为了降低油耗，提升发动机性能，新型发动机对缸孔表面支承率等表面质量的要求越来越高。为保证质量，缸孔精珩磨工艺也不断地改进和提升，在生产中通常采用数控珩磨机和金刚石珩磨条的三次珩（平顶珩）工艺。支承率是缸孔珩磨表面质量中最难以保证的，如何较好地保证支承率，成为缸孔质量保证的关键，也是珩磨技术研究的重要课题。

支承率的定义
发动机缸孔表面质量要求通常有支承率、粗糙度（R、AR和Rmax）、波纹度（W）、网纹角和片状石墨开口率等。其中，支承率是比一般粗糙度指标要求更为严格的表面质量指标。在我公司，对于支承率指标需要进行能力值CES测定，必须确保CES合格。支承率指标通常由3项组成：磨合规范CR、运行规范CF和润滑规范CL。通常，磨合规范CR要求，0≤(Y1％－Y2％)≤0.6μm；运行规范CF 要求，0.5μm≤(Y2％－Y80％)≤1.8μm；润滑规范CL要求，0.4μm≤(Y80%－Y97%)≤1.4μm。图1所示为支承率指标的组成及测量位置。

图1 支承率指标的组成及测量位置

图2 粗糙度轮廓线

支承率定义的解释如下：
1. 粗糙度轮廓线如图2所示，支承长度Lci；支承长度率Tp = 截线支承长度之和（∑Lci） / 评定长度L。
2.磨合规范CR要求0≤(Y1％－Y2％)≤0.6μm，即Tp=1%的截线和Tp=2%的截线距离在0～0.6μm之间。
3. 运行规范CF要求0.5μm≤(Y2％－Y80％)≤1.8μm，即Tp=2%的截线和Tp=80%的截线距离在0.5～1.8μm之间。
4． 润滑规范CL要求 0.4μm≤(Y80%-Y97%)≤1.4μm，即Tp=80%的截线和Tp=97%的截线距离在0.4～1.4μm之间。
随着发动机技术的发展，新型发动机对支承率各规范值的控制范围更为严格。

三次珩磨工艺简介
对于前面举例的支承率要求，成熟的工艺为三次珩磨，即：粗珩、精珩和平顶珩，用三种珩磨条分三次进行珩磨。具体方法为：一个工位为粗珩，用于快速的磨削，减少精珩余量，保证精珩前的质量；一个工位通常为精珩和平顶珩，采用两套膨胀系统，双膨胀机构珩磨头。珩磨头结构如图3所示。精珩用磨料粒度较细的珩磨条，膨胀机构为机械式伺服电动机驱动，平顶珩用磨料粒度更细的珩磨条，控制珩磨力和时间以保证珩磨质量。精珩和平顶珩通常复合在同一个珩磨头上，能更好地保证珩磨表面质量，降低设备投资成本。

