發動機缸孔珩磨網紋評定及常見網紋問題解析

商成超，趙興龍

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 發動機制造部，廣西 柳州 545007）

缸孔經過鏜削后，為提高形狀精度和降低表面粗糙度，更好地提高發動機的性能，一般還需要經過粗珩、半精珩、平臺珩共3次珩磨。其中，?粗珩主要是形成正確的幾何形狀，如圓柱型孔和適合后續加工的表面粗糙度，半精珩過后形成均勻的交叉網紋，平臺珩削去精珩后的波峰，在孔壁形成平臺斷面。

缸孔珩磨后的表面品質，需要通過珩磨網紋參數來評定和控制。在眾多評定理論中，Abbott-Firestone曲線（輪廓支撐長度率曲線）應用最為廣泛。其用粗糙度輪廓深度的函數，表達輪廓支承度率的增長，結合缸孔表面平臺網紋自身的特點及缸孔工作狀況，確立了各項網紋參數指標。

這些指標可以對缸孔表面的網紋分布、磨合性能、潤滑性能等使用性能進行的量化分析，準確的評定珩磨后缸孔的表面品質。

1 Abbott-Firestone曲線的作圖方法及理論基礎

1.1 Abbott-Firestone曲線介紹

在平面直角坐標系中，橫軸表示支撐率（從0%～100%），縱軸表示截距，縱軸的零點對應輪廓高度的最大峰頂線，不同截距線對輪廓曲線進行分割，計算出這些截距的tp值，在坐標系上描出其位置，將這些點圓滑的連接起來，就得到了Abbott-Firestone曲線，如圖1所示。

圖1 半精珩和平臺珩后網紋波形圖

1.2 參數定義及對發動機性能的影響

輪廓支撐長度率為40%的切線，將曲線分成3個區域：波峰區，中心區，波谷區。通過一組基于輪廓支承長度率曲線的參數（如圖2所示），結合缸孔實際工作情況，評定珩磨后缸孔表面網紋品質。

圖2 輪廓支撐長度率曲線

（1）Rpk簡約峰高，即輪廓峰的平均高度。當發動機開始運行時，這一部分將很快被磨損掉，被磨損的時間，即發動機的磨合時間。

（2）Rk核心深度，即輪廓峰和輪廓谷之間的輪廓深度。是缸孔與活塞長期的工作表面，該參數的大小，直接影響發動機的運轉性能和使用壽命。

（3）Rνk簡約谷深，即輪廓谷的平均深度。可理解為深入工件表面的溝槽深度，發動機工作時，溝槽儲油，并形成油膜，提高了缸孔的耐磨性能，也能大幅度降低油耗。

（4）Mr1輪廓支承長度率，可理解為輪廓峰部分占整個輪廓的百分比。其值是缸孔進入長期工作表面的上限值。

（5）Mr2輪廓支承長度率，可理解為輪廓峰與核心輪廓部分占整個輪廓的百分比。其值是缸孔進入長期工作表面的下限值，其數值的大小，不但決定了磨損量，還決定了深溝槽的貯油、潤滑能力。

圖中參數的確定，需要使用一條回歸線，回歸線的40%以上的部分是tpc曲線上的點構成，回歸線在縱坐標方向上的差值平方最小，回歸線與縱軸兩交點之間的垂直距離，即為核心粗糙度深度Rk，兩交點對應的截線位置即為Mr1、Mr2對應的截線位置。

2 珩磨后表面網紋參數的調整方法

2.1 Rpk超差

Rpk超上差，可能是平臺珩的壓力小，或者平臺珩的時間短，可加大平臺珩壓力和增加平臺珩的時間來解決，但也有可能使得Mr1超差。如果Rpk超差的同時，Rz、Rνk、Rk都較大時，可適當地減少半精珩的時間來減小Rpk值。Rpk超下差，可能是平臺珩壓力過大，或者平臺珩時間過長，也可能是半精珩壓力過高、半精珩的砂條硬度過高。

2.2 Rk超差

Rk超上差，即Mr1和Mr2的截距差過大了，其主要原因是平臺珩的壓力小，或者平臺珩的時間短，也可能是半精珩的壓力過高，溝槽數量過多，間接地說，就是砂條濃度高或砂條基體軟。Rk超下差，即Mr1和Mr2的截距差過小了，其主要原因是平臺珩的壓力大，或者平臺珩的時間長，也可能是半精珩的壓力過低，溝槽數量過少，間接地說是砂條濃度低或砂條基體硬。

2.3 Rνk超差

Rνk超上差，說明半精珩的壓力過高，砂條基體軟或者粒度大。Rνk超下差，說明半精珩的壓力過低，砂條基體硬或者粒度小。

2.4 Mr1超上差

主要原因是平臺珩的壓力過大，或者平臺珩的時間過長。

2.5 Mr2超差

Mr2超上差，因為Mr2是某一點的tp值，也就意味著在這個切割深度時，溝槽的總寬度較小。可通過增大半精珩壓力或者減小平臺珩壓力和時間來解決。Mr2超下差，意味著在這個切割深度時，溝槽的總寬度較大。可通過減小半精珩壓力或者減增加平臺珩壓力和時間來解決。

