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1、光整加工技术对发动机整机性能的影响无论是切削加工，还是铸锻、冲压、焊接加工，都会在零件表面留下程度不同的粗糙表面及各种各样的缺陷，如表面凸凹不平、棱边缺陷、飞边毛刺、磕碰划伤、微观裂纹。它们的产生和存在，不仅影响零件本身的质量，而且也影响产品整机的装配精度、性能和使用寿命，以至影响到产品在市场上的信誉和竞争力。二十世纪七十年代，精密零件表面光整加工去毛刺技术已受到各个工业发达国家的普遍重视，并提出了“毛刺工程”(Burr Engineering)和“毛刺技术”(Burr Technology)。国际标准化组织于1975年举办了第一届关于去毛刺、飞边的国际学术会议。之后，美国、前西德、日本、前苏
2、联等国家先后设立了许多专门研究机构和产品开发部门，进行了大量的研究工作，开发了许多实用的光整加工及去毛刺工艺方法及相应设备。后来，国际生产工程协会（CIRP）也在其学术年会上，相继发表了有关去毛刺及表面光整加工方面的论文。进入九十年代，先后在日本、中国、韩国、德国、美国、俄罗斯召开了六届专门国际学术会议；亚太地区先后于2001、2002和2003年举办“去毛刺与精密表面光整加工学术论坛”三次。我国光整加工及去毛刺技术的发展起步比较晚，八十年代初才有第一本去毛刺技术专著问世，至今也仅有五、六部专门著作。九十年代初，国内先后成立了“中国仪表工艺学会光整技术研究会”和“中国机械工程学会光整技术研究会
3、”。十几年来先后举行过五届全国光整技术研讨会及多次设备推广、技术交流会，1999年中国机械工程学会生产工程分会的组织机构中增设了“光整加工专业委员会”。近几年，在其他学会或业内企业的倡导和组织下，行业性（液压行业、内燃机行业、轴承行业、纺机行业）推广光整技术的研讨会已举行多次。近十年，国内研究机构、专业厂家及应用单位的各类人员发表有关光整加工及去毛刺技术方面的学术论文近800篇。一、 光整加工技术的功能及特点1.光整加工技术的功能1）减小和细化零件表面粗糙度，去除划痕、微观裂纹等表面缺陷，提高和改善零件表面质量；2）提高零件表面物理力学性能，改善零件表面应力分布状态；3）去除棱边毛刺，倒圆倒角
4、，保证表面之间光滑过渡，提高零件的装配工艺性。4）改善零件表面的光泽度和光亮程度，提高零件表面清洁程度等。2. 光整加工技术特点进行光整加工的目的，主要是提高零件的表面质量。无论是传统的光整加工方法，还是近年来出现的新工艺技术，都具有以下主要特点：1）光整加工的加工余量小，原则上只是前道工序公差带宽度的几分之一。一般情况下，只能改善表面质量（减小粗糙度值，消除划痕、裂纹和毛刺等），不影响加工精度。如果余量太大，不仅生产效率低，有时还可能导致工件的原有精度下降。2）光整加工所用机床设备不需要很精确的成形运动，但磨具与工件之间的相对运动应尽量复杂。因为光整加工是用细粒度的磨料对工件表面进行微量切削
5、和挤压、划擦、刻划的过程，只要保证磨具与工件加工表面能具有较大的随机性接触，就能使表面误差逐步均化到最终消除，从而获得很高的表面质量。3）光整加工时，磨具相对于工件的定位基准没有确定的位置，一般不能修正加工表面的形状和位置误差，其精度要靠先行工序来保证。二、 光整加工技术的目的和分类 图1 光整加工的目的光整加工的目的去除棱边毛刺、棱边均匀倒圆，改善零件表面、棱边质量细化表面粗糙度，提高和改善零件表面质量提高零件表面物理力学性能，改善零件表面应力分布状态改善或改变零件表面色泽、光亮度、提高零件本身的清洁程度提高零件的装配工艺性，实现零件装配过程自动化使具有装配关系的各零件具有更好的配合性，重复
