珩磨工藝及其在汽車零部件制造中的應(yīng)用

珩磨工藝(Honing Process)是磨削加工的一種特殊形式，又是精加工中的一種高效加工方法。這種工藝不僅能去除較大的加工余量，而且是一種提高零件尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度的有效加工方法，在汽車零部件的制造中應(yīng)用很廣泛。

珩磨加工原理

珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條油石,由漲開機構(gòu)（有旋轉(zhuǎn)式和推進式兩種）將油石沿徑向漲開, 使其壓向工件孔壁,以便產(chǎn)生一定的面接觸。同時使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復運動,零件不動;或珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運動,工件往復運動,從而實現(xiàn)珩磨。

在大多數(shù)情況下,珩磨頭與機床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動的。這樣,加工時珩磨頭以工件孔壁作導向。因而加工精度受機床本身精度的影響較小,孔表面的形成基本上具有創(chuàng)制過程的特點。所謂創(chuàng)制過程是油石和孔壁相互對研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理類似兩塊平面運動的平板相互對研而形成平面的原理。

珩磨時由于珩磨頭旋轉(zhuǎn)并往復運動或珩磨頭旋轉(zhuǎn)工件往復運動,使加工面形成交叉螺旋線切削軌跡,而且在每一往復行程時間內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)數(shù)不是整數(shù), 因而兩次行程間,珩磨頭相對工件在周向錯開一定角度,這樣的運動使珩磨頭上的每一個磨粒在孔壁上的運動軌跡亦不會重復。此外,珩磨頭每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),油石與前一轉(zhuǎn)的切削軌跡在軸向上有一段重疊長度,使前后磨削軌跡的銜接更平滑均勻。這樣,在整個珩磨過程中,孔壁和油石面的每一點相互干涉的機會差不多相等。因此,隨著珩磨的進行孔表面和油石表面不斷產(chǎn)生干涉點,不斷將這些干涉點磨去并產(chǎn)生新的更多的干涉點,又不斷磨去,使孔和油石表面接觸面積不斷增加,相互干涉的程度和切削作用不斷減弱,孔和油石的圓度和圓柱度也不斷提高,最后完成孔表面的創(chuàng)制過程。為了得到更好的圓柱度,在可能的情況下,珩磨中經(jīng)常使零件掉頭,或改變珩磨頭與工件軸向的相互位置。

需要說明的一點:由于珩磨油石采用金剛石和立方氮化硼等磨料,加工中油石磨損很小,即油石受工件修整量很小。因此,孔的精度在一定程度上取決于珩磨頭上油石的原始精度。所以在用金剛石和立方氮化硼油石時,珩磨前要很好地修整油石,以確保孔的精度。

珩磨的切削過程

定壓進給珩磨
定壓進給中進給機構(gòu)以恒定的壓力壓向孔壁,共分三個階段。

第一個階段是脫落切削階段,這種定壓珩磨,開始時由于孔壁粗糙,油石與孔壁接觸面積很小,接觸壓力大,孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表面因接觸壓力大,加上切屑對油石粘結(jié)劑的磨耗,使磨粒與粘結(jié)劑的結(jié)合強度下降,因而有的磨粒在切削壓力的作用下自行脫落,油石面即露出新磨粒,此即油石自銳。

第二階段是破碎切削階段,隨著珩磨的進行,孔表面越來越光,與油石接觸面積越來越大,單位面積的接觸壓力下降,切削效率降低。同時切下的切屑小而細,這些切屑對粘結(jié)劑的磨耗也很小。因此,油石磨粒脫落很少,此時磨削不是靠新磨粒,而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端負荷很大,磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。

第三階段為堵塞切削階段,繼續(xù)珩磨時油石和孔表面的接觸面積越來越大,極細的切屑堆積于油石與孔壁之間不易排除,造成油石堵塞, 變得很光滑。因此油石切削能力極低, 相當于拋光。若繼續(xù)珩磨,油石堵塞嚴重而產(chǎn)生粘結(jié)性堵塞時,油石完全失去切削能力并嚴重發(fā)熱,孔的精度和表面粗糙度均會受到影響。此時應(yīng)盡快結(jié)束珩磨。

定量進給珩磨
定量進給珩磨時,進給機構(gòu)以恒定的速度擴張進給,使磨粒強制性地切入工件。因此珩磨過程只存在脫落切削和破碎切削,不可能產(chǎn)生堵塞切削現(xiàn)象。因為當油石產(chǎn)生堵塞切削力下降時,進給量大于實際磨削量,此時珩磨壓力增高,從而使磨粒脫落、破碎,切削作用增強。用此種方法珩磨時,為了提高孔精度和表面粗糙度,最后可用不進給珩磨一定時間。

