冰箱往復式壓縮機氣缸座錐形缸孔珩磨工藝技術探討

竇作為 黃海珍 劉同燎 王道富 吳高銀 劉浩

（黃石東貝電器股份有限公司 湖北黃石 435000）

冰箱往復式壓縮機氣缸座錐形缸孔珩磨工藝技術探討

竇作為 黃海珍 劉同燎 王道富 吳高銀 劉浩

（黃石東貝電器股份有限公司 湖北黃石 435000）

本文主要介紹了冰箱往復式壓縮機氣缸座錐形缸孔兩種珩磨形式工藝技術特點：珩磨頭連續往復沖程式粗、精珩磨錐形缸孔、多根珩磨頭順序鉸珩錐形缸孔。經過對比分析及工藝試驗，鉸珩錐形缸孔質量比較穩定，并已實施，效果良好，錐形缸孔質量完全滿足了壓縮機要求，壓縮機性能COP值提升了0.02～0.03。

冰箱往復式壓縮機；往復沖程；珩磨；鉸珩；氣缸座錐形缸孔

1 引言

冰箱壓縮機是冰箱制冷系統的心臟，而冰箱壓縮機氣缸座又是冰箱壓縮機的核心零件。冰箱壓縮機氣缸座的制造成本、加工節拍和加工質量直接決定冰箱壓縮機生產效率。氣缸座、活塞、閥體組件、氣缸蓋組件等組成氣室，是壓縮機往復運動中重要組成部件。其主要工作系統是缸孔與活塞往復運動的摩擦副。為了減少往復式壓縮機活塞與氣缸座缸孔的磨擦損耗，提高壓縮機效率，我公司成功研制了錐形缸孔這項專利。此氣缸座可消除或減小因零件形位誤差（活塞銷孔垂直度、連桿平行度、氣缸座兩孔垂直度誤差）導致異常的功率損耗，可使壓縮機COP值提高0.02～0.03。

2 往復式壓縮機氣缸座錐形缸孔珩磨工藝要求

目前在壓縮機行業的制造工藝中，缸孔的精加工大都采用珩磨加工，這是因為缸孔表面質量有嚴格并特殊的要求，缸孔除了尺寸、幾何精度比如圓度、柱度、錐度、表面粗糙度等一般要求外，還對表面質量有特殊的要求，為了能使缸孔工作時能得到很好的潤滑，表面要能夠儲存少量的潤滑油以便建立良好的油膜，因而缸孔表面要求有按一定方向有規律排列的網紋。壓縮機錐形缸孔的表面質量詳細要求見珩磨工序工藝附圖A（圖1）。

從圖1上我們知道，錐形缸孔第一段，缸孔的圓柱度要求為0.0015mm，圓度0.0015mm，第二段缸孔圓度0.0015mm錐度要求較大，缸尾大。依據工藝要求，在孔的軸向四個截面用電子柱量儀進行測量，在圓周方向測量每個截面的圓度大小，并且在四個截面當中，第一、二截面間的圓柱度大小0.0015mm；第三截面、第四截面的錐度0.014/24.8，缸孔粗糙度Ra0.3。要達到以上的表面質量要求，選擇合適的珩磨砂條是很重要的，但光靠砂條還不能完全滿足表面質量要求，還要有合適的珩磨沖程、沖程速度、珩磨主軸的回轉速度以及砂條的進給速度等工藝參數，這些要素、參數對于珩磨質量的保證起著至關重要的作用。

3 往復沖程式珩磨機的主要加工特點

A.往復沖程式珩磨機珩磨頭的加工難度較大，有一定的制造誤差，裝配后珩磨頭的珩磨油石一般在外圓磨床進行修磨，珩磨頭修磨后的珩磨油石不可能形成一個歸整間斷的圓柱面，保證珩磨油石與被加工面都接觸良好，從而導致珩磨孔的圓度較大。同時還因為沖程往復式珩磨機珩磨頭的4～8根砂條，被錐形閥芯上下移動帶動浮動珩磨條徑向膨脹完成缸孔珩磨的，而氣缸座缸孔尾部有連桿退刀讓位槽，導致珩磨時珩磨頭各珩磨砂條受力不均勻，缸孔圓度呈多棱形。