6、性及传递性；有效缩短整机装配后零件的初期磨损时间。提高零件本身和产品整机的使用寿命。提高镀层与基体的结合力，满足外观特殊要求。1.光整加工技术的目的图2 光整加工分类与方法激光加工、热电阻丝加工、高温去毛刺热能作用化学和电化学能作用电化学抛光、化学心轴抛光、电化学振动抛光、电解研磨、超声波加工光整加工原理与方法机械能作用光整微量磨削、超精研珩磨、砂带抛光、弹性轮抛光、动力刷加工、滚压、金刚石压光、挤孔各种研磨、各种滚磨、各种磁性研磨、挤压珩磨、液体喷射、喷砂喷丸强化、二相流喷射、两相螺旋流微磨非自由磨具方法自由磨具方法手工工具、机动工具去毛刺2.光整加工技术的分类与方法三、 光整加工技术对发动
7、机整机性能的影响发动机是各种汽车、工程机械、农机等的主要动力源，不断提高发动机整机性能的研究与实践是一个永恒的主题，其中，发动机中摩擦副零件的表面质量，是影响发动机整机性能的重要因素之一。长期以来，在传统制造水平相对稳定的情况下，大量生产的摩擦副零件的某些技术要求如去毛刺、棱边倒圆等形同虚设，对表面加工纹理、表面物理力学、化学、光学性能、表面层组织等缺乏认识和实现手段，改善发动机整机性能的研究集中表现在改进发动机局部结构及改变工作过程的控制方面1。随着特种制造工艺的不断发展，特别是旨在有效提高零件表面质量和表面完整性的光整加工技术在长期的实践应用中已得到证实2。针对发动机摩擦副零件的具体结构和
8、表面特性要求，在原制造工艺的基础上全面推广应用光整加工工艺，研究改善发动机整机性能，实现降低噪音、减少油耗及改善机油清洁度等十分必要。1 光整加工工艺实验1.1 实验研究对象与具体光整加工工艺方法以LL480QB柴油机为总体实验研究对象，考虑发动机总体构造，摩擦副零件主要集中在曲柄连杆机构和配气机构，同时考虑具体零件的表面质量与表面完整性对发动机整机性能影响的重要程度，选定17种零件。按零件的结构、材料、表面状况及光整加工要求，选定了具体的光整加工工艺。（如表1）表1 主要摩擦副零件的具体光整加工工艺方法序号零件名称零件材料件数/台光整加工要求光整加工工艺方法光整加工时间/min1曲轴QT80
9、0-21在不影响零件尺寸精度的前提下，去除飞边、毛刺，棱边倒圆、表面除锈、抛光。提高零件表面粗糙度、改善表面完整性。卧式主轴滚磨3152连杆总成（外表面）4强制旋流滚磨210连杆总成（两孔）永磁磁性研磨483活塞销20Cr10Si2Mo4离心式滚磨284活塞66-1共晶硅合金4立式主轴滚磨525活塞环组件合金铸铁12离心式滚磨286缸套硼铸铁4旋涡气流光整6107凸轮轴精选45钢1卧式主轴滚磨3158摇臂轴20钢1自由主轴滚磨2109进气门4Cr9Si24自由旋流滚磨21010排气门4Cr10Si2Mo4自由旋流滚磨21011气门内弹簧钢丝4-10/50CrVA-2Y8离心式滚磨21012气门
10、外弹簧钢丝4-10/50CrVA-2Y8离心式滚磨21013油泵正时齿轮45钢1强力叉轴滚磨781214曲轴正时齿轮45钢1强力叉轴滚磨781215凸轮轴齿轮45钢1强力叉轴滚磨781216正时惰齿轮45钢1强力叉轴滚磨781217惰齿轮40Cr1强力叉轴滚磨78121.2光整加工前后零件感观效果对比同一零件光整加工前后经多人进行目测观察、手感触摸、拍照对比，未光整的零件有明显毛刺、锐边，并有割手的感觉，部分零件表面氧化发黑、有锈蚀，暗淡无光。经光整加工后，零件被加工表面毛刺、锈蚀和氧化皮全部去除，尖角秃化、锐边钝化、棱边倒圆整齐，手感柔滑，光亮夺目。1.3光整加工前后典型零件主要技术指标测试
