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      日本珩磨的前塵今朝 之日本珩磨機的應用現狀

      時間:2021-12-09來源:TAMIX株式會社

      導語:珩磨設備研發的初衷,主要是針對發動機缸體的鏡面效果以及為了達到交叉紋儲油潤滑的效果。隨著各類部件的內圓精度要求越來越高,當原來使用內圓磨進行加工的某些產品無法做到相應的精度,珩磨工藝才逐步地被作為后道工序,用于此類產品的加工。特別是對于內圓磨很難加工的小孔徑產品,通過珩磨工藝滿足了其各項精度要求,從而提高了珩磨在磨削加工領域的比重。

        珩磨設備研發的初衷,主要是針對發動機缸體的鏡面效果以及為了達到交叉紋儲油潤滑的效果。隨著各類部件的內圓精度要求越來越高,當原來使用內圓磨進行加工的某些產品無法做到相應的精度,珩磨工藝才逐步地被作為后道工序,用于此類產品的加工。特別是對于內圓磨很難加工的小孔徑產品,通過珩磨工藝滿足了其各項精度要求,從而提高了珩磨在磨削加工領域的比重。

        后來,在多沖程漲珩工藝以外,單沖程鉸珩加工(ONEPASS)開始普及,成為新的主流加工方法。單沖程鉸珩除了使更小孔徑的產品也可以實現高精度加工,同時在其它產品中也逐步達到了和漲珩工藝相同甚至更高的加工精度。

        單沖程鉸珩工藝和內圓磨工藝、多沖程漲珩工藝合并分類為內孔研磨工藝,對于更為接近的單沖程鉸珩工藝和多沖程漲珩工藝來說,并無孰優孰劣的區分,而是要根據自己產品的特點,針對性地去選擇不同的工藝。特別是面對高難度的加工要求,更需要工藝和設備融和貫通,才能展現極致的加工能力。

        下表為珩磨加工產品的應用示例,讀者可初步了解:

        

        前面我們提到過,日本珩磨設備制造商起源于20世紀40年代。從20世紀50年代開始,由于日本經濟的高速發展與市場繁榮,珩磨設備的制造商數量也增加了許多。但是,珩磨設備制造需要熟練的有經驗的技術人員,很多制造商因為無法應對市場對產品精度的高要求,不斷地被市場淘汰,余下的珩磨設備制造商都是擁有核心技術的企業。

      :大孔徑漲珩加工及工件(套筒)

        正是因為珩磨加工需要有著豐富經驗和熟練度的人員進行操作,致使即便擁有雄厚財力和市場基礎的機床制造商都很難涉足其中。日本的一家機床巨頭曾經組建專業團隊研發珩磨工藝在其既有設備上的應用,但繁瑣細膩的各類細節最終使其徹底放棄。

        近年來,由于TAMIX公司研發的疊動單沖程珩磨設備結構簡單,對操作者沒有嚴格的技術要求,因此被眾多設備制造商模仿,各種品牌的類似設備層出不窮。但是從實踐結果來看,越是看似簡單的加工工藝,代表著越為高超的技術,必須經過長期的經驗積累。經過一段時間的嘗試之后,由于無法跟上不停改變和提高的市場需求,日本國內的模仿廠商們大多停產。所剩無幾的單沖程珩磨設備制造者也必須要從單純的拷貝向獨立自主的技術積累、技術研發方向去發展,否則也將同眾多已經消失的模仿者一樣,很難長期生存下去。

      :小孔徑鉸珩加工及工件(槍管)

        從日本珩磨設備制造商的應用現狀來看,那些經歷過長期的市場檢驗,擁有較高品牌知名度的企業都各有專長,其所擅長的領域大抵如下:

        

        接下來,我們將主要討論珩磨工具擴張的多種方式。

        珩磨刀體、擴張楔、珩磨砂條三者組合成一個完整的珩磨刀具,一般通過推進擴張楔使珩磨條向左右張開,進而將工件內徑逐漸擴大,并提高內徑的尺寸精度及表面粗糙度。如下圖結構:

