竇作為 黃海珍 劉同燎 王道富 吳高銀 劉浩

（黃石東貝電器股份有限公司 湖北黃石 435000）

冰箱往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸座錐形缸孔珩磨工藝技術(shù)探討

竇作為 黃海珍 劉同燎 王道富 吳高銀 劉浩

（黃石東貝電器股份有限公司 湖北黃石 435000）

本文主要介紹了冰箱往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸座錐形缸孔兩種珩磨形式工藝技術(shù)特點(diǎn)：珩磨頭連續(xù)往復(fù)沖程式粗、精珩磨錐形缸孔、多根珩磨頭順序鉸珩錐形缸孔。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析及工藝試驗(yàn)，鉸珩錐形缸孔質(zhì)量比較穩(wěn)定，并已實(shí)施，效果良好，錐形缸孔質(zhì)量完全滿足了壓縮機(jī)要求，壓縮機(jī)性能COP值提升了0.02～0.03。

冰箱往復(fù)式壓縮機(jī)；往復(fù)沖程；珩磨；鉸珩；氣缸座錐形缸孔

1 引言

冰箱壓縮機(jī)是冰箱制冷系統(tǒng)的心臟，而冰箱壓縮機(jī)氣缸座又是冰箱壓縮機(jī)的核心零件。冰箱壓縮機(jī)氣缸座的制造成本、加工節(jié)拍和加工質(zhì)量直接決定冰箱壓縮機(jī)生產(chǎn)效率。氣缸座、活塞、閥體組件、氣缸蓋組件等組成氣室，是壓縮機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)中重要組成部件。其主要工作系統(tǒng)是缸孔與活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的摩擦副。為了減少往復(fù)式壓縮機(jī)活塞與氣缸座缸孔的磨擦損耗，提高壓縮機(jī)效率，我公司成功研制了錐形缸孔這項(xiàng)專利。此氣缸座可消除或減小因零件形位誤差（活塞銷孔垂直度、連桿平行度、氣缸座兩孔垂直度誤差）導(dǎo)致異常的功率損耗，可使壓縮機(jī)COP值提高0.02～0.03。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸座錐形缸孔珩磨工藝要求

目前在壓縮機(jī)行業(yè)的制造工藝中，缸孔的精加工大都采用珩磨加工，這是因?yàn)楦卓妆砻尜|(zhì)量有嚴(yán)格并特殊的要求，缸孔除了尺寸、幾何精度比如圓度、柱度、錐度、表面粗糙度等一般要求外，還對(duì)表面質(zhì)量有特殊的要求，為了能使缸孔工作時(shí)能得到很好的潤(rùn)滑，表面要能夠儲(chǔ)存少量的潤(rùn)滑油以便建立良好的油膜，因而缸孔表面要求有按一定方向有規(guī)律排列的網(wǎng)紋。壓縮機(jī)錐形缸孔的表面質(zhì)量詳細(xì)要求見(jiàn)珩磨工序工藝附圖A（圖1）。

從圖1上我們知道，錐形缸孔第一段，缸孔的圓柱度要求為0.0015mm，圓度0.0015mm，第二段缸孔圓度0.0015mm錐度要求較大，缸尾大。依據(jù)工藝要求，在孔的軸向四個(gè)截面用電子柱量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，在圓周方向測(cè)量每個(gè)截面的圓度大小，并且在四個(gè)截面當(dāng)中，第一、二截面間的圓柱度大小0.0015mm；第三截面、第四截面的錐度0.014/24.8，缸孔粗糙度Ra0.3。要達(dá)到以上的表面質(zhì)量要求，選擇合適的珩磨砂條是很重要的，但光靠砂條還不能完全滿足表面質(zhì)量要求，還要有合適的珩磨沖程、沖程速度、珩磨主軸的回轉(zhuǎn)速度以及砂條的進(jìn)給速度等工藝參數(shù)，這些要素、參數(shù)對(duì)于珩磨質(zhì)量的保證起著至關(guān)重要的作用。

3 往復(fù)沖程式珩磨機(jī)的主要加工特點(diǎn)