11、对比分析部分典型零件测试对比情况见表2表5和图1，光整前后零件的尺寸变化均在微米级范围内，从0.0010.005不等，可以确保尺寸精度；各种零件经光整加工后表面粗糙度变化较大，Ra值基本上是加工前的1/2，使运动零件相互接触的摩擦、磨损性能明显改善；活塞的环槽部位、活塞环的锐边得到R0.1左右的圆角，这对缸套磨合及降低机油消耗意义重大；被加工零件表面显微硬度明显提高，表面应力可以由拉应力转换为压应力，或者将原压应力明显的提高，从而可以增强零件的疲劳强度，延长使用寿命；气缸套、曲轴和凸轮轴光整表面呈现出微观均匀的鱼鳞凹坑，这比环纹或网纹更有利于储油；光整加工后，气门内外弹簧使用寿命平均提高40%
12、左右。表2 曲轴光整加工前后表面完整性指标对比加工状态Ra/m显微硬度/HV切向应力/MPa轴向应力/MPa（实测直径-基本尺寸）/mm主轴颈连杆轴颈主轴颈连杆轴颈主轴颈连杆轴颈主轴颈连杆轴颈主轴颈连杆轴颈光整加工前0.630.67377367-293-149-171-423-0.015-0.008光整加工15min后0.350.38449444-622-703-507-655-0.017-0.012表3 凸轮轴光整加工前后表面完整性指标对比加工状态Ra/m显微硬度/HV切向应力/MPa轴向应力/MPa尖部侧部底部尖部侧部底部光整加工前1.82357-289+51-20-454-365-238
13、光整加工15min后0.95393-611-524-714-899-898-775表4 活塞光整加工前后表面粗糙度及主要尺寸变化对比加工状态Ra/m锥体部分实测平均尺寸/mm圆柱部分实测平均尺寸/mm光整加工前1.679.89079.325光整加工2min后0.479.88679.320表5 惰齿轮光整加工前后表面完整性指标对比加工状态Ra /m端面显微硬度/HV齿面应力/MPa齿面端面光整加工前0.710.4252533.82光整加工12min后0.380.25561-589.40 （a）光整加工前 （b）光整加工后图3 气缸套光整加工前后表面形貌对比去除毛刺、改善棱边质量，可以提高摩擦副零
14、件的适配性，提高整机装配使用的清洁度；改善表面质量，可以提高摩擦副零件之间的配合性、密封性及力传递性，从而减少整机装配后的零件的初期磨损；零件表面物理力学性能的改善，可以提高零件的使用寿命和整机的使用寿命。2 整机性能对比实验发动机整机性能对比主要是出厂磨合指标的对比，具体可按常规磨合规范，对摩擦副零件不光整加工的整机（1机）和摩擦副零件全面光整加工的整机（2机），各工况试车时定时抽取机油油样进行光谱分析、测试燃油消耗率等。机油油样光谱分析法是基于发动机各摩擦副磨合良好后，发动机摩擦副的磨损趋于稳定、正常，因而，悬浮于机油内的金属磨粒浓度也趋于稳定的原理而确定的。实验时使用FAS-2C光谱分析仪，在磨合过程中，对各工况的不同时刻取油样进行光谱分析，根据油样中各金属元素含量随时间的变化规律对磨合质量进行分析。分别测试了机油油样中的12种元素的含量，其中Fe、Al、Cu元素的含量是反映发动机磨合性能的主要成分，Fe元素的含量最为明显，其它元素基本上是机油及其
