发动机缸孔珩磨多尺度精度预测与控制方法研究
发布时间：2021-03-31 04:58
发动机缸体缸孔是汽车燃料燃烧、化学能向机械能转换的主要部位,其最后一道工序—珩磨加工的宏、微观精度对发动机的动力性能、摩擦功耗及其寿命都有很大的影响。而缸孔珩磨加工精度受到珩磨砂条几何尺寸、磨粒浓度、粒度、材料,珩磨转速、进给速率、珩磨压力、越程量以及前道加工工序误差等多重因素影响;缸孔珩磨后要求对包含圆度、圆柱度,粗糙度Ra、Rz、Rpk、Rvk、Rk、Mr1、Mr2等多维精度参数进行检测,多重影响参数与多尺度精度间的关系复杂,且精度公差要求极高,粗糙度控制范围达到2μm以内。因此,研究珩磨砂条质量、加工参数对缸孔精度的影响关系,实现缸孔珩磨多尺度精度的预测,对提升缸孔珩磨精度控制能力、提高生产稳定性和效率具有重要意义。目前国内、外对缸孔珩磨加工精度预测与控制的研究只分析较少加工参数的影响,而未能综合考虑缸孔珩磨加工前序误差、珩磨加工参数、砂条属性的综合的影响;其中缸孔珩磨仿真研究大多对砂条表面微观形貌进行简化,且只针对单阶段珩磨过程进行仿真,模型无法对缸孔珩磨加工的宏、微观精度进行同时预测。本研究针对发动机厂商缸孔加工中常采用的粗、精、平台珩多阶段顺次珩磨工艺过程,通过建立砂条微观...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缸孔珩磨交叉网纹Fig.1-1Cross-hatchedsurfacetextureofcylinderborebyhoning
上海交通大学硕士学位论文-5-(3)初期磨损高度Rpk，以ac为底边构建一个直角三角形，使其面积与tp=0%的界线、ac边和负荷曲线所包围的面积相等，此时tp=0%界线上高度即为Rpk。(4)油储存深度Rvk，以bd为底边构建一个直角三角形，使其面积与tp=100%的界线、bd边和负荷曲线所包围的面积相等，此时tp=100%的界线上的高度即为Rvk。(5)有效负荷粗糙度Rk，上述c、d之间的高度差即为Rk，它表示因长时间的磨损已无法使用时的磨损高度。1100()%NpiitcbL（1-1）图1-4负荷曲线及Rk族粗糙度计算方法Fig.1-4BearingareacurveandthecalculationofRkgrouproughnessparameters2.宏观几何精度缸孔珩磨宏观精度检测以圆度、圆柱度为主。缸体生产时，抽检部分缸体，通过三坐标仪对珩磨后的缸孔不同深度的圆周轮廓进行测量，来计算其圆度、圆柱度。图1-5显示了基于缸孔圆周轮廓测量对缸孔珩磨后圆度、圆柱度的检测，基于圆周轮廓计算各层圆度的方法包括最小区域法（MZC）、最小二乘法（LSC）、最小外接圆法（MCC）、最大内切圆法（MIC）[4]；通常采用三层圆周轮廓来计算缸孔圆柱度，其计算方法包括最大内切圆柱法、最小外接圆柱法、最小区域法和a)长度支撑率计算与绘制Abbott-Firestone曲线a)CalculationoflengthmaterialratioandplottingAbbott-Firestonecurveb)Rk族粗糙度计算b)CalculationofRkgrouproughnessparameters
上海交通大学硕士学位论文-14-2.2.1砂条加工工艺过程珩磨砂条的制造过程一般采用冷压烧结成型或热压成型工艺[39]，其工艺流程如图2-1所示，其中金属粉末配方对砂条的硬度影响较大，金属粉末与磨粒的配比、混料过程主要影响砂条内部磨粒浓度、空间位置分布，冷压或热压过程中压力与温度的控制则对珩磨砂条致密度、物相组成、微观硬度等的有着综合的影响[40]。图2-1珩磨砂条制备工艺流程Fig.2-1Manufacturingprocessofhoningstones砂条的表征参数除了几何尺寸，主要还包括磨粒强度、砂条粒度、砂条硬度、砂条浓度等参数。磨粒的强度与磨粒材料及质量有关，对珩磨网纹深度、加工稳定性，砂条寿命影响都很大；砂条粒度即磨粒大小，对珩磨加工表面粗糙度有较大影响。砂条强度是指磨粒脱落的难易程度，它决定了砂条的自锐性与使用寿命；砂条浓度是指砂条工作层单位体积中磨粒的重量，它直接影响珩磨表面支撑率。由于制造砂条的金属粉末配比、冷压、热压过程主要通过改变材料物理、化学属性来影响砂条的质量，砂条硬度、磨粒硬度也主要与金属粉末与磨粒的材料属性有关，难以在砂条表面形貌上体现它们的影响，因此在后续的预测模型中将重点关注混料过程、过筛过程、砂条粒度、砂条浓度等参数对砂条表面形貌的影响。2.2.2砂条表面形貌建模方法发动机缸体缸孔珩磨过程中，砂条的基体材料起着固定磨粒的作用，工件表面材料的去除主要由磨粒的切削与犁削作用完成，因此为分析珩磨过程而建立的静态砂条表面形貌将只关注磨粒的几何与分布特性，可以忽略表面形貌中基体材料的几何形态；磨粒的几何、分布特性将分为磨粒形状、大孝磨损、磨粒的空
