一直以來，珩磨工藝的發(fā)展受著多種因素的影響，如：珩磨前的預(yù)加工、零件材料的特性、零件工藝性能要求、加工公差以及零件不斷小型化的發(fā)展趨勢等，這些要求推動(dòng)了珩磨技術(shù)近幾年來的快速發(fā)展。由于珩磨具有較好的適應(yīng)能力，因此成為當(dāng)前最具發(fā)展?jié)撃艿目准庸な侄沃弧１疚闹亟榻B了幾種新的珩磨技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域中的應(yīng)用。

　　同軸珩磨

　　載重汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸壁上部進(jìn)行局部硬化后需要進(jìn)行珩磨，而同軸珩磨技術(shù)就是針對這一要求而開發(fā)的。

　　缸壁上部在經(jīng)過感應(yīng)淬火后，孔的上部會產(chǎn)生20μm的縮頸和大約60μm的同軸度偏差現(xiàn)象。為了確保缸孔的同軸度，特殊結(jié)構(gòu)的刀具、測量裝置和漲刀控制方式應(yīng)運(yùn)而生。

　　● 加工方式和結(jié)果

　　同軸珩磨的刀具(如圖1所示)上裝有兩套獨(dú)立的徑向漲刀裝置，分別作用于砂條和導(dǎo)向條。位于刀具下端的硬質(zhì)合金導(dǎo)向條進(jìn)入缸孔后，首先被漲出并貼靠在預(yù)加工過的缸壁下端，珩磨頭在軸線方向上進(jìn)行軸線定位。然后刀具上部的金剛石砂條隨之漲出，開始加工孔中硬化過的縮頸區(qū)域。由于砂條和導(dǎo)向條的徑向進(jìn)給是兩個(gè)獨(dú)立的漲刀機(jī)構(gòu)，因此當(dāng)液壓漲刀系統(tǒng)使導(dǎo)向條貼靠孔壁后，電子機(jī)械漲刀系統(tǒng)才驅(qū)動(dòng)砂條開始徑向進(jìn)給。

　　珩磨頭上同樣具備兩套氣動(dòng)測量裝置?？字形从不瘏^(qū)域的直徑被作為基準(zhǔn)尺寸，由氣動(dòng)測量裝置一直進(jìn)行在線測量。在珩磨加工硬化區(qū)域孔時(shí)，由另外一套氣動(dòng)測量裝置對加工孔進(jìn)行在線測量。當(dāng)硬化區(qū)域孔直徑與基準(zhǔn)值一致時(shí)即停止切削。使用D151金剛石砂條加工120～150μm的余量時(shí)，同軸珩磨的加工時(shí)間大約為35s。

　　經(jīng)過這道同軸珩磨加工后，硬化過的和非硬化過的區(qū)域直徑差被修正(如圖2中第2個(gè)孔)，達(dá)到可進(jìn)行后續(xù)珩磨加工的公差要求。同軸珩磨后總的形狀誤差大約為12μm，由此可確保同軸珩磨后的粗珩和精珩加工(如圖2 中第3、4兩孔)，這兩道工序?qū)儆趥鹘y(tǒng)的珩磨加工，可按常用的加工參數(shù)和方式進(jìn)行。

　　適用于小孔徑的σ珩磨

　　隨著許多高科技產(chǎn)品的日益小型化，與之相應(yīng)的小型化加工技術(shù)被賦予越來越高的要求，尤其是在噴油系統(tǒng)領(lǐng)域的珩磨加工，不僅要求在大批量生產(chǎn)中能夠盡可能地延長刀具的使用壽命，同時(shí)，由于直噴式泵嘴噴油系統(tǒng)(UIS)具有2000bar的工作壓力，工件表面還要形成一個(gè)定義的對抗張力。在這種工作條件下運(yùn)行的零件要承受非常大的流體機(jī)械壓力，因此除了幾何精度的要求外，還要求工件加工表面的邊緣層具有較高的耐用度，同時(shí)，還要避免由于高壓的影響而產(chǎn)生表面裂紋。

　　以前，珩磨加工造成工件表面應(yīng)力狀態(tài)的改變并不為人們所知。砂條在與工件表面接觸時(shí)會對工件表面的邊緣表層組織施加壓應(yīng)力和剪應(yīng)力(如圖3所示)。對于零件性能來說，珩磨造成的定義工件表面壓力是非常有益的，它使零件不僅具有較高的耐用度，并且能夠避免由于高壓的影響而產(chǎn)生表面裂紋。對于工作中需要承受高壓的噴油系統(tǒng)來說，這些是十分重要的。

　　● 刀具的構(gòu)造

　　對于超小孔徑工件的珩磨加工，一直以來都是刀具設(shè)計(jì)者所面臨的一大挑戰(zhàn)，因?yàn)殡S著工件孔徑的不斷減小，在刀頭上安裝漲刀機(jī)構(gòu)的可能性也在不斷減小。除此之外，若不使用金剛石或CBN砂條，工件的尺寸和形狀精度與經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)幾乎是不可能的。

