许多汽车零件的内孔对精度要求非常高,如缸体、连杆、摇臂、凸轮轴和曲轴孔、燃油系统、转向系统、制动系统、增压器等,其中有些零件的内孔精度甚至达到了μm级。为了达到这一要求,内孔珩磨成为必不可少的加工工艺。
在汽车零件的珩磨过程中,主要的加工工艺有两种:
多冲程珩磨工艺和单冲程珩磨工艺。多冲程珩磨工艺指珩磨头在加工工件时进行多次冲程,主要有卧式和立式珩磨机供选择。珩磨机可以是单轴的,也可以是多轴的,主要取决于效率和零件的精度要求等。一般地,效率和精度要求越高,配置的主轴数目也越多。多冲程珩磨可以形成交叉网纹,典型的珩磨机有美国Sunnen(善能)公司生产的KGM、ML、CK等型号的机床以及德国Gehring公司、Nagel公司针对发动机缸体设计的珩磨机。
单冲程珩磨工艺指在加工时,珩磨工具一次加工到底,没有来回冲程。一般情况下,为了达到去除余量的要求,配置多根珩磨主轴(常见的有四轴、六轴)。通过工作台旋转,对每个零件进行多次加工(四轴加工4次,六轴加工6次),使零件的精度逐渐提高。单冲程珩磨工艺无法形成交叉网纹,但是效率高、尺寸一致性好、几何精度高。单冲程珩磨机床一般为立式机床。典型的珩磨机有Sunnen公司生产的VSS系列机床。
珩磨工艺的选取主要应考虑所要加工零件的状况,如材料、长径比、珩磨余量、切屑形状、毛刺形式、表面粗糙度及表面基理等。
1、材料
多冲程珩磨工艺应用十分范围,适用于各种材料;单冲程珩磨工艺对材料有一定限制,主要适用于:
A) 较软的材料:一般Ra表面粗糙度要求应低于0.6μm,如铝、青铜、黄铜、软钢、不锈钢、铬镍铁合金等材料;
B) 部分较硬的材料(如硬钢等),在单冲程珩磨时,粗珩余量最好≤0.025mm,精珩余量≤0.0076mm。
2、长径比
多冲程珩磨工艺对长径比基本没有限制,如零件过短,一般可以将几个零件摞起来加工;单冲程珩磨工艺则要求长径比最好为1:1或更小,但如果孔中间有间断,切屑易排出,则可允许较大的长径比,如阀体等零件。
3、珩磨余量
多冲程珩磨工艺一般可以去除较大的余量,如Sunnen公司一根标准工具在孔径25mm情况下,可以去除0.95mm的余量;单冲程珩磨工艺由于仅仅一次冲程,余量去除主要依靠多轴进行,Sunnen公司一根单冲程工具的余量加工能力见下表。
从表中可以看出,工具的目数越高,达到的表面粗糙度也就越高,但加工的余量越少。因此一般进行多轴配置时,单冲程工具选用从粗到细的方式,前面几道主要用于去除余量、纠正孔型,后面几道主要用于提高表面光洁度、进一步纠正孔型。
4、切屑形状
多冲程珩磨工艺对珩磨过程中产生的碎屑形状没有要求;单冲程珩磨工艺对珩磨过程中则要求产生的碎屑最好较小,且易脱落,在加工过程中形成的切屑较小的材料主要有:铸铁、粉末冶金、陶瓷、玻璃、石墨等。
5、毛刺形式
一般地,多冲程珩磨工具使用陶瓷粘接剂的油石形成的毛刺最少,使用金属粘接剂的油石形成的毛刺较大;对于单冲程珩磨工具,如金刚石磨粒套工具,在磨损之后产生的毛刺最大。
图1为使用陶瓷粘结剂——氧化铝油石所形成的表面,基本参数为:280粒度、Ra0.6、软钢材料。
图2为使用金属粘结剂——立方氮化硼油石所形成的表面,基本参数为:220粒度、Ra1.2、软钢材料。
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图3为新的单冲程工具所形成的表面,基本参数为:D3 (100粒度)工具、金刚石磨粒、Ra1.6、软钢材料。
图4为磨损的单冲程工具所形成的表面,基本参数为:D3 (100粒度)工具、金刚石磨粒、Ra0.12、软钢材料。
6、表面粗糙度及表面基理
多冲程珩磨工艺可以形成交叉网纹表面,便于储油,且表面粗糙度一致性高,油石磨损不改变表面粗糙度;而单程程珩磨工艺不能形成交叉网纹表面,加工后达到螺旋表面纹理,随着单层金刚石的磨损,表面粗糙度越来越好。对于不同零件的加工,应选择不同的珩磨工艺,举例如下:
1)柱塞套(见图5)
零件材料:硬钢
加工工艺:多冲程珩磨工艺决定要素:
● 长径比L/D = 3.4;
● 交叉网纹必要;
● 毛刺、划痕要求小;
● 材料硬度高。
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2)齿轮(见图6)零件材料:粉末冶金加工工艺:单冲程珩磨工艺决定要素:
● L/D = 0.3;
● 切屑小,易排出。
3)摇臂(见图7)材料:硬质粉末冶金加工工艺:单冲程珩磨工艺决定要素:
● L/D = 2.3
● 内部有槽,提高排屑能力
4)齿轮(见图8)材料:硬钢加工工艺:多冲程珩磨工艺决定要素:
● L/D = 1.1;
● 交叉网纹有必要。
5)阀(见图9)材料:硬钢加工工艺:多冲程珩磨工艺决定要素:
● L/D = 5.1;
● 形成的切削长,不易排屑;
● 材料硬;
● 最好交叉网纹,易达到储油功能。
总之,应根据材料、珩磨余量、长径比、表面纹理等要求的不同,慎重选择不同的珩磨工艺。汽车零件生产厂家应该选择技术力量强、珩磨经验丰富、产品线齐全的珩磨系统供应商。他们通常可以综合权衡,为用户提供客观的、最适合的工艺方案。
企业简介
美国Sunnen(善能)公司是世界上著名的珩磨系统生产厂家,有超过80年的历史,生产各种规格的单冲程珩磨机和多冲程卧式/立式珩磨机,同时提供珩磨工具、夹具、切削液、内径量表等,可以提供整套的珩磨工艺解决方案。善能公司不仅拥有世界上最先进的精密孔加工设备和技术,而且还积累了丰富的实战经验。
善能公司先进的精密孔加工设备和技术在汽车及零部件加工业的应用十分广泛,比较典型的应用有发动机缸体、缸套、连杆、齿轮、油泵油嘴、刹车泵、刹车鼓、摇臂、油缸、转向器、增压器等。善能公司在汽车发动机再制造方面也一直处于业界的领先地位,在美国,基本上每个发动机维修点都有善能的设备。