺流程为粗镗缸孔—精镗缸孔—粗珩缸孔—半精珩缸孔—精珩缸孔。其中，粗镗及精镗加工使用CNC加工中心完成，粗镗控制缸孔直径和位置度，精镗后控制缸孔直径、位置度、粗糙度、圆度及圆柱度，其中，精镗缸孔圆度要求为≤15μm。缸孔珩磨加工使用珩磨机分粗珩、半精珩和精珩3个工序完成[2]，珩磨加工示意图见图1。珩磨工位的控制要求为粗珩和半精珩控制缸孔直径，精珩完成后控制缸孔直径、位置度、粗糙度、圆度及圆柱度。

2.2缸孔圆度现状调查

通过收集25件超差缸体的圆度测量数据，整理分析发现圆度超差集中在缸体的第2缸和第3缸，各占50%；五个测量截面中超差主要集中在中间的第60mm截面，占85.4%，少量出现在第90mm截面，占14.6%。观察缸孔圆度超差缸体测量出来的缸体圆度图形可见第2、3缸缸孔形貌呈现出椭圆形，0-180°方向宽，90-270°方向窄，而第1、4缸椭圆程度较轻，圆度较第2、3缸好。从不同截面观察可以发现，无论是圆度超差的缸孔还是合格的缸孔，缸孔圆度在中间60mm截面处最大，两端截面较好。缸孔圆度图形见图2，不同截面圆度差异见图3。

2.3缸孔圆度超差原因

通过对缸体圆度超差缸孔和截面进行统计，对超差缸体缸孔圆度图形以及缸孔形貌进行分析，认为缸体在珩磨过程中不同位置的缸孔和缸孔上不同截面受力变形状态存在差异，中间两个缸孔的中间截面变形最大，在珩磨后材料回弹（俗称“让刀”）最多，表现出来的结果是中间两个缸孔的中间截面圆度较差，易出现超差[3~4]。珩磨后缸孔形貌见图4。

3影响缸孔珩磨圆度因素

3.1缸孔壁厚对缸孔珩磨圆度的影响

为研究缸体缸孔壁厚对于珩磨时缸孔圆度的影响，对同时加工的两种缸体进行对比研究。两种缸体缸孔加工工艺参数相同，珩磨过程各工序加工去除量一致，使用相同珩磨砂条，缸孔圆度要求一致，在此用A缸体代表研究缸体，B缸体代表对比缸体。在日常测量中发现B缸体的缸孔圆度比A缸体好，且未出现超差情况。

3.2珩磨砂条切削性能对缸孔珩磨圆度的影响

珩磨加工刀具为珩磨砂条，为研究不同磨削性能的砂条对缸孔珩磨圆度的影响，选择了3种半精珩砂条（因半精珩过程缸孔磨削去除量最大，磨削过程对圆度影响最大）各加工5件，对比珩磨后缸孔圆度结果。

3.3珩磨节拍对缸孔珩磨圆度的影响

通过前面的分析知道造成缸孔圆度差的原因是半精珩过程中缸孔受力出现变形，珩磨后材料回弹，那么不同的磨削节拍下材料变形回弹程度存在差异，理论上会对缸孔圆度产生不一样的影响，为研究半精珩节拍与缸孔圆度的关系，对比珩磨机不同半精珩节拍下各缸孔和截面圆度最大的结果。

3.4珩磨余量分布对缸孔珩磨圆度的影响

工厂缸孔珩磨分为粗珩-半精珩-精珩3个工序，工艺要求为粗珩去除量为0.035mm，半精珩磨削去除量为0.03mm，精珩磨削去除量为0.005mm。按表7中的方案逐步减小半精珩磨削去除量，增加粗珩磨削去除量进行加工验证，研究珩磨各工序磨削去除量分布对缸孔圆度的影响。

4结论

缸体缸孔在珩磨加工过程中会受力变形，加工后材料回弹，这样的加工特性造成缸孔珩磨时缸孔圆度受以下因素影响。a.合适的缸孔壁厚能减轻缸孔磨削时的受力变形，若缸孔壁厚偏薄，缸孔在珩磨磨削过程中受力产生变形较大，珩磨后材料回弹程度大，缸孔圆度较难保证。b.使用切削性能好的半精珩砂条能有效改善缸孔圆度。c.半精珩磨节拍对于圆度控制至关重要，在相同去除量下半精珩磨节拍越长，缸孔圆度越理想，但由于现在的生产线对于生产效率要求越来越高，因此可以考虑使用双轴珩磨设备在保证节拍要求的情况下提高生产效率。d.通过设置珩磨过程中不同工序的加工去除量也可以改善缸孔珩磨圆度，但对于整个工位节拍会产生影响，需要综合考虑。

参考文献：

[1]孔静波.发动机缸孔早期磨损的原因及解决措施[J].汽车工艺与材料,2011，(12)：26-28.

[2]孟庆鹏,崔晶晶.缸孔加工工艺探析[J].装备制造技术,2016，(1)：100-101.

[3]宋凤敏,赵玉祥等.发动机缸孔加工精度控制方法研究[J].机床与液压,2014，42(8)：39-41.

[4]高罗辉.汽车发动机缸孔珩磨误差分析与精度控制[D].上海：上海交通大学，2013.

[5]徐玉良,李吉亮,祖炳锋等.基于多场耦合的缸孔变形评价方法研究[J].汽车工程,2013，(12)：1123-1128.

作者：唐涛 单位：上汽通用五菱汽车股份有限公司