以上對于各個網紋參數的超差調整，做了簡要的、指導性的分析，在實際加工過程中，情況復雜，需結合具體情況進行綜合分析。

3 生產中常見的網紋參數超差問題

從生產的經驗來看，珩磨后網紋參數達不到要求的原因較多，如砂條、珩磨過濾系統、在線測量的反饋系統等問題，以及珩磨余量、珩磨時間、漲刀壓力等加工參數等設置不合理，都會導致珩磨后網紋參數達不到要求，下面列舉一些常見的問題進行說明。

3.1 砂條

（1）珩磨砂條太軟，平臺珩時磨粒易脫落，拋光作用差。砂條太硬，已磨耗的磨粒不易脫落，自銳性不良，砂條表面易堵塞，切削性能低甚至消失，工件表面品質差。圖3為過硬的平臺珩砂條珩磨后的缸孔表面網紋測量結果。從網紋圖形可看出，平臺珩沒有發揮其有效的切削性能，導致Rz、Rνk等超上差。

圖3 砂條自銳性差導致網紋參數不合格測量數據

（數據中Act表示粗糙度的實際測量值，LT表示該粗糙度的下公差，UT表示該粗糙度的下公差,<>標識超差量。文章中的其他網紋測量數據，可參考圖3的文字說明）

圖4為平臺砂條存在較大未脫落的砂粒，致珩磨后缸孔表面有深刮痕。

圖4 缸孔表面有深刮痕照片；顯微鏡觀察下的平臺珩砂條存在較大砂粒未脫落照片

（2）砂條結合劑選擇不合理。目前常用的粘合劑，有樹脂結合劑和青銅結合劑。前者主要用于低粗糙度珩磨，因易受堿的侵蝕，珩磨時應避免用含堿的冷卻液。后者強度高，耐磨性好，自銳性較差，用于脆、硬材料或韌性材料的粗珩。

（3）砂條粒度不夠細，或粒度牌號不準。珩磨砂條有金剛石砂條或碳化硅砂條，選用時主要根據加工材料以及粗糙度要求，選擇合適的砂條粒度。比如半精珩/平臺砂條粒度為D76/D30的情況下，珩磨后缸孔表面粗糙度滿足 Rz 1.2～4.0 μm，Rpk 0.5～0.15 μm，Rk 0.35～1.5μm，Rνk 0.3～1.5 μm的要求。

表1 砂條粒度與產品表面粗糙度對應關系參照表

（4）砂條修整、規圓后的直線度、圓柱度不好。如圖5-1所示為平臺珩規圓后砂條的直線度為0.03 mm（要求控制在0.01 mm以內），導致珩磨過程中砂條部分位置未參與切削，對峰頂去除效果不好，部分位置半精珩后的溝槽還很深，導致Rz超上差、支撐率Mr2超下差；圖5-2所示為正常珩磨網紋測量數據。

圖5-1 砂條規圓后直線度不好導致網紋參數不合格

圖5-2 砂條規圓后直線度不好導致網紋參數不合格

3.2 精珩時，圓周速度太低，往復速度高

珩磨速度為旋轉速度和往復速度的合成，旋轉速度在18～25 m/min時最佳。缸孔的加工品質和往復速度有著直接的關系，往復速度在25～35 m/min時，網紋角在45°～70°時，珩磨效率最高。具體可根據缸孔要求的網紋角和加工粗糙度，進行合理選擇。

3.3 平臺珩時間或壓力設置不合理

圖6所示為平臺珩壓力是正常壓力70%的情況下，缸孔珩磨網紋測量數據，從網紋波形圖可看出，平臺珩未進行有效切削，平臺斷面結構不好。

圖6 平臺珩壓力偏小后缸孔的網紋參數測量數據

3.4 珩磨余量的控制

留給珩磨的加工余量以及粗珩、半精珩、平臺珩之間的余量，都會對珩磨后的網紋參數產生影響。珩磨的加工余量取決于珩前的加工精度，一般情況下為0.04～0.1 mm。一般粗珩保留20～30 μm余量給半精珩。

3.5 珩磨液的影響

珩磨液臟，潤滑性差（黏度低），珩磨液流量小也會直接影響網紋參數。珩磨過濾系統一般分一級、二級過濾，生產中需要定期檢查珩磨液的pH值、濃度、雜質含量等指標，定期檢查更換過濾器元件。珩磨液過臟以及沖洗能力不好，易導致缸孔表面刮痕及鐵泥附著下砂條表面，致使砂條磨削性能變差（如圖7所示）。

圖7 珩磨頭表面附著鐵泥、珩磨頭漲芯粘有鐵泥

圖8 所示為珩磨液過臟導致缸孔局部位置網紋溝槽過深（Rνk超差）。

圖8 珩磨液臟導致珩磨網紋溝槽過深

4 結束語

本文介紹了缸孔珩磨表面評定曲線（Abbott-Firestone曲線）的作圖方法和理論基礎；并對加工中可能影響珩磨表面品質的因素，進行了總結和分析。筆者結合所在工廠的生產經驗，列舉了砂條、珩磨余量、珩磨參數、珩磨液過濾系統等方面所導致的缸孔珩磨網紋參數超差的常見問題，并對問題發生的原因作了簡要分析，同時給出了相應的調整方法。在實際生產中，由于珩磨設備及工藝要求并不盡相同，相關參數可能有所出入；但亦可以參考本文對于控制珩磨表面品質的調整方法和建議，綜合考慮并加以應用。

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