　　使用單砂條珩磨頭目前可加工的是最小孔徑為2mm(如圖4所示)。該珩磨頭的內(nèi)部裝有一個(gè)可沿軸向運(yùn)動(dòng)的漲刀頂椎，與之配合的砂條(長6mm，寬0.8mm，模料厚度0.4mm )可相應(yīng)地做徑向漲刀運(yùn)動(dòng)。珩磨頭(刀背)的反面涂有耐磨的硬質(zhì)涂層，用來導(dǎo)向。珩磨時(shí)為了保證能夠供給充足的珩磨油，通常在珩磨頭上根據(jù)珩磨頭的旋轉(zhuǎn)方向磨有一個(gè)特殊的導(dǎo)油平面。

　　珩磨加工孔徑小于2mm的刀具被稱作珩磨桿，這種刀具呈管狀形，并帶有縱向開槽(如圖5所示)。這種刀具不配砂條，而是直接在刀桿上電鍍磨料，磨料的鍍層長度應(yīng)該保持在開槽的長度之內(nèi)。加工直徑1～2mm的孔時(shí)，珩磨桿的漲刀由一個(gè)漲刀頂椎來實(shí)現(xiàn);加工直徑1mm以下的孔時(shí)(最小直徑0.8mm)，就只能通過珩磨桿的機(jī)械預(yù)張力來貼壓孔壁。因此，要求珩磨桿和孔之間具有很高的同軸度(< 0.01mm)，而且這種情況下必須采用一個(gè)彈性的偏向珩磨桿接頭，而不能采用萬向鉸接刀桿接頭。

　　● 加工的目的

　　圖3中是一個(gè)由硬質(zhì)鋼制成的燃油噴射系統(tǒng)中的零件。在這個(gè)零件上需要珩磨一個(gè)斜著通向洋蔥形槽的高壓油孔。珩磨加工的目的是去除硬化過的邊緣表層組織，貼近基體金屬(加工余量通常穩(wěn)定在0.020mm)，并在邊緣表層造成內(nèi)應(yīng)力(-1000～-1200MPa，如圖6所示)，光整表面(≤ 5μm Rmax)，同時(shí)還要對斜孔和洋蔥形槽接口處進(jìn)行修圓。珩磨后的形狀精度在尺寸公差之內(nèi)(≤0.010mm)。這時(shí)，一根標(biāo)準(zhǔn)厚度的CBN砂條通?？杉庸ぶ辽?00個(gè)孔。

　　在大批量生產(chǎn)中一般都是使用幾臺多軸珩磨機(jī)，每道珩磨工序的珩磨時(shí)間大約為25s。由于采用了帶漲刀壓力傳感器的電子機(jī)械漲刀裝置，所以珩磨前的加工余量變化對于珩磨加工沒有影響。由于砂條厚度的原因，人們又開發(fā)了一種新的磨料，使得現(xiàn)在一根砂條可加工2000個(gè)孔。

　　工件內(nèi)部的壓應(yīng)力和張應(yīng)力是通過X光衍射測量儀來測量的。該測量儀根據(jù)工件邊緣表層的晶格間距變化來判定內(nèi)應(yīng)力。晶格常數(shù)(工藝材料的特性值)的偏差就代表了壓應(yīng)力和張應(yīng)力。珩磨后要求工件邊緣表層的壓應(yīng)力應(yīng)低于-1000 MPa, 這樣工件才能具有較高的抗疲勞強(qiáng)度。

　　小孔珩磨加工技術(shù)除了加工工藝以外，也是對刀具設(shè)計(jì)和磨料發(fā)展的一個(gè)挑戰(zhàn)。小孔珩磨除了傳統(tǒng)的珩磨加工精度要求外，也第一次將壓應(yīng)力列入到珩磨質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)里。在珩磨加工中，對壓應(yīng)力的考慮將會逐漸被人們重視起來。

　　GGV蠕蟲狀石墨鑄鐵的珩磨

　　汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的重量越來越輕，但材料的強(qiáng)度卻沒有降低，這得益于一種新型工藝材料——蠕蟲狀石墨鑄鐵(GGV)在大功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用。由于加工成本適中，這種工藝在小批量的轎車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　● 蠕蟲狀石墨鑄鐵的特性

　　石墨結(jié)構(gòu)是蠕蟲狀石墨鑄鐵的一個(gè)顯著特征，該結(jié)構(gòu)更能提高材料的機(jī)械性能。一個(gè)短且大的橫斷面石墨結(jié)構(gòu)使得鑄鐵具有很高的強(qiáng)度，因?yàn)殍F質(zhì)組織被緊密地連結(jié)在一起形成一個(gè)整體。蠕蟲狀石墨鑄鐵的許多材料特性介于片狀石墨鑄鐵和球墨鑄鐵之間，抗拉強(qiáng)度比片狀石墨鑄鐵高70%，E系數(shù)高30%。