B.往復沖程式珩磨機珩磨工藝：珩磨條隨主軸作連續的旋轉運動及往復運動同時，珩磨砂條向被加工孔的內壁作一定的徑向進給壓力和進給運動表面接觸加工的珩磨方式。在加工過程中需要對加工尺寸進行在線測量（氣動量儀）或用時間繼電器進行控制，然后進行微調或補償，然后加工到設定尺寸為止。由于機床氣壓不穩定或毛坯前序質量有一定的波動等，導致珩磨孔的圓度及組別不穩。而且珩磨頭主軸轉速及沖程速度較快，珩磨頭的制造誤差更易輻射至缸孔表面，導致缸孔圓度及圓柱度不穩。

C.珩磨機夾具沒有浮動性，珩磨接桿也是剛性連接。由于珩磨頭、夾具及機床有一定的制造誤差，珩磨頭與珩磨孔不嚴格同軸，珩磨頭的加工位置與氣缸座缸孔的位置度有一定的誤差，不能修正缸孔原來的位置誤差，對珩磨缸孔的圓度及圓柱度，有一定的影響。

D.珩磨工藝參數的選擇：根據缸體材料及缸孔的長度選擇合適的砂條粒度和超程量。珩磨缸孔時，缸體缸孔端面朝上，缸孔第一段無錐度，基本平錐，要求缸孔上端珩磨頭超程較小近1/4，缸孔第二段錐孔錐度較大，0.014mm/24.8mm，要求超程量較大，由于超程量較大，導致砂條在缸孔尾部接觸面積大為減少，珩磨壓強突然增大，磨去金屬較多，達到錐形缸孔的錐度要求。由于珩磨砂條的超程較大，導致缸尾下端的圓度及表面粗糙度不穩定。為了加工出直徑一致、圓柱度好的缸孔，必需調整好珩磨工作行程及相應的越程量。如圖2工藝附圖B所示，若珩磨油石長度為ls，孔長為Lk，行程長為Lx，上端越程量為l1，下端越程量為l2,則珩磨工作行程長度按下列公式計算：Lx=Lk+l1+l2-ls。當一端越程量大時，工件孔易產生喇叭口形；一端越程量大，一端越程量小時，則工件孔產生錐度。往復沖程式錐孔珩磨，依靠珩磨頭的超程量，試珩，保證缸孔的錐度。由于錐形缸孔的錐度0.019/24.8較大，要求珩磨頭的超程量較大。珩磨頭的超程大，珩磨頭與缸孔的間隙不均勻度增大,珩磨過程中的缸孔在線測量值不穩定，導致缸孔的圓度、圓柱度、錐度及其組別不易控制。

圖1 工藝附圖A

圖2 工藝附圖B

E.經相關工藝試驗及試驗數據證明，珩磨孔徑的波動范圍較大，缸孔尺寸、錐度、圓度及圓柱度比較離散。往復沖程式珩磨機珩磨缸孔錐孔圓度一般只能保證在0.003mm之內，錐度截面測量誤差一般只能保證在±0.005mm之內，孔徑組別不穩，一般只能保證在0.006mm之內。而缸孔與活塞微配合間隙不到10μm，最終只能靠選配來保證裝配精度要求。同時相對于缸孔直孔，錐形缸孔的珩磨頭的行程加大，相對生產節拍加大，加工節拍約＞20秒/件。

珩磨缸孔圓度工序能力指數見圖3，缸孔圓度上限按1.5μm計算，珩磨工序能力指數為0。與壓縮機氣缸座錐形缸孔圓度要求1.5μm要求相差較遠。

圖3 珩磨缸孔圓度工序能力指數

圖4 工藝附圖C

4 順序鉸珩珩磨機錐形缸孔珩磨加工工藝介紹

采用金剛石珩磨頭又名金剛石鉸刀，對缸孔作為最后一道精加工工序，由于其高效可靠精確，受到廣大孔加工工序的應用。鉸珩工藝是將珩磨和鉸削工藝結合起來的一種新型工藝，用一組不同直徑的鉸刀將按尺寸從小到大的順序對孔進行順次加工，每一珩磨鉸刀只作一次往復進給運動，去除預先設定的加工余量，最終擴至加工尺寸要求和形狀精度、粗糙度要求。

如圖4，珩磨機采用西門子控制系統，實現往復速度和位置的靈活調整，采用數控旋轉工作臺，定位準確、轉速快，實現主軸箱的平衡精確往復，珩磨刀具、刀具接桿、夾具都采用全浮動結構，能實現很高的珩磨精度。珩磨機采用模塊化設計，工作臺的快速轉位，和主軸的快速沖程保證了機床的較高工作效率。伺服馬達以及滾珠絲桿進給系統給垂直高度的設置精度十分方便快捷。計算機程序控制的驅動器使機床設置簡單易行。金剛石涂層超硬耐磨珩磨鉸刀壽命長，加工孔精度分散度小，加工效率高，成本低，只需一次自動循環就可完成孔的加工。

