珩磨工艺及其在汽车零部件制造中的应用

日期:2011-9-28 10:47:47 浏览: 来源:沈阳大发888黄金版官网

珩磨工艺(Honing Process)是磨削加工的一种特殊形式,又是精加工中的一种高效加工方法。这种工艺不仅能去除较大的加工余量,而且是一种提高零件尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度的有效加工方法,在汽车零部件的制造中应用很广泛。

珩磨加工原理

珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石,由涨开机构(有旋转式和推进式两种)将油石沿径向涨开, 使其压向工件孔壁,以便产生一定的面接触。同时使珩磨头旋转和往复运动,零件不动;或珩磨头只作旋转运动,工件往复运动,从而实现珩磨。
在大多数情况下,珩磨头与大发888黄金版官网主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。这样,加工时珩磨头以工件孔壁作导向。因而加工精度受大发888黄金版官网本身精度的影响较小,孔表面的形成基本上具有创制过程的特点。所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。
珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动,使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹,而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数,因而两次行程间,珩磨头相对工件在周向错开一定角度,这样的运动使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。此外,珩磨头每转一转,油石与前一转的切削轨迹在轴向上有一段重叠度,使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。这样,在整个珩磨过程中,孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。因此,随着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产生干涉点,不断将这些干涉点磨去并产生新的更多的干涉点,又不断磨去,使孔和油石表面接触面积不断增加,相互干涉的程度和切削作用不断减弱,孔和油石的圆度和圆柱度也不断提高,最后完成孔表面的创制过程。为了得到更好的圆柱度,在可能的情况下,珩磨中经常使零件掉头,或改变珩磨头与工件轴向的相互位置。
需要说明的一点:由于珩磨油石采用金刚石和立方氮化硼等磨料,加工中油石磨损很小,即油石受工件修整量很小。因此,孔的精度在一定程度上取决于珩磨头上油石的原始精度。所以在用金刚石和立方氮化硼油石时,珩磨前要很好地修整油石,以确保孔的精度。

珩磨的切削过程

  • 定压进给珩磨
    定压进给中进给机构以恒定的压力压向孔壁,共分三个阶段。
    第一个阶段是脱落切削阶段,这种定压珩磨,开始时由于孔壁粗糙,油石与孔壁接触面积很小,接触压力大,孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表面因接触压力大,加上切屑对油石粘结剂的磨耗,使磨粒与粘结剂的结合强度下降,因而有的磨粒在切削压力的作用下自行脱落,油石面即露出新磨粒,此即油石自锐。
    第二阶段是破碎切削阶段,随着珩磨的进行,孔表面越来越光,与油石接触面积越来越大,单位面积的接触压力下降,切削效率降低。同时切下的切屑小而细,这些切屑对粘结剂的磨耗也很小。因此,油石磨粒脱落很少,此时磨削不是靠新磨粒,而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端负荷很大,磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。
    第三阶段为堵塞切削阶段,继续珩磨时油石和孔表面的接触面积越来越大,极细的切屑堆积于油石与孔壁之间不易排除,造成油石堵塞, 变得很光滑。因此油石切削能力极低,相当于抛光。若继续珩磨,油石堵塞严重而产生粘结性堵塞时,油石完全失去切削能力并严重发热,孔的精度和表面粗糙度均会受到影响。此时应尽快结束珩磨。
  • 定量进给珩磨
    定量进给珩磨时,进给机构以恒定的速度扩张进给,使磨粒强制性地切入工件。因此珩磨过程只存在脱落切削和破碎切削,不可能产生堵塞切削现象。因为当油石产生堵塞切削力下降时,进给量大于实际磨削量,此时珩磨压力增高,从而使磨粒脱落、破碎,切削作用增强。用此种方法珩磨时,为了提高孔精度和表面粗糙度,最后可用不进给珩磨一定时间。
  • 定压--定量进给珩磨
    开始时以定压进给珩磨,当油石进入堵塞切削阶段时,转换为定量进给珩磨,以提高效率。最后可用不进给珩磨,提高孔的精度和表面粗糙度。