A.往復(fù)沖程式珩磨機(jī)珩磨頭的加工難度較大，有一定的制造誤差，裝配后珩磨頭的珩磨油石一般在外圓磨床進(jìn)行修磨，珩磨頭修磨后的珩磨油石不可能形成一個(gè)歸整間斷的圓柱面，保證珩磨油石與被加工面都接觸良好，從而導(dǎo)致珩磨孔的圓度較大。同時(shí)還因?yàn)闆_程往復(fù)式珩磨機(jī)珩磨頭的4～8根砂條，被錐形閥芯上下移動(dòng)帶動(dòng)浮動(dòng)珩磨條徑向膨脹完成缸孔珩磨的，而氣缸座缸孔尾部有連桿退刀讓位槽，導(dǎo)致珩磨時(shí)珩磨頭各珩磨砂條受力不均勻，缸孔圓度呈多棱形。

B.往復(fù)沖程式珩磨機(jī)珩磨工藝：珩磨條隨主軸作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及往復(fù)運(yùn)動(dòng)同時(shí)，珩磨砂條向被加工孔的內(nèi)壁作一定的徑向進(jìn)給壓力和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表面接觸加工的珩磨方式。在加工過(guò)程中需要對(duì)加工尺寸進(jìn)行在線測(cè)量（氣動(dòng)量?jī)x）或用時(shí)間繼電器進(jìn)行控制，然后進(jìn)行微調(diào)或補(bǔ)償，然后加工到設(shè)定尺寸為止。由于機(jī)床氣壓不穩(wěn)定或毛坯前序質(zhì)量有一定的波動(dòng)等，導(dǎo)致珩磨孔的圓度及組別不穩(wěn)。而且珩磨頭主軸轉(zhuǎn)速及沖程速度較快，珩磨頭的制造誤差更易輻射至缸孔表面，導(dǎo)致缸孔圓度及圓柱度不穩(wěn)。

C.珩磨機(jī)夾具沒(méi)有浮動(dòng)性，珩磨接桿也是剛性連接。由于珩磨頭、夾具及機(jī)床有一定的制造誤差，珩磨頭與珩磨孔不嚴(yán)格同軸，珩磨頭的加工位置與氣缸座缸孔的位置度有一定的誤差，不能修正缸孔原來(lái)的位置誤差，對(duì)珩磨缸孔的圓度及圓柱度，有一定的影響。

D.珩磨工藝參數(shù)的選擇：根據(jù)缸體材料及缸孔的長(zhǎng)度選擇合適的砂條粒度和超程量。珩磨缸孔時(shí)，缸體缸孔端面朝上，缸孔第一段無(wú)錐度，基本平錐，要求缸孔上端珩磨頭超程較小近1/4，缸孔第二段錐孔錐度較大，0.014mm/24.8mm，要求超程量較大，由于超程量較大，導(dǎo)致砂條在缸孔尾部接觸面積大為減少，珩磨壓強(qiáng)突然增大，磨去金屬較多，達(dá)到錐形缸孔的錐度要求。由于珩磨砂條的超程較大，導(dǎo)致缸尾下端的圓度及表面粗糙度不穩(wěn)定。為了加工出直徑一致、圓柱度好的缸孔，必需調(diào)整好珩磨工作行程及相應(yīng)的越程量。如圖2工藝附圖B所示，若珩磨油石長(zhǎng)度為ls，孔長(zhǎng)為L(zhǎng)k，行程長(zhǎng)為L(zhǎng)x，上端越程量為l1，下端越程量為l2,則珩磨工作行程長(zhǎng)度按下列公式計(jì)算：Lx=Lk+l1+l2-ls。當(dāng)一端越程量大時(shí)，工件孔易產(chǎn)生喇叭口形；一端越程量大，一端越程量小時(shí)，則工件孔產(chǎn)生錐度。往復(fù)沖程式錐孔珩磨，依靠珩磨頭的超程量，試珩，保證缸孔的錐度。由于錐形缸孔的錐度0.019/24.8較大，要求珩磨頭的超程量較大。珩磨頭的超程大，珩磨頭與缸孔的間隙不均勻度增大,珩磨過(guò)程中的缸孔在線測(cè)量值不穩(wěn)定，導(dǎo)致缸孔的圓度、圓柱度、錐度及其組別不易控制。

圖1 工藝附圖A

圖2 工藝附圖B

E.經(jīng)相關(guān)工藝試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，珩磨孔徑的波動(dòng)范圍較大，缸孔尺寸、錐度、圓度及圓柱度比較離散。往復(fù)沖程式珩磨機(jī)珩磨缸孔錐孔圓度一般只能保證在0.003mm之內(nèi)，錐度截面測(cè)量誤差一般只能保證在±0.005mm之內(nèi)，孔徑組別不穩(wěn)，一般只能保證在0.006mm之內(nèi)。而缸孔與活塞微配合間隙不到10μm，最終只能靠選配來(lái)保證裝配精度要求。同時(shí)相對(duì)于缸孔直孔，錐形缸孔的珩磨頭的行程加大，相對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍加大，加工節(jié)拍約＞20秒/件。

