“表面完整性”新概念与“表面光整加工”新技术.docVIP

内燃机零部件“表面完整性”新概念与“表面光整加工”新技术 （中国兵器集团第七O研究所 岳政、刘桂莲） 我国内燃机关键基础零部件与工业先进国家的相比有较大差距，为数不少的国产零件，单从外观看就像是未加工完的半成品。而在可靠性与使用寿命方面差距就更明显，这种差距从技术层面来说有原材料、热处理、加工设备以及加工工艺等诸多方面原因。本文仅以零件精加工工艺“微观表面质量”一个侧面做一些分析探讨，为尽快缩小差距，介绍一个机械零件“表面完整性”新概念和旨在实现“表面完整性”的实用新技术：自由磨具滚魔光整加工技术。 一、国产内燃机零部件对微观表面质量“单一性采标”是造成水平低、质量差的根本原因之一。 从某种意义上说：“货用一张皮，祸起一张皮”。微观表面质量对机械零件的耐磨性、装配性、可靠性（抗疲劳、抗腐蚀、接触刚度）、密封性等使用性能有很大的影响。 微观表面质量又由表面的几何特性，物理、化学、力学特性两大方面的五大类诸多参数来评价、来控制。（见本文第二部分） 我国基础标准GB/T3505-2000第4条表面轮廓参数定义中对粗糙度就提出了16个参数。 而我国绝大多数内燃机零件现行技术标准和产品图样（除了平台衍磨网纹气缸套外）。对微观表面质量都只选取了一个纵坐标幅度参数Ra来评价、来控制。 传统的车、铣、铇、磨、抛光等加工工艺，其共同特点是一道工序只能加工一个表面。除保证实现尺寸和形状位置公差之外，就只保证实现规定的Ra，达到“符合性”要求，“单一采标”，止此而已。 图一 微观表面轮廓形状示意 （1）—（4）咬合倾向大，耐磨性差。 （5）—（6）咬合倾向小，耐磨性好。 上面图一所示意的各微观表面轮廓形状，其Ra纵然可以做到相近，但表示加工纹理状态的间距参数Rsm（老标准为Sn）相差甚远，Rsm亦可以做到相近，但影响耐磨性，并用Rmp、Rmr（C）（老标准为Rmr、Rmr（c））表示的轮廓峰谷之间的形状千变万化，使配合表面实际接触面积和存油情况大相径庭，又由于表面加工纹理、方向和零件相对运动的方向不同，都对表面的耐磨性、可靠性（咬合倾向）及使用性能产生重大影响。 在此针对表面纹理的形式、方向对密封性的影响举一亲历实例做进一步介绍。 一、多缸柴油机曲轴与后主轴承油封配合轴颈处，在新机状态下，漏油故障时有发生，曾采用多种措施，或多或少的都有些效果，但总不能彻底奏效。后来通过对外咨询，在曲轴技术文件上增加了如下要求：“该段轴颈表面最后精磨时，砂轮只做径向进给，或按图示规定方向做轴向进给，不得反向”，至此该漏油故障得以根治。其原因是：该要求规定了轴颈微观表面加工纹理的形式和方向，前者只“径向进给”形成的是连续、封闭的环形线纹理，可视为封油纹理，而后者“轴向进给”形成的是连续的螺旋线纹理，此纹理方向分左旋、右旋，在曲轴工作高速旋转时，一种是回油螺旋线，不漏油；如果反向，即成为甩油螺旋线，就造成漏油；如对此不做规定，按工人的随机操作就有漏油的几率，做了规定就杜绝了最后的最隐蔽的一个漏油因素。 另一产品，液压泵齿轮轴轴颈与油封处漏油故障，也照上例办理得以根治。 由上述分析看一个Ra不能正确、全面反映零件微观表面状态，16个轮廓参数只用一个Ra怎能了的？这还仅指几何特性中粗糙度而言，更何况多种加工方法。因切削力、切削热和周围介质共同作用下所实现的零件微观表面的其他几何特性、物理、化学、力学、光学性能在零件标准和图样中鲜有或没有要求和规定。“一Ra以蔽之”的零件表面，怎能承受性能日益强化、排放法规日益严格的整机的要求？因此国产内燃机零件微观表面质量还停留在用一个Ra来评价和控制的“单一性采标“的阶段，是造成水平低、质量差的根本原因之一。 我国自改革开放以来，从国外引进了许多现金技术、设备和标准。内燃机零部件行业也有了长足进步，对“单一性采标“的做法也有了一些改变。例如《JB/T5082. 内燃机气缸套，第7部分平台衍磨网纹技术规范及检测方法》，该标准对气缸套内表面的要求不再是单一的Ra，有增加了Rsk，网纹深度、Rmr、Rmr（c）等项要求。对排放要求在国 Ⅲ及其以上的气缸套还提出了Rz、Rx、Rpk、Rvk、Mr1、Mr2的多项具体要求。因为只综合要求改善了气缸套内孔表面初期磨合性，提高了可靠性，增强了耐磨性，并能降低机油消耗量。气缸套的水平和质量大大提高，适应了现代发动机的要求。 像这样能“综合性采标”的内燃机零件标准，屈指可数，为尽快提高我国内燃机零部件的水平，我们认为必须打破“单一性采标”的局限，以“表面完整性”为指导，在传统加工方法的基础上补充，采用和推广具有复合性加工特征的“综合性采标”的新的加工技术。 二、机械零件“表面完整性”新概念 对零件表面质量的评价和控制，与“单一性采标”做法相对应的既是“综合性采标”，而其又源自于“表面完整性”的概念和