珩磨加工特点

     
    图1 圆柱内圆内加工要求
  • 加工精度高
    特别是一些中小型的通孔,其圆柱度可达 0.001mm 以内。一些壁厚不均匀的零件,如连杆,其圆度能达到0.002mm。对于大孔(孔径在200mm以上),圆度也可达 0.005mm,如果没有环槽或径向孔等,直线度达到0.01mm/1m以内也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高,因为磨削时支撑砂轮的轴承位于被珩孔之外,会产生偏差,特别是小孔加工,磨削精度更差。珩磨一般只能提高被加工件的形状精度,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与轴线的垂直度(面板安装在冲程托架上,调整使它与旋转主轴垂直,零件靠在面板上加工即可)。
  • 表面质量好
    表面为交叉网纹,有利于润滑油的存储及油膜的保持。有较高的表面支承率(孔与轴的实际接触面积与两者之间配合面积之比),因而能承受较大载荷,耐磨损,从而提高了产品的使用寿命。珩磨速度低(是磨削速度的几十分之一),且油石与孔是面接触,因此每一个磨粒的平均磨削压力小,这样珩磨时,工件的发热量很小,工件表面几乎无热损伤和变质层,变形小。珩磨加工面几乎无嵌砂和挤压硬质层。
  • 加工范围广
    主要加工各种圆柱形孔:通孔、轴向和径向有间断的孔,如有径向孔或槽的孔、键槽孔、花键孔、盲孔、多台阶孔等。另外,用专用珩磨头,还可加工圆锥孔、椭圆孔等,但由于珩磨头结构复杂,一般不用。用外圆珩磨工具可以珩磨圆柱体,但其去除的余量远远小于内圆珩磨的余量。珩磨几乎可以加工任何材料,特别是金刚石和立方氮化硼磨料的应用,进一步拓展了珩磨的运用领域,同时也大大提高了珩磨加工的效率。  
    图2 零件加工过程出现的几种加工缺陷
  • 切削余量少
    为达到图纸所要求的精度,采用珩磨加工是所有加工方法中去除余量最少的一种加工方法。在珩磨加工中,珩磨工具是以工件作为导向来切除工件多余的余量而达到工件所需的精度。珩磨时,珩磨工具先珩工件中需去余量最大的地方,然后逐渐珩至需去除余量最少的地方。
  • 纠孔能力强
    由于其余各种加工工艺方面存在不足,致使在加工过程中会出现一些加工缺陷。如:失圆、喇叭口、波纹孔、尺寸小、腰鼓形、锥度、镗刀纹、铰刀纹、彩虹状、孔偏及表面粗糙度等。
    采用珩磨工艺加工可以通过去除最少加工余量而极大地改善孔和外圆的尺寸精度、圆度、直线度、圆柱度和表面粗糙度。

珩磨技术在汽车制造中的应用

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、油缸、转向器、增压器等。如:
  • 珩磨在油泵油嘴行业的应用
    善能KGM-5000系列珩磨机是针对油泵油嘴行业的柱塞而开发的高精度珩磨机,去除量为0.01mm,加工总周期为30秒;圆度0.0005mm;直线度 0.0007mm;表面粗糙度Ra 0.06。实现了完全以珩代磨的目标,从而大大延长了提高了油泵油嘴的性能和寿命,完全达到家排污标准。
  • 珩磨在齿轮内孔中的应用
    现在广泛使用珩磨工艺的汽车齿轮有行星轮、太阳轮、双联齿轮等。
  • 珩磨在增压器零件上的应用
    根据增压器中间壳的材料和内孔的特殊结构形式,可采用电镀金刚石磨粒套作为珩磨工具,多立轴结构型式,可以实现在一个循环过程中完成粗加工、半精加工、精加工和去毛刺等多个加工部序,多工位转台可以实现加工过程的自动化,提高工作效率。

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