松遼流域地表水資源相對豐富，但缺乏調蓄工程，蓄水工程供水能力不足，引提水工程供水保證率偏低。近年流域地下水開發利用發展迅速，地下水供水能力有較大提高，但大規模、高強度的持續性開發，致使地下水開發利用率較高，地下水水位普遍下降，流域內大慶、遼陽、通遼、四平等大中型城市已出現大面積的地下水漏斗，超采現象日趨嚴峻，迫切需要加大對流域地下水資源的合理開發和保護力度，遏制地下水超采，防止出現生態環境問題。

4.1 鉸珩加工孔的優點

按照工序附圖要求設計一定錐度的珩磨頭，按照珩磨頭從小到大的順序、事先設定好的尺寸珩至最終尺寸（調整時用電子柱量儀測量四個截面尺寸及圓度大小），經試珩及批量生產，珩磨時孔徑波動范圍可保證0.002mm之內，珩磨孔的粗糙度在Ra0.3之內，珩磨孔的錐度符合工藝要求，且珩磨頭只有一次往復進給，無需徑向進給，珩磨頭有極長的使用壽命，保證了完全自動化加工的可靠性，真正實現零件的完全互換。特別適用于大批量生產，單件生產節拍短(7～10秒/件)，生產效率高，成本低。

4.2 鉸珩珩磨機

機械模塊采用鑄造模塊焊接模式，不需要特殊安裝基礎，操作采用控制面板(GOP)實現人對機床各控制系統及各工藝參數的程序控制，進給系統采用電氣—機械式控制系統，實現后置測量補償，能夠保證最好的尺寸精度及幾何形狀，此控制系統能自動進給，珩磨頭磨損檢查及過載安全檢查。珩磨頭扭矩超過設定時，機床報警。

4.3 工件在夾具上是浮動的

珩磨頭與珩磨孔可不需嚴格同軸，珩磨頭不能修正缸孔原來的位置誤差，但能修正缸孔的形狀誤差，提高缸孔的形狀精度及表面光潔度。夾具采用軸向無間隙向下夾緊工件，保證珩磨頭向下運動時，保證工件在水平方向有限移動，在垂直方向無自由度，確保珩磨頭中心與珩磨孔同心，確保珩磨孔的精度要求。

4.4 數控順序鉸珩珩磨機

珩磨刀具（圖5）、刀具接桿與主軸結構采用浮動鉸接、夾具都采用全浮動結構，能實現很高的珩磨精度。金剛石涂層超硬耐磨珩磨鉸命長，加工孔精度分散度小，加工效率高，成本低，只需一次自動循環就可完成孔的加工。珩磨液為珩磨油，對珩磨頭及所珩孔進行充分冷卻，減小珩磨孔的變形。

圖5 工藝附圖D

A.珩磨頭金剛石粒度按缸孔表面粗糙度要求及加工余量進行選擇；缸孔粗珩時，一般會選用顆粒度較大金剛砂作為珩磨油石，主要是使缸孔內表面的尺寸初步快速達到預想的形狀及尺寸，為后續珩磨奠定基礎。精珩使用金剛砂粒度較細的珩磨油石，目的是將缸孔磨削至尺寸及形狀公差基本達到最終的精度要求，這時精珩過程才能夠在工件表面上加工出相對較深的劃痕，這些劃痕即是壓縮機工作過程中儲藏潤滑油的溝槽。珩磨加工工藝的原理與砂輪磨削加工原理極為相近，珩磨的切削加工過程是由裸露在油石外表面而且比較鋒利的磨削顆粒形成的。其他油石上面的磨削顆粒隨著加工過程的推進，外表層的磨削顆粒逐步脫落，油石里面的磨削顆粒逐步顯現出來參與切削過程。所有磨削顆粒實際上是在經歷同樣一個加工過程：滑擦→耕犁→切削。而珩磨加工有一些顯著的特點：珩磨油石線速度較低，基本不會對工件表面造成燒傷；珩磨加工余量較少，生產效率較高，批量較大生產宜采用此種方式；珩磨是在被加工工件表面通過切削出的溝槽交叉形成特有的網紋，并通過交叉網紋的角度變化來滿足壓縮機性能的特殊要求的。氣缸孔的珩磨加工過程，好似一個具有較大刀尖圓角半徑和很大負前角的刀片在進行加工。體積及形狀都極不規則的磨削顆粒分布在珩磨油石表面，部分未參與真正切削的磨削顆粒在被加工工件表面劃出較淺的溝槽，而經過此過程后，磨削顆粒將被加工表面的金屬擠向兩旁形成隆起，缸孔珩磨過程中每個磨削顆粒都能形成一定的溝槽和隆起。其中的溝槽在壓縮機工作過程中起到儲存潤滑油的作用。

