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发动机精密制造 图1 一个柴油发动机汽缸套成品，其旁边是一套二级珩磨 工具与一套集成式空气计量系统。在这套工具中，第一套 是研磨装置，用于半精密加工，其周期时间由空气系统控 制。然后，这些磨料研磨装置退出，由第二套研磨装置执 行精加工任务，以去除第一套研磨装置遗留下来的峰值。 由此产生的工程剖面质量可从完成加工后的缸套内看到 几十年来，各类发动机的制造商们，一直受到要求减少有害气体排放量的压力。因此几十年来，他们也一直为此而努力。 不只是汽车和卡车的制造商，而且还包括各种车辆的发动机制造商，例如从草坪的剪草机到机车车辆的发动机——一切车辆的燃油效率都有了很大的提高，其防止空气污染的性能，必须满足日益严格的政府标准。今天，其差距不只是程度问题，而且还包括难度问题。虽然，现在的发动机效率是如此之高，但它们的设计人员必须更加努力地工作，以进一步提高效率和增加效益。 Sunnen公司是一家专门从事孔径珩磨加工系统和刀具生产的企业，该公司的Dennis Westhoff先生和Rich Moellenberg先生是目睹这个工艺发展的两名见证人。与其他的加工工艺相比，也许珩磨加工对寻求解决更严格的发动机排放性能问题显得尤为重要。 “在20世纪80年代，所有比较容易的问题都解决了，”Sunnen公司的全球业务开发部经理Westhoff先生说。在车辆的发动机设计方面，已经作了直接了当的改进，原先并没有将燃油效率或空气质量作为首要关注的问题进行处理。满足排放标准的历史是从这些机械零件的精益求精开始的，通过更加精密的加工，包括提高缸径正圆度和圆柱度的精度，以满足零件形状和尺寸的公差要求。现在，发动机制造商正在寻求进一步改进的方法，甚至期待着微乎其乎的进展水平，以满足目前的排放要求。具体来说，今天，要赢得发动机具有更高性的机会，似乎不是将重点放在3D外形的公差尺寸上，而应该放在更小的活塞、喷油器和燃油泵孔径的表面粗糙度特性上。珩磨加工或许特别适合于重复性的加工工艺，以便使这些孔径的ID内径达到所希望的表面粗糙度。 图2 这一表面粗糙度轨迹显示，就其峰值高度而言，这一 表面还是很平滑的，但是在半精密加工中人为造成的较深 低谷，只能采用储存一层润滑油薄膜的方法加以解决解决 该公司系统销售经理Moellenberg先生说，这些现代化系统的表面粗糙度远远超过所规定的‘Ra’（平均粗糙度）水平，Ra这个符号通常用于描述光洁度的高低程度。例如，‘Rk’系列的参数，是用来描述表面显微特性的，其中包括表面的承载区曲线及其在负荷下的峰值高度，以及表面存油槽的容量。在珩磨加工中，油石和设备的选用—以及编程的动作和各项珩磨加工的操作顺序—都可按照需要进行设计，以达到精密的表面粗糙度，其精度由发动机公司的摩擦学专家（或从事互动表面研究的专家）作出规定。 保持油量 孔径的珩磨加工是一种生产工艺，在珩磨加工中，一套配有研磨油石的可扩张组合刀具在孔径内作旋转运动，同时刀具或零件作往复式运动。由于珩磨用的磨料粒度很小，数量很大，因此工件产生的热量和应力很小。由珩磨产生的一个特点是呈现出一个交叉式投影模式，使润滑油沿着孔径的长度方向传送。另一方面，这个交叉式投影模式可以使珩磨加工能够进行精密地控制。 润滑油的传送是其中的一个主要领域，在之中，也许可以通过汽缸表面的设计，来提高排放性能。沿着孔径的ID内径方向，如果表面本身能够帮助有效地使用润滑油，并使其更容易分布，那么汽缸中将只需要少量的油量。这意味着当发动机运转时，只有少量的油燃烧。“因此，我们的目标是尽可能保持汽缸内的干燥，” Moellenberg先生说。nextpage 然而，表面设计中的另一个目标是，减少滑动摩擦—这个目标也许可以与油的传送方式相匹敌。就滑动摩擦而言，比较平滑的表面，其存油量和输油量的效率较低。摩擦学家和其他发动机专家正在寻求实现这类目标之间的正确平衡，由此产生的表面设计往往是复杂的，其特点是包含有确切含意的各种表面粗糙度参数。然后，珩磨技术供应商可能会花费几个月的时间去开发一个可达到这一表面粗糙度的工艺，并证明，采用这一工艺可达到大批量生产的目的。 图3 图中所示为一套超精研珩磨工具，其旁边是 一个通孔喷油器主体。生产这种零件的制造商， 不但关注各种特定的表面光洁度参数，而且也关 注孔径的精密形状，因为在现代的喷油系统中， 喷油器主体与活塞之间的间隙配合是如此的紧密 对一个新工艺进行早期探讨，有时候从加工的角度来看，某些表面粗糙度的标注是相互矛盾的，两者是不可能同时实现的。 在负荷下珩磨加工 他说，除了这些表面的特点之外，珩磨加工的其他能力—包括诸如孔径大小、正圆度和锥度一类的尺寸控制—也是非常重要的。今天，如果说实际生产对这些参数不够重视的话，那只是因为他们在相关的发动机加工中，一直受到严密的