珩磨缸孔圓度工序能力指數(shù)見(jiàn)圖3，缸孔圓度上限按1.5μm計(jì)算，珩磨工序能力指數(shù)為0。與壓縮機(jī)氣缸座錐形缸孔圓度要求1.5μm要求相差較遠(yuǎn)。

圖3 珩磨缸孔圓度工序能力指數(shù)

圖4 工藝附圖C

4 順序鉸珩珩磨機(jī)錐形缸孔珩磨加工工藝介紹

采用金剛石珩磨頭又名金剛石鉸刀，對(duì)缸孔作為最后一道精加工工序，由于其高效可靠精確，受到廣大孔加工工序的應(yīng)用。鉸珩工藝是將珩磨和鉸削工藝結(jié)合起來(lái)的一種新型工藝，用一組不同直徑的鉸刀將按尺寸從小到大的順序?qū)走M(jìn)行順次加工，每一珩磨鉸刀只作一次往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，去除預(yù)先設(shè)定的加工余量，最終擴(kuò)至加工尺寸要求和形狀精度、粗糙度要求。

如圖4，珩磨機(jī)采用西門(mén)子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)速度和位置的靈活調(diào)整，采用數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)速快，實(shí)現(xiàn)主軸箱的平衡精確往復(fù)，珩磨刀具、刀具接桿、夾具都采用全浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)很高的珩磨精度。珩磨機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，工作臺(tái)的快速轉(zhuǎn)位，和主軸的快速?zèng)_程保證了機(jī)床的較高工作效率。伺服馬達(dá)以及滾珠絲桿進(jìn)給系統(tǒng)給垂直高度的設(shè)置精度十分方便快捷。計(jì)算機(jī)程序控制的驅(qū)動(dòng)器使機(jī)床設(shè)置簡(jiǎn)單易行。金剛石涂層超硬耐磨珩磨鉸刀壽命長(zhǎng)，加工孔精度分散度小，加工效率高，成本低，只需一次自動(dòng)循環(huán)就可完成孔的加工。

松遼流域地表水資源相對(duì)豐富，但缺乏調(diào)蓄工程，蓄水工程供水能力不足，引提水工程供水保證率偏低。近年流域地下水開(kāi)發(fā)利用發(fā)展迅速，地下水供水能力有較大提高，但大規(guī)模、高強(qiáng)度的持續(xù)性開(kāi)發(fā)，致使地下水開(kāi)發(fā)利用率較高，地下水水位普遍下降，流域內(nèi)大慶、遼陽(yáng)、通遼、四平等大中型城市已出現(xiàn)大面積的地下水漏斗，超采現(xiàn)象日趨嚴(yán)峻，迫切需要加大對(duì)流域地下水資源的合理開(kāi)發(fā)和保護(hù)力度，遏制地下水超采，防止出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

4.1 鉸珩加工孔的優(yōu)點(diǎn)

按照工序附圖要求設(shè)計(jì)一定錐度的珩磨頭，按照珩磨頭從小到大的順序、事先設(shè)定好的尺寸珩至最終尺寸（調(diào)整時(shí)用電子柱量?jī)x測(cè)量四個(gè)截面尺寸及圓度大?。?，經(jīng)試珩及批量生產(chǎn)，珩磨時(shí)孔徑波動(dòng)范圍可保證0.002mm之內(nèi)，珩磨孔的粗糙度在Ra0.3之內(nèi)，珩磨孔的錐度符合工藝要求，且珩磨頭只有一次往復(fù)進(jìn)給，無(wú)需徑向進(jìn)給，珩磨頭有極長(zhǎng)的使用壽命，保證了完全自動(dòng)化加工的可靠性，真正實(shí)現(xiàn)零件的完全互換。特別適用于大批量生產(chǎn)，單件生產(chǎn)節(jié)拍短(7～10秒/件)，生產(chǎn)效率高，成本低。

4.2 鉸珩珩磨機(jī)

