一种提高活塞表面粗糙度的加工方法与流程

本发明属于火焰喷涂后的零件表面超高精度光整加工技术领域，主要涉及一种提高火焰喷涂后活塞表面粗糙度的加工方法。

背景技术：

活塞表面强化由镀铬改为HVOF(超音速火焰喷涂)喷涂碳化钨涂层是一种趋势。特别是民机产品，更是对环保的表面处理技术提出更高的要求，表面粗糙度达到Rp≤0.2，目前国内的加工方法很少涉及，在前期研究的一些课题中都无法满足设计图样要求，导致HVOF技术在活塞表面的应用停滞不前。

技术实现要素：

本发明的目的是：针对传统的加工方法对提高HVOF后的活塞表面粗糙度无明显效果，无法满足设计图样要求，提供了一种提高活塞表面粗糙度的加工方法。

本发明的技术解决方案：一种提高活塞表面粗糙度的加工方法，该方法包括如下步骤：

对活塞表面做HVOF处理，进行精密磨削，然后研磨活塞表面，其特征在于：在研磨活塞表面时，根据加工零件尺寸设计专用研磨套；通过外力使研磨套内孔涂敷研磨膏，然后与被研磨零件夹紧对研磨活塞表面进行研磨。

所述研磨套为沿轴线方向开口的圆筒，内孔尺寸比研磨零件外圆尺寸大0.003mm～0.008mm，厚度尺寸为研磨外圆的1/5。

所述研磨套内孔涂敷研磨膏为金刚石研磨膏。

所述研磨套开口尺寸是研磨套直径的5％-10％。

本发明具有的优点和有益效果：提供了一种提高活塞表面粗糙度的加工方 法，提高了活塞表面粗糙度，解决了其它方法无法满足设计图样要求的难题；利用专用研磨套和合适粒度的金刚石研磨膏，对磨削后的HVOF活塞表面进行研磨，使活塞表面质量提高，满足Rp≤0.2，首次解决了活塞表面粗糙度无法达标的技术难题。

附图说明

图1、加工案例1短活塞零件示意图

图2、加工案例2长活塞零件示意图

图3、加工流程示意图

图4、案例1研磨套结构示意图

图5、案例2研磨套结构示意图

具体实施方式

本发明主要是为了解决传统磨削+抛光工艺满足不了火焰喷涂表面质量要求高的问题。采用喷涂后磨削+研磨的工艺，通过设计专用研磨套，采用合适颗粒度的研磨膏和研磨参数，最终满足图样表面Rp指标。

1)活塞表面HVOF

a)根据零件的加工尺寸选用超音速火焰喷涂设备；

b)活塞表面超音速火焰喷涂材料成分：根据零件的材料和基体表面的粗糙度要求，选取材料；

c)根据加工的具体实施方案确定超音速火焰喷涂参数：

喷涂距离(mm)：确定喷嘴到零件表面的垂直距离；

喷涂速率(g/min)：每分钟喷涂材料的质量；

氧气流量(L/min)：每分钟氧气流入的体积；

煤油燃料流量(L/min)：每分钟送入燃料的体积；

送粉气流量(L/min)：每分钟送入喷涂材料气化的粉末体积；

孔隙率(％)：喷涂后粘覆在集体表面的材料空孔占整个材料的百分比；

2)精密磨削

a)根据零件尺寸大小、加工精度要求选择精密磨削设备；

b)确定磨削参数

①CBN砂轮；

砂轮转速(m/s)；

进给(um/往复行程)；

走刀速度(mm/min)；

零件转速(m/s)；

c)精密磨削

①将零件一端装卡箍，两顶尖装夹定位；

②砂轮对刀，确定零点，编制程序；

③启动程序进行磨削；

d)为研磨留Φ0～0.01mm的余量；

其特征在于：

3)研磨活塞表面

a)根据加工零件尺寸选用研磨机床；

b)根据加工零件尺寸设计研磨套；研磨套为沿轴线方向开口的圆筒，研磨套内孔尺寸比研磨外圆尺寸大0.003～0.008mm，厚度尺寸为研磨外圆的1/5； 通过外力使研磨套内孔涂敷研磨膏，然后与被研磨零件夹紧进行研磨；

c)根据加工零件精度和材料成分确定金刚石研磨膏；

d)根据加工零件尺寸和精度确定研磨参数：

①机床转速约(rpm)；

轴向往复运动频率大约为(往复行程/S)；

每件加工时间为(S/d)；

e)用三爪将零件夹持在机床上，手持研磨套进行研磨，直至零件表面粗糙度达到Rp≤0.2要求；

4)用航空洗涤汽油将活塞表面的研磨膏清洗干净。

实施例1

本案例加工零件短活塞如图1所示，零件材料17-4PH，零件研磨表面的最终尺寸为直径Φ33.27(0～-0.025)mm，长度60mm，表面粗糙度算术平均偏差Ra≤0.1，平均高度Rz≤1.0，最大高度Rp≤0.2。加工难点：传统的磨削+抛光工艺，经常由于Rp值超差从而使零件报废。