本文编号：3110835
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缸孔珩磨交叉网纹Fig.1-1Cross-hatchedsurfacetextureofcylinderborebyhoning
上海交通大学硕士学位论文-5-(3)初期磨损高度Rpk，以ac为底边构建一个直角三角形，使其面积与tp=0%的界线、ac边和负荷曲线所包围的面积相等，此时tp=0%界线上高度即为Rpk。(4)油储存深度Rvk，以bd为底边构建一个直角三角形，使其面积与tp=100%的界线、bd边和负荷曲线所包围的面积相等，此时tp=100%的界线上的高度即为Rvk。(5)有效负荷粗糙度Rk，上述c、d之间的高度差即为Rk，它表示因长时间的磨损已无法使用时的磨损高度。1100()%NpiitcbL（1-1）图1-4负荷曲线及Rk族粗糙度计算方法Fig.1-4BearingareacurveandthecalculationofRkgrouproughnessparameters2.宏观几何精度缸孔珩磨宏观精度检测以圆度、圆柱度为主。缸体生产时，抽检部分缸体，通过三坐标仪对珩磨后的缸孔不同深度的圆周轮廓进行测量，来计算其圆度、圆柱度。图1-5显示了基于缸孔圆周轮廓测量对缸孔珩磨后圆度、圆柱度的检测，基于圆周轮廓计算各层圆度的方法包括最小区域法（MZC）、最小二乘法（LSC）、最小外接圆法（MCC）、最大内切圆法（MIC）[4]；通常采用三层圆周轮廓来计算缸孔圆柱度，其计算方法包括最大内切圆柱法、最小外接圆柱法、最小区域法和a)长度支撑率计算与绘制Abbott-Firestone曲线a)CalculationoflengthmaterialratioandplottingAbbott-Firestonecurveb)Rk族粗糙度计算b)CalculationofRkgrouproughnessparameters
上海交通大学硕士学位论文-14-2.2.1砂条加工工艺过程珩磨砂条的制造过程一般采用冷压烧结成型或热压成型工艺[39]，其工艺流程如图2-1所示，其中金属粉末配方对砂条的硬度影响较大，金属粉末与磨粒的配比、混料过程主要影响砂条内部磨粒浓度、空间位置分布，冷压或热压过程中压力与温度的控制则对珩磨砂条致密度、物相组成、微观硬度等的有着综合的影响[40]。图2-1珩磨砂条制备工艺流程Fig.2-1Manufacturingprocessofhoningstones砂条的表征参数除了几何尺寸，主要还包括磨粒强度、砂条粒度、砂条硬度、砂条浓度等参数。磨粒的强度与磨粒材料及质量有关，对珩磨网纹深度、加工稳定性，砂条寿命影响都很大；砂条粒度即磨粒大小，对珩磨加工表面粗糙度有较大影响。砂条强度是指磨粒脱落的难易程度，它决定了砂条的自锐性与使用寿命；砂条浓度是指砂条工作层单位体积中磨粒的重量，它直接影响珩磨表面支撑率。由于制造砂条的金属粉末配比、冷压、热压过程主要通过改变材料物理、化学属性来影响砂条的质量，砂条硬度、磨粒硬度也主要与金属粉末与磨粒的材料属性有关，难以在砂条表面形貌上体现它们的影响，因此在后续的预测模型中将重点关注混料过程、过筛过程、砂条粒度、砂条浓度等参数对砂条表面形貌的影响。2.2.2砂条表面形貌建模方法发动机缸体缸孔珩磨过程中，砂条的基体材料起着固定磨粒的作用，工件表面材料的去除主要由磨粒的切削与犁削作用完成，因此为分析珩磨过程而建立的静态砂条表面形貌将只关注磨粒的几何与分布特性，可以忽略表面形貌中基体材料的几何形态；磨粒的几何、分布特性将分为磨粒形状、大孝磨损、磨粒的空
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