機(jī)械模塊采用鑄造模塊焊接模式，不需要特殊安裝基礎(chǔ)，操作采用控制面板(GOP)實(shí)現(xiàn)人對(duì)機(jī)床各控制系統(tǒng)及各工藝參數(shù)的程序控制，進(jìn)給系統(tǒng)采用電氣—機(jī)械式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)后置測(cè)量補(bǔ)償，能夠保證最好的尺寸精度及幾何形狀，此控制系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)給，珩磨頭磨損檢查及過(guò)載安全檢查。珩磨頭扭矩超過(guò)設(shè)定時(shí)，機(jī)床報(bào)警。

4.3 工件在夾具上是浮動(dòng)的

珩磨頭與珩磨孔可不需嚴(yán)格同軸，珩磨頭不能修正缸孔原來(lái)的位置誤差，但能修正缸孔的形狀誤差，提高缸孔的形狀精度及表面光潔度。夾具采用軸向無(wú)間隙向下夾緊工件，保證珩磨頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，保證工件在水平方向有限移動(dòng)，在垂直方向無(wú)自由度，確保珩磨頭中心與珩磨孔同心，確保珩磨孔的精度要求。

4.4 數(shù)控順序鉸珩珩磨機(jī)

珩磨刀具（圖5）、刀具接桿與主軸結(jié)構(gòu)采用浮動(dòng)鉸接、夾具都采用全浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)很高的珩磨精度。金剛石涂層超硬耐磨珩磨鉸命長(zhǎng)，加工孔精度分散度小，加工效率高，成本低，只需一次自動(dòng)循環(huán)就可完成孔的加工。珩磨液為珩磨油，對(duì)珩磨頭及所珩孔進(jìn)行充分冷卻，減小珩磨孔的變形。

圖5 工藝附圖D

A.珩磨頭金剛石粒度按缸孔表面粗糙度要求及加工余量進(jìn)行選擇；缸孔粗珩時(shí)，一般會(huì)選用顆粒度較大金剛砂作為珩磨油石，主要是使缸孔內(nèi)表面的尺寸初步快速達(dá)到預(yù)想的形狀及尺寸，為后續(xù)珩磨奠定基礎(chǔ)。精珩使用金剛砂粒度較細(xì)的珩磨油石，目的是將缸孔磨削至尺寸及形狀公差基本達(dá)到最終的精度要求，這時(shí)精珩過(guò)程才能夠在工件表面上加工出相對(duì)較深的劃痕，這些劃痕即是壓縮機(jī)工作過(guò)程中儲(chǔ)藏潤(rùn)滑油的溝槽。珩磨加工工藝的原理與砂輪磨削加工原理極為相近，珩磨的切削加工過(guò)程是由裸露在油石外表面而且比較鋒利的磨削顆粒形成的。其他油石上面的磨削顆粒隨著加工過(guò)程的推進(jìn)，外表層的磨削顆粒逐步脫落，油石里面的磨削顆粒逐步顯現(xiàn)出來(lái)參與切削過(guò)程。所有磨削顆粒實(shí)際上是在經(jīng)歷同樣一個(gè)加工過(guò)程：滑擦→耕犁→切削。而珩磨加工有一些顯著的特點(diǎn)：珩磨油石線速度較低，基本不會(huì)對(duì)工件表面造成燒傷；珩磨加工余量較少，生產(chǎn)效率較高，批量較大生產(chǎn)宜采用此種方式；珩磨是在被加工工件表面通過(guò)切削出的溝槽交叉形成特有的網(wǎng)紋，并通過(guò)交叉網(wǎng)紋的角度變化來(lái)滿足壓縮機(jī)性能的特殊要求的。氣缸孔的珩磨加工過(guò)程，好似一個(gè)具有較大刀尖圓角半徑和很大負(fù)前角的刀片在進(jìn)行加工。體積及形狀都極不規(guī)則的磨削顆粒分布在珩磨油石表面，部分未參與真正切削的磨削顆粒在被加工工件表面劃出較淺的溝槽，而經(jīng)過(guò)此過(guò)程后，磨削顆粒將被加工表面的金屬擠向兩旁形成隆起，缸孔珩磨過(guò)程中每個(gè)磨削顆粒都能形成一定的溝槽和隆起。其中的溝槽在壓縮機(jī)工作過(guò)程中起到儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的作用。

圖6 1.5μm鉸珩錐孔珩磨工序能力指數(shù)

圖7 8～12μm鉸珩錐孔珩磨工序能力指數(shù)