具体的解决步骤如下：

1)活塞表面HVOF(超音速火焰喷涂)

a)超音速火焰喷涂设备；EvoCoat燃油型超音速火焰喷涂系统；

b)活塞表面超音速火焰喷涂材料成分：86％WC,10％Co,4％Cr；20um

c)确定的超音速火焰喷涂参数：

喷涂距离：390mm

喷涂速率：80g/min

氧气流量：795L/min

煤油燃料流量：28L/min

送粉气流量：67L/min

孔隙率是0.92％

2)精密磨削

a)精密磨削设备；MGB1420

b)确定磨削参数

①200#CBN砂轮；

砂轮转速37m/s；

进给2.5um/往复行程；

走刀速度220mm/min；

零件转速170rpm(0.28m/s)；

c)精密磨削

①将零件一端装卡箍，两顶尖装夹装在机床上；

②砂轮对刀，确定零点，编制程序；

③启动程序进行磨削；

d)为研磨留Φ0～0.01mm的余量；

3)研磨活塞表面

a)研磨机床；2MB260

b)设计专用的研磨套；如附图4所示；研磨套为沿轴线方向开口的圆筒，开口尺寸2mm，设置开口的目的是收缩力，研磨套内孔尺寸Φ33.27(0～-0.025)mm，比研磨外圆尺寸大0.003～0.008mm，厚度尺寸为研磨外圆的1/5；通过外力使研磨套内孔涂敷研磨膏，然后与被研磨零件夹紧进行研磨；

c)选用W10粒度的金刚石研磨膏；(要明确)

d)确定研磨参数：

①机床转速约570rpm；

轴向往复运动频率大约为2.2往复行程/S；

每件加工时间为25S～35S；

e)用三爪将零件夹持在机床上，手持研磨套进行研磨。

4)用航空洗涤汽油将活塞表面的研磨膏清洗干净。

实施例2

本案例加工零件长活塞如图2所示，活塞材料15-5PH，研磨表面的最终尺寸为直径Φ30.27(0～-0.025)mm，长度137mm，表面粗糙度算术平均偏差Ra≤0.1，平均高度Rz≤1.0，最大高度Rp≤0.2。加工难点：传统的磨削+抛光工艺，经常由于Rp值超差从而使零件报废。

具体的解决步骤如下：

1)活塞表面HVOF(超音速火焰喷涂)

a)超音速火焰喷涂设备；EvoCoat燃油型超音速火焰喷涂系统；

b)活塞表面超音速火焰喷涂材料成分：86％WC,10％Co,4％Cr；25um

c)确定合适的超音速火焰喷涂参数：

喷涂距离：330mm；

喷涂速率：65g/min；

氧气流量：775L/min；

煤油燃料流量：20L/min；

送粉气流量：58L/min；

孔隙率是0.89％

2)精密磨削

a)精密磨削设备；S20

b)确定磨削参数

①200#CBN砂轮；

砂轮转速33m/s；

进给1.9um/往复行程；

走刀速度190mm/min；

零件转速140rpm(0.22m/s)；

c)精密磨削

①将零件一端装卡箍，两顶尖装夹装在机床上；

②砂轮对刀，确定零点，编制程序；

③启动程序进行磨削；

d)为研磨留Φ0～0.01mm的余量；

3)研磨活塞表面

a)选用2M8260型研磨机床；(要明确)

b)设计专用的研磨套；如附图5所示；研磨套为沿轴线方向开口的圆筒，开口尺寸2mm，设置开口的目的是收缩力，内孔尺寸比研磨外圆尺寸大0.003～0.008mm，厚度尺寸为研磨外圆的1/5；通过外力使研磨套内孔涂敷研磨膏，然后与被研磨零件夹紧进行研磨；

c)选用W10金刚石研磨膏；

d)确定研磨参数：

①机床转速约470rpm(中档)；

轴向往复运动频率大约为1.8往复行程/S；

每件加工时间为18S～22S d)；

e)用三爪将零件夹持在机床上，手持研磨套进行研磨。

4)用航空洗涤汽油将活塞表面的研磨膏清洗干净。