定壓--定量進給珩磨
開始時以定壓進給珩磨,當油石進入堵塞切削階段時,轉(zhuǎn)換為定量進給珩磨,以提高效率。最后可用不進給珩磨,提高孔的精度和表面粗糙度。

珩磨加工特點

加工精度高
特別是一些中小型的通孔，其圓柱度可達 0.001mm 以內(nèi)。一些壁厚不均勻的零件,如連桿,其圓度能達到0.002mm。對于大孔(孔徑在200mm以上),圓度也可達 0.005mm,如果沒有環(huán)槽或徑向孔等,直線度達到0.01mm/1m以內(nèi)也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高,因為磨削時支撐砂輪的軸承位于被珩孔之外,會產(chǎn)生偏差,特別是小孔加工,磨削精度更差。珩磨一般只能提高被加工件的形狀精度,要想提高零件的位置精度,需要采取一些必要的措施。如用面板改善零件端面與軸線的垂直度(面板安裝在沖程托架上,調(diào)整使它與旋轉(zhuǎn)主軸垂直,零件靠在面板上加工即可)。

表面質(zhì)量好
表面為交叉網(wǎng)紋，有利于潤滑油的存儲及油膜的保持。有較高的表面支承率（孔與軸的實際接觸面積與兩者之間配合面積之比），因而能承受較大載荷，耐磨損，從而提高了產(chǎn)品的使用壽命。珩磨速度低（是磨削速度的幾十分之一），且油石與孔是面接觸，因此每一個磨粒的平均磨削壓力小，這樣珩磨時，工件的發(fā)熱量很小，工件表面幾乎無熱損傷和變質(zhì)層，變形小。珩磨加工面幾乎無嵌砂和擠壓硬質(zhì)層。

加工范圍廣
主要加工各種圓柱形孔：通孔、軸向和徑向有間斷的孔，如有徑向孔或槽的孔、鍵槽孔、花鍵孔、盲孔、多臺階孔等。另外,用專用珩磨頭,還可加工圓錐孔、橢圓孔等,但由于珩磨頭結(jié)構(gòu)復雜,一般不用。用外圓珩磨工具可以珩磨圓柱體,但其去除的余量遠遠小于內(nèi)圓珩磨的余量。珩磨幾乎可以加工任何材料，特別是金剛石和立方氮化硼磨料的應(yīng)用，進一步拓展了珩磨的運用領(lǐng)域，同時也大大提高了珩磨加工的效率。

切削余量少
為達到圖紙所要求的精度，采用珩磨加工是所有加工方法中去除余量最少的一種加工方法。在珩磨加工中，珩磨工具是以工件作為導向來切除工件多余的余量而達到工件所需的精度。珩磨時，珩磨工具先珩工件中需去余量最大的地方，然后逐漸珩至需去除余量最少的地方。

糾孔能力強
由于其余各種加工工藝方面存在不足，致使在加工過程中會出現(xiàn)一些加工缺陷。如：失圓、喇叭口、波紋孔、尺寸小、腰鼓形、錐度、鏜刀紋、鉸刀紋、彩虹狀、孔偏及表面粗糙度等(見圖2)。

采用珩磨工藝加工可以通過去除最少加工余量而極大地改善孔和外圓的尺寸精度、圓度、直線度、圓柱度和表面粗糙度。

珩磨技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用
先進的精密孔加工設(shè)備和技術(shù)在汽車及零部件加工業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，比較典型的應(yīng)用有發(fā)動機缸體、缸套、連桿、齒輪、油泵油嘴、剎車泵、剎車鼓、油缸、轉(zhuǎn)向器、增壓器等。如：

珩磨在油泵油嘴行業(yè)的應(yīng)用
善能KGM-5000系列珩磨機是針對油泵油嘴行業(yè)的柱塞而開發(fā)的高精度珩磨機，去除量為0.01mm，加工總周期為30秒；圓度0.0005mm；直線度0.0007mm；表面粗糙度Ra 0.06。實現(xiàn)了完全以珩代磨的目標，從而大大延長了提高了油泵油嘴的性能和壽命，完全達到國家排污標準。

珩磨在齒輪內(nèi)孔中的應(yīng)用
現(xiàn)在廣泛使用珩磨工藝的汽車齒輪有行星輪、太陽輪、雙聯(lián)齒輪等。

珩磨在增壓器零件上的應(yīng)用
根據(jù)增壓器中間殼的材料和內(nèi)孔的特殊結(jié)構(gòu)形式，可采用電鍍金剛石磨粒套作為珩磨工具，多立軸結(jié)構(gòu)型式，可以實現(xiàn)在一個循環(huán)過程中完成粗加工、半精加工、精加工和去毛刺等多個加工部序，多工位轉(zhuǎn)臺可以實現(xiàn)加工過程的自動化，提高工作效率。