超声珩磨在发动机缸套光整加工中的应用研究.pdf

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1、第24卷第l期兵工学报VOI.24NO.l2003年2月ACTAARMAMENTARIIFeb.2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!超声珩磨在发动机缸套光整加工中的应用研究祝锡晶"王爱玲辛志杰袁艺徐鸿钧（华北工学院，山西太原，03005l）（北京航空航天大学）（南京航空航天大学"）摘要本文介绍了发动机缸套的新型加工工艺———功率超声珩磨的原理、特点、装置组成、关键技术、工艺效果以及其应用前景。关键词机械制造工艺与设备；超声；珩磨；发动机缸套；工艺效果中图分类号TG580高性

2、能军用发动机缸套的开发越来越受到军方只有工具振子系统振动，所以与头体振动相比，能量的重视，对发动机缸体或缸套的珩磨质量提出了更损耗小。高的要求。但目前在国产珩磨机上用碳化硅等普通油石珩磨效率低、精度不稳定，达不到技术要求。如用金刚石、立方氮化硼等超硬磨料油石，又很难解决油石堵塞及划缸现象。采用新型特种加工方法———功率超声珩磨技术能很好地解决这些问题，它与普通珩磨相比具有珩磨力小、珩磨温度低、精度高、表图l.l超声波振动珩磨系统原理图Fig.l.lPrincipIeOftheuItraSOnichOningSyStem面质量高及油石磨损小、效益高等特点。功率超声珩磨是功

3、率超声切削在珩磨中的应"机理初探及其特点简介用，通过对普通珩磨中不断旋转并上下往复运动的珩磨头施加以超声频的振动来实现。由于附加了高功率超声振动加工时油石的自砺性增强和其气频率的振动，使珩磨头上油石条的微磨粒运动规律孔堵塞性的减轻乃至消除，可以提高加工效率及加发生了变化，形成了脉冲切削，加上功率超声的空化工零件的形状精度。并且可采用细磨粒的磨具来作作用，使功率超声珩磨实现了高效、精密珩磨的要为粗磨粒的磨具进行切削，这样可以在保证加工效求。率的前提下，提高加工零件的表面轮廓均匀性、降低表面粗糙度。!振动系统工作原理功率超声珩磨工艺具有以下特点：图l.l为功率超声珩磨工作原

4、理图（l换能器；（l）使切削深度增加，从而提高了切削效率。2变幅杆；3弯曲振动圆盘；4挠性杆；5油石座；6油（2）若保证切削深度不变，则可降低磨具上的石；7油石的纵向振动波形；8弯曲振动波形；9节压力，减少珩磨力。点；l0纵振波形）。超声波发生器通电后，产生的超（3）使磨粒变得锋利，有利于提高切削效率。声频电振荡，通过换能器转换为超声机械振动，变幅（4）油石具有强的自砺性和弱的气孔堵塞性，杆将纵向振动振幅放大传给振动圆盘，挠性杆接收可提高生产效率、降低加工零件的表面形状误差。振动圆盘的弯曲振动，变成沿杆轴向方向的纵向振（5）由于高频振动提高了实际切削速度，并以动，再传递

5、给油石座，油石座带动油石在珩磨头体中动态冲击力作用于切屑，从而可以获得比较大的波以给定的频率纵向振动，在珩磨过程中头体不振动，前剪应力，有助于塑性金属趋于脆性状态，减小了塑200l年5月收稿，2002年5月定稿。第l期超声珩磨在发动机缸套光整加工中的应用研究l43性变形，有利于切削。4!150mm孔径功率超声珩磨装置3关键技术该功率超声珩磨装置具有如下特点：声振系统的研究，是超声珩磨系统的核心，一般（l）采用纵振钛合金传输杆的压电换能器，通设计步骤是根据共振频率!、系统加工要求的振幅过振动系统传输，实现油石的纵向振动，而珩磨头体"，对变幅杆、声振系统进行初步计算，结合珩

6、磨孔不振动，耗能小，系统频率l8.2khz，振幅8~l5!m.径的大小，绘制装置草图，然后根据计算结果，首先（2）压电换能器中心有孔，加压顶杆从中心穿进行实验研究，寻求较优的结构尺寸作为设计参数，过，可方便地安装在各类型的立式珩磨机上。再对变幅杆进行修正计算，依此选购电致伸缩换能（3）油石座采用上下压盘定位，装卸方便。器及晶体管超声波发生器。该系统组成如图3.l（l（4）采用超短换能器。振动圆盘；2挠性杆；3油石座；4油石）。5工艺效果在普通珩磨机上，只需将普通珩磨头换成超声珩磨头即可实现超声珩磨。该"l50mm孔径功率超声珩磨系统基本可应用于生产，经过多次工艺试验及现

7、场应用（工件材料38cIMOni），可以达到较好的工艺效果。使用设备M42l5立式珩磨机、功率超声珩磨图3.l谐振系统图系统。Fig.3.lResOnancesystem仪器气动量仪、粗糙度仪、内径指示表。工艺条件珩磨余量为0.07~0.09mm.经有限元计算及多次实验，最后确定了达共振珩磨夹具与主轴同轴度偏差0.2mm以内。时的各部分尺寸见图3.2、图3.3、图3.4。主运动速度#主=l7~20m/min往复速度#往=l0~ll.5m/min采用W40铜基金刚石油石条，浓度为75%，三条组成一副，粗精一次珩成，经检验尺寸公差、圆度、圆柱