B.鉸珩時(shí)主軸旋轉(zhuǎn)速度、工進(jìn)速度按珩磨缸孔孔徑、圓度、表面粗糙度及網(wǎng)紋夾角大小進(jìn)行選擇。各主軸轉(zhuǎn)速及工進(jìn)速度通過(guò)顯示屏進(jìn)行人工設(shè)定。

C.珩磨的加工效率、珩磨油石的磨損和加工件的表面質(zhì)量都有很大的影響。珩磨的網(wǎng)紋夾角與切削效率之間的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，在一定范圍內(nèi)網(wǎng)紋角大(小角度范圍)，即在珩磨頭轉(zhuǎn)速一定的情況下，增大往復(fù)速度，作用于磨粒上的切削力方向變化迅速，磨粒脫落較快、自礪性較好，切削效率增大，但被加工工件表面粗糙度變大。粗珩珩磨網(wǎng)紋夾角變大為40～60°之間，精珩夾角為20～40°之間。

D.鉸珩錐形缸孔珩磨的珩磨頭工作行程，依據(jù)珩磨頭形狀及缸孔圓度、圓柱度、錐度要求進(jìn)行調(diào)整及人工設(shè)定。鉸珩通過(guò)錐度較小及較大的珩磨頭進(jìn)行一定順序的珩磨，能加工出缸孔前段為小錐度孔、后段為大錐度孔，這種錐形缸孔可消除或減小因零件形位誤差（活塞銷孔垂直度、連桿平行度、氣缸座兩孔垂直度誤差）導(dǎo)致異常的功率損耗。鉸珩珩磨技術(shù)又進(jìn)一步改善了缸孔與活塞環(huán)工作結(jié)合面的潤(rùn)滑條件，達(dá)到了降低缸孔表面及活塞環(huán)表面磨損程度的目的，減少了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦副，達(dá)到提升壓縮機(jī)性能及可靠性指標(biāo)。同時(shí)因鉸珩珩磨頭行程只有一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，生產(chǎn)節(jié)拍大大縮短，為7～10秒/件。

4.6 珩磨油石的修整

由專業(yè)珩磨頭供應(yīng)商進(jìn)行修磨，確保珩磨頭的精度要求。

4.7 鉸珩錐孔珩磨工序能力指數(shù)

鉸珩錐孔珩磨工序能力指數(shù)見(jiàn)圖6、7，從中可看出鉸珩錐孔圓度、缸孔后段錐度工序能力指數(shù)＞1.33，鉸珩工序能力完全滿足氣缸座錐形缸孔工藝要求。

從珩磨機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工原理、珩磨頭及夾具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、珩磨頭修整、工藝參數(shù)、加工結(jié)果幾個(gè)方面對(duì)加工錐形缸孔使用的傳統(tǒng)珩磨和鉸珩工藝進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明鉸珩相比傳統(tǒng)珩磨工藝具有運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)潔高效、刀具耐用度高、剛性好、成本低、加工品質(zhì)穩(wěn)定、效率高等特點(diǎn)，是大批量加工錐形缸孔的理想工藝。通過(guò)工藝研究與試制，在順序鉸珩珩珩磨機(jī)設(shè)備上完成錐形缸孔的加工任務(wù)，其生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)成本與圓柱形缸孔相當(dāng)，具有極好的經(jīng)濟(jì)性。

[1] 孫健，曾慶福. 機(jī)械制造工藝學(xué)

The features about two techniques of honing process of cone-shaped cylinder hole

DOU Zuowei HUANG Haizhen LIU Tongliao WANG Daofu WU Gaoyin LIU Hao
(Huangshi Dongbei Mech-Electrical Group Co.,Ltd. Huangshi 435000)

This article mainly introduces the features about two techniques of honing process of cone-shaped cylinder hole, which is widely used for cylinder block in refrigerator reciprocating compressor. One is rough and finish honing of cone-shaped cylinder hole with continuous reciprocating stroke, the other is cone-shaped cylinder hole with sequential reaming and honing. Through the comparison and experiment analysis, the cone-shaped cylinder hole with reaming and honing is strong for reliable quality and good performance. Furthermore, its method of process fully meets the requirements of the compressor and improves Coefficient of Performance (COP) of the compressor from 2 percent to 3 percent.

Reciprocating compressor for refrigerator; Honing with reciprocating stroke; Reaming and honing; Cylinder block; Cone-shaped cylinder hole