        通過擴張楔塊來擴張砂條是漲珩的基本概念,在日本國內,珩磨條的擴張方法在不同的年代也經歷了不同的變化。

        一、螺紋擴張方法

        這是通過旋轉珩磨刀體上的螺絲,使擴張楔塊向外推進,從而擴張珩磨條的方式。這種方式采取手動操作,每次的擴張量很有限,需要多次重復擴張來進行珩磨,所以對加工節拍的影響比較大,不太適合大規模生產。由于這種機構方式的成本相對低廉,因此目前仍在使用中。

        二、使用時鐘原理的擴張方法

        使用齒輪和彈簧,使主軸單元每次上下移動時都產生一次擴張。這種方法通常用于小孔徑工件的大規模生產加工。

        三、使用液壓缸進行擴展

        通過安裝在機器主體上的液壓缸推進擴張楔塊,從而擴張珩磨條。與手動方式相比,這種方法可以在更短的時間內加工,節拍可以顯著優化。而且由于珩磨條受到的壓力大,所以最適合加工研磨余量大的產品。缺點是壓力過大時容易使珩磨條破損,或尺寸精度難以穩定。

        近年來,我們利用伺服閥等油壓技術可以將擴張壓力自如切換到低壓和高壓,珩磨條的擴張也可以實現高速擴張和低速擴張,在小孔徑珩磨中得到應用。

        四、彈簧內置擴張方法

        這是在刀柄連接部內置彈簧,通過彈簧壓力擴張楔塊,使珩磨條擴張的方法。由于刀柄連接部內置,易于從設備上拆卸和安裝。但是,由于使用彈簧產生的壓力在針對大孔徑工件時擴張壓力太小,因此僅適用于小孔徑產品。同時這種方法的尺寸精度無法把控,更多地局限于提高表面粗糙度等,所以這種方法通常被稱作簡易珩磨。

        五、電機擴張方法

        這是在主軸部分擴張珩磨條的方法,該方法通常使用伺服電機或步進電機來推進擴張楔塊,達到精確擴張的目的。電機擴張與液壓擴張相比,擴張的精度更高且更穩定,但相比液壓系統的重負載珩磨就顯得有點遜色了。

        對于圓度等精度要求嚴格的產品,這種方法適合于最后一道的精珩加工。由于每次上下移動以微米為單位推進擴張楔塊,所以加工節拍偏長是明顯的缺點。

        另外,珩磨機主軸單元的升降驅動方法也是珩磨工藝的關鍵因素之一。珩磨設備與內圓磨及其它切削設備不同,其主軸具有低轉速、高進給的特點,所以總體上還是將液壓系統作為珩磨升降運動的首選。但是,液壓方式的Z軸方向的定位,因進給速度而容易產生停止位置偏差,停止位置的不穩定就容易造成珩磨精度的不穩定。這也是這種方法的主要缺陷。

        近年來,使用滾珠絲杠升降移動的珩磨設備越來越多,滾珠絲桿和伺服電機的組合可以在Z軸方向進行精準控制。早期因為成本太高而較少被使用,現在因為價格已經容易被接受,才更加廣泛地被應用。

        總體來說,日本的珩磨設備及工藝的歷史并不長,但憑借著日本職人獨特的鉆研和創意,通過長期實踐和積累經驗,得以發展至今天。不過,日本大部分的珩磨設備制造商都是小型企業,在日復一日的經驗積累以外,去做珩磨理論基礎研究的卻極少,導致珩磨工藝特別是多沖程漲珩工藝的發展嚴重滯后于市場的需求。即便如此,日本國內的珩磨機制造商經過多年磨練,已在技術方面成長為可與歐美高端珩磨設備制造商并駕齊驅,同時在性價比方面更勝一籌。我相信中國的珩磨機制造商也會經歷類似的過程,在這過程中同樣地會有落后者倒下,先進者崛起。

        (下期預告:單沖程珩磨的進化史)

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