图3 珩磨头结构

多次珩磨作用的工艺试验及探讨
由于支承率的要求并不是特别高，为降低成本，我们进行了工艺优化实验，尝试用二次珩磨取代三次精珩，看工件表面质量是否能达到设计要求。
1.金刚石珩磨条精珩试验
试验方案：粗、精珩都采用金刚石珩磨条，计划通过优化精珩磨条（金刚石粒度、粘合剂配方等）和加工参数达到珩磨质量要求。
（1）优选珩磨条金刚石粒度。初选D40、D45和D50粒度的珩磨条进行试验发现，D40珩磨条金刚石粒度偏细，珩磨后润滑规范超下差；D50珩磨条金刚石粒度偏粗，珩磨后运行规范超上差，除支承率外，其余表面质量项目都合格。于是，我们决定采用D45粒度的金刚石珩磨条进行优化试验。
（2）D45珩磨条配方的优化。采用D45粒度，选用不同粘合剂和硬度的5种组合进行优化试验，希望能得到既保证质量又保证磨削效率的珩磨条。但试验的实际效果并不理想，要么与D40的珩磨效果一样，润滑规范不合格；要么与D50的珩磨效果一样，运行规范不合格，很难稳定地达到想要的中间效果。调整加工参数后，效果改善十分有限。实践证明，一次精珩要兼顾标准规定的运行规范和润滑规范实在太困难，因此只好放弃D45珩磨条优化试验。
（3）珩磨参数优化试验。采用D50珩磨条，通过调整膨胀力和速度得到的支承率值变化较小；大幅更改延时参数（精珩磨到尺寸后停止膨胀、继续珩磨的时间），由300sm加大到3s，运行规范有较大改进。但因运行规范结果本来比较大，在延时修磨过程中，珩磨条对缸孔壁珩磨压力的变化较大，造成珩磨条修磨高点（平顶）的效果不稳定，散差较大，效果时好时坏，存在超差情况，难以保证零件全部合格。在具备三次珩功能的珩磨机上，用第二次的珩磨条（精珩磨条）进行第三次珩磨（平顶珩），达到了规范要求的支承率，但运行规范CF值偏大。但当支承率值要求更严格时，该方法就难以保证了，必须用更细粒度的平顶珩珩磨条。
2.珩磨次数的作用及其对质量的影响
通过以上试验，可以得出二次珩磨（粗、精珩）和三次精珩磨表面质量差异很大，需根据产品对支承率的要求进行选择。珩磨次数对于珩磨工艺的设计是一个关键参数，为保证质量和效率，适当的多次珩磨是必须的。
一次珩（粗珩）是不可少的，粗珩磨料粒度粗且效率高，主要用于高效磨除大部分珩磨余量，消除精镗尺寸及形状误差对精珩的影响，为精珩作准备，保证为精珩提供稳定的、均匀的加工余量；修整圆度、圆柱度，使精珩质量和节拍稳定，提高珩磨效率。精珩余量通常在0.015mm以上（直径）。精珩余量过小，会出现残留粗珩痕迹，质量不稳定；余量过大，加工时间长，影响节拍。
二次珩（精珩）分两组参数加工，第一组参数适用于半精珩，较高膨胀速度磨削，提高圆度、圆柱度质量，给第二组参数精珩提供更均匀、稳定的珩磨余量。第二组参数适用于精珩，是保证珩磨质量的关键。当二次珩能达到质量要求时，就没有必要再进行三次珩；如果二次珩（精珩）不能稳定得达到表面质量要求，就必须进行三次珩。
三次珩（平顶珩），珩磨条磨料粒度更细，属于微量加工，主要改善表面质量，对尺寸影响甚微，可以忽略不计。通常控制珩磨力、珩磨时间或珩磨次数等参数来进行加工。第三次珩磨不能过度，只需起到修平顶的作用，否则就失去了三次珩的意义，反而会造成支承率值的不稳定。
只要选择好珩磨条，并控制好珩磨参数，三次珩就能达到珩磨质量要求。目前缸孔的表面质量要求，采用 4次珩的必要性不大。

珩磨表面支承率形成机理的探讨
通过珩磨试验和工艺参数调整的试验，研究珩磨支承率的磨合规范、运行规范和润滑规范的加工形成机理，来探讨其质量保证方法。
1.润滑规范CL
润滑规范CL要求0.4μm≤(Y80%-Y97%)≤1.4μm，是控制珩磨纹沟槽底部支承率的参数，主要由二次珩的精珩珩磨条磨粒切削形成。精珩珩磨条磨料的粒度、配方对其影响最大，零件的材质、加工参数对其也有一定的影响，但相对较小。
如果粗珩给精珩留的余量较小或粗珩的形状误差很大，导致粗珩的沟槽残留在成品表面，那么粗珩就会影响到CL的结果，造成表面质量的不稳定或不均匀。正常情况下，粗珩的作用就是修整形状误差，给精珩做准备，留合适的、足够的精珩余量，以不影响精珩节拍和表面质量为目标。
2.运行规范CF
运行规范CF要求0.5μm≤(Y2%-Y80%)≤1.8μm，是由二次珩和三次珩（平顶珩）共同来保证的。如果仅由二次珩保证，就如同前面进行的珩磨试验，保证质量很困难，难以兼顾润滑规范要求。在研究过程中，对几个运行规范CF达到2～2.5μm的超差零件，进行了改善试验：用30um抛光带轻轻皴零件表面，相当于平顶珩，略修平高点，然后进行测量，运行规范CF达到0.7um，润滑规范CL没有变化，说明二次珩和三次珩（平顶珩）的有效结合是保证运行规范CF的关键。
3.磨合规范CR
磨合规范CR 要求0≤(Y1%-Y2%)≤0.6μm，是要求珩磨面没有较高的凸起。磨合规范CR与珩磨条的粒度关系很大，只要磨料粒度小于D50，基本能保证磨合规范。当然，磨合规范的值越小，要求磨料的粒度就越小。