圖6 1.5μm鉸珩錐孔珩磨工序能力指數

圖7 8～12μm鉸珩錐孔珩磨工序能力指數

B.鉸珩時主軸旋轉速度、工進速度按珩磨缸孔孔徑、圓度、表面粗糙度及網紋夾角大小進行選擇。各主軸轉速及工進速度通過顯示屏進行人工設定。

C.珩磨的加工效率、珩磨油石的磨損和加工件的表面質量都有很大的影響。珩磨的網紋夾角與切削效率之間的關系。一般來說，在一定范圍內網紋角大(小角度范圍)，即在珩磨頭轉速一定的情況下，增大往復速度，作用于磨粒上的切削力方向變化迅速，磨粒脫落較快、自礪性較好，切削效率增大，但被加工工件表面粗糙度變大。粗珩珩磨網紋夾角變大為40～60°之間，精珩夾角為20～40°之間。

D.鉸珩錐形缸孔珩磨的珩磨頭工作行程，依據珩磨頭形狀及缸孔圓度、圓柱度、錐度要求進行調整及人工設定。鉸珩通過錐度較小及較大的珩磨頭進行一定順序的珩磨，能加工出缸孔前段為小錐度孔、后段為大錐度孔，這種錐形缸孔可消除或減小因零件形位誤差（活塞銷孔垂直度、連桿平行度、氣缸座兩孔垂直度誤差）導致異常的功率損耗。鉸珩珩磨技術又進一步改善了缸孔與活塞環工作結合面的潤滑條件，達到了降低缸孔表面及活塞環表面磨損程度的目的，減少了運動過程中的摩擦副，達到提升壓縮機性能及可靠性指標。同時因鉸珩珩磨頭行程只有一次往復運動，生產節拍大大縮短，為7～10秒/件。

4.6 珩磨油石的修整

由專業珩磨頭供應商進行修磨，確保珩磨頭的精度要求。

4.7 鉸珩錐孔珩磨工序能力指數

鉸珩錐孔珩磨工序能力指數見圖6、7，從中可看出鉸珩錐孔圓度、缸孔后段錐度工序能力指數＞1.33，鉸珩工序能力完全滿足氣缸座錐形缸孔工藝要求。

從珩磨機結構特點、加工原理、珩磨頭及夾具結構特點、珩磨頭修整、工藝參數、加工結果幾個方面對加工錐形缸孔使用的傳統珩磨和鉸珩工藝進行了對比研究，結果表明鉸珩相比傳統珩磨工藝具有運動簡潔高效、刀具耐用度高、剛性好、成本低、加工品質穩定、效率高等特點，是大批量加工錐形缸孔的理想工藝。通過工藝研究與試制，在順序鉸珩珩珩磨機設備上完成錐形缸孔的加工任務，其生產節拍及生產成本與圓柱形缸孔相當，具有極好的經濟性。

[1] 孫健，曾慶福. 機械制造工藝學

The features about two techniques of honing process of cone-shaped cylinder hole

DOU Zuowei HUANG Haizhen LIU Tongliao WANG Daofu WU Gaoyin LIU Hao
(Huangshi Dongbei Mech-Electrical Group Co.,Ltd. Huangshi 435000)

This article mainly introduces the features about two techniques of honing process of cone-shaped cylinder hole, which is widely used for cylinder block in refrigerator reciprocating compressor. One is rough and finish honing of cone-shaped cylinder hole with continuous reciprocating stroke, the other is cone-shaped cylinder hole with sequential reaming and honing. Through the comparison and experiment analysis, the cone-shaped cylinder hole with reaming and honing is strong for reliable quality and good performance. Furthermore, its method of process fully meets the requirements of the compressor and improves Coefficient of Performance (COP) of the compressor from 2 percent to 3 percent.

Reciprocating compressor for refrigerator; Honing with reciprocating stroke; Reaming and honing; Cylinder block; Cone-shaped cylinder hole