　　● 珩磨加工中對蠕蟲狀石墨鑄鐵的切削

　　蠕蟲狀石墨鑄鐵屬于很難切削的一種材料，但如果選用適合的切削刀具其切削也是可以實(shí)現(xiàn)的，甚至把現(xiàn)有的切削換成高速切削加工也是可以實(shí)現(xiàn)的。

　　刀具在加工過程中很容易被磨鈍，使得刀具的切削特性發(fā)生改變，最終導(dǎo)致加工質(zhì)量的變化，這是由于切削力大幅度提高后變成了擠壓切削，破壞了工件表面的表層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了工件表面粗糙度的改變以及尺寸和形狀精度的下降，極大地降低了珩磨前的加工質(zhì)量。

　　與精鏜相反，珩磨加工的刀具沒有特定的刀刃，而是硬質(zhì)磨粒的集合，砂條上具有由金剛石或CBN晶體和粘結(jié)材料組成的硬質(zhì)磨料。經(jīng)過專業(yè)設(shè)計(jì)的砂條本身具備持續(xù)的自開刃功能，使得砂條不必進(jìn)行專門的修整。

　　砂條之所以具有自開刃功能，是由于磨粒的磨損率和粘結(jié)材料的磨損率一樣，從而確保磨粒的凸出高度可以保持恒定，也就確保了砂條的切削特性。這個(gè)等同的磨損率必須覆蓋砂條的整個(gè)工作表面，并且這種恒定狀態(tài)要持續(xù)到砂條磨完(如圖7所示)。

　　若將砂條工作表面放大，我們可以明顯看到凸起的磨粒和粘結(jié)材料上局部的磨溝。由于反切削作用，粘結(jié)材料上被留下了如掘蝕過的河床般的痕跡，從而在各個(gè)磨粒晶體間形成了一個(gè)微觀的溝槽和洼地網(wǎng)。磨粒的磨損是由磨鈍到碎裂或脫落。

　　通過砂條參數(shù)的改良，使得加工蠕蟲狀石墨鑄鐵的砂條壽命(即珩后表面質(zhì)量和珩磨時(shí)間)達(dá)到了加工片狀石墨鑄鐵的水平。其它刀具在加工時(shí)會由于磨損而逐漸變鈍，而金剛石或CBN珩磨砂條卻會根據(jù)磨損產(chǎn)生持續(xù)相應(yīng)的自開刃，從而保持了砂條的開刃和形狀。

　　● 蠕蟲狀石墨鑄鐵的大量珩磨切削(粗珩)

　　實(shí)現(xiàn)珩磨切削的高切削效率的重要前提是超硬的磨料和很高的切削速度(大約200m/min)。金剛石砂條在這方面具有一定的優(yōu)勢，由于其硬度高、導(dǎo)熱性好、顆粒密度小并使用高硬度的粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)，切削效率可達(dá)到17cm3/min。

　　圖8是大量珩磨切削和精鏜加工效果的比較?？梢钥闯觯谇邢餍史矫鎯烧呋鞠嗤?，但通過改變砂條磨粒密度、粘結(jié)劑的硬度以及砂條的尺寸，可以使砂條的壽命達(dá)到可加工4000個(gè)孔。

　　● 刀具和夾具方案

　　要達(dá)到精鏜所能達(dá)到的垂直度精度和位置精度，進(jìn)行大量珩磨切削時(shí)，珩磨頭和工件之間就不能有常規(guī)的自由度，因此，就需要有固定的主軸布置并對缸體曲軸箱進(jìn)行定位夾緊。通過定位銷孔的作用，可使缸體相對珩磨主軸達(dá)到足夠的精度，通過珩磨頭的上置和下置導(dǎo)向裝置可確保珩磨頭的垂直精度。此外，因?yàn)椴捎秒p萬向鉸接連刀桿，使得珩磨主軸和缸體的相對軸線錯(cuò)位得到修正。圖9為對GGV的加工結(jié)果。

　　在大量珩磨切削時(shí)，砂條先從孔徑最小的地方開始珩磨切削，然后逐漸擴(kuò)展到對整個(gè)缸壁面的珩磨切削。因?yàn)樵谥芟蛏细鱾€(gè)位置的切削量不同，從而使缸孔形成一個(gè)和珩磨頭中心軸線一樣的中心軸線，因此也需要采用步進(jìn)式漲刀裝置。

　　● 蠕蟲狀石墨鑄鐵的精珩

　　以往小批量生產(chǎn)加工的經(jīng)驗(yàn)證明蠕蟲狀石墨鑄鐵的精珩加工和片狀石墨鑄鐵的精珩加工基本上沒有什么區(qū)別。

　　在使用可比的砂條顆粒大小下和片狀石墨鑄鐵珩磨后相比，由于蠕蟲狀石墨鑄鐵具有很高的強(qiáng)度和硬度，因此珩后的粗糙度在允許公差范圍內(nèi)偏小，表面支撐率卻偏大，而片狀石墨鑄鐵珩磨卻位于公差帶的中間值。