珩磨条对珩磨质量、效率的影响
试验研究表明，珩磨条对珩磨的质量、效率和寿命的影响都非常大。珩磨条的配方是保证珩磨表面质量的关键。
磨料粒度对珩磨表面质量影响最为显著，对支承率，粗糙度R、AR和Rmax以及波纹度W、石墨开口率都有影响。粒度大的加工表面粗糙，但效率高，可用于粗珩；粒度小则反之。对于粗珩、精珩和平顶珩采用不同的、合适的磨料粒度，合适的切削参数，以保证质量和效率，可以通过试验加以优选。
硬度是由粘合剂配方保证的，金刚石珩磨条通过调整烧结的金属粘合剂的金属成分、配比来调整硬度，由珩磨条生产厂家根据珩磨试验结果来加以调整。硬度影响脱粒的快慢，对珩磨的影响仅次于粒度。硬度高，脱粒慢且寿命长，但磨钝的锋刃多，加工效率降低，支承率值小；硬度低则反之。
浓度是磨料和粘合剂的比例，对粗糙度AR、波纹度W及珩磨条寿命的影响很大，对效率等其他方面也有一定的影响，是珩磨条配方的一个重要参数。

珩磨参数的作用
珩磨试验研究和三次珩珩磨工艺的实践证明，珩磨参数对表面质量和效率有着很大的影响，其作用仅次于珩磨条。在确定珩磨次数和珩磨条后，珩磨参数的优化就是保证珩磨表面质量的关键。
1.余量分配
精珩磨余量分配影响质量和效率。精珩磨余量太小，前一工步有残留影响造成质量不稳或不合格，通常需要保证精珩磨余量大于0.012mm。在参数设定时，设定余量大于0.012mm，当低于设定值时设备出现报警，防止余量过小造成质量不合格。精珩第一组参数给第二组参数珩磨留的余量不能低于0.005mm，特别是在缸孔珩磨存在一定量变形时，第二组参数珩磨必须有均匀的、足够量的珩磨余量，否则有可能出现局部的网纹混乱和质量不均匀情况。综上可以得出如下结论：
（1）粗珩必须保证缸孔的圆柱度，不能有过大的锥度，避免精珩时因锥度造成余量不均匀，上下部分的支承率差异大，且表面质量不稳定。
（2）珩磨头本身的圆柱度非常重要，在设置珩磨参数时要关注珩磨头必须均匀磨损，否则就会产生圆柱度和支承率质量问题。
（3）精珩磨余量过大，珩磨时间长且效率低，会影响产能。
2.膨胀速度
膨胀速度是调整支承率值的主要珩磨参数。膨胀速度高，珩磨效率高，但粗糙度值变大，支承率CL、CF和CR值变大，珩磨力变大；速度低则反之。膨胀速度不能过大，过大有可能使珩磨力快速提高而设备不能及时反馈，出现珩磨头卡死，主轴不能转动。
3.珩磨力
珩磨力是限制膨胀的参数，当达到设定的珩磨力，膨胀停止，直到珩磨力降到设定的最低珩磨力，珩磨头才开始继续膨胀。珩磨力大，珩磨效率高、粗糙度值变大，支承率徝CL、CF和CR变大；珩磨力过大，会造成零件珩磨变形加大，圆度、圆柱度差，并影响石墨开口率降低；珩磨力低则反之。在生产中要关注整个加工过程中实际珩磨力的变化，如果珩磨过程中珩磨力很低，没有达到设定的珩磨力，此时为提高支承率值而提高珩磨力就失去了意义。
对于第三次珩磨（平顶珩），通常采用粒度很细的珩磨条，珩磨力越大，珩磨时间越长，第三次珩磨效果越凸出，支承率徝CF、CR变小，粗糙度R变小。特别要注意第三次珩磨珩磨力和珩磨时间不允许过大，不能通过第三次来降低CL 和AR，否则会造成质量的不稳定。 CL 和AR必须由第二次珩磨来保证，珩磨质量才能稳定。
4.延时时间
延时时间是珩磨到尺寸后膨胀系统停止膨胀，珩磨继续进行光整加工的时间。延时时间长，光整加工时间加长，支承率有微量改变，CF、CR减小；延时时间短则反之。
5.主轴转速和往复速度
速度高、效率高，是提高效率的重要手段，对粗糙度也有影响，受设备和网纹角限制不能过高，所以精珩时基本固定不变，不能用来作为支承率和粗糙度的调整参数。

结语
珩磨次数、珩磨条和珩磨参数是保证珩磨表面质量的3个不同层次的关键因素，对支承率的保证起决定性作用。
珩磨次数最为重要，是珩磨质量、效率和成本的保证，是珩磨工艺需要根据产品要求确定的首要参数。珩磨条是仅次于珩磨次数的重要因素，它会严重影响珩磨质量、效率和成本。珩磨参数是较低层次的重要因素，当珩磨次数、珩磨条选择正确时，珩磨参数对质量起决定作用。在工艺设计和调试时，我们首先确定珩磨次数，再确定珩磨条，最后是优化参数。在日常解决支承率质量问题时，我们要首先优化珩磨参数，当难以解决问题时再考虑优化珩磨条。