发动机缸孔 “平顶网纹”，还是“越光越好”？

 在汽车修理行业，发动机缸孔内表面加工技术的进步，经历了一个发展过程。十年前，我国大多数汽车修理厂的技师们也许会这样告诉客户：“缸孔珩磨得越光亮，说明这个发动机修得棒！”有这样一种检测方法：放进一份报纸，光亮如镜面、足以反射出报纸上文字的缸孔才是合格的。
而现在，人们意识到这种方法已经落后，具有平顶网纹的缸孔才是最好的。

一 平顶网纹的原理及应用

1.1 认识平顶网纹

解体一台新的汽车发动机并观察缸孔内表面，我们可以看到，上面分布着交叉状网纹， 这就是平顶网纹（如图 1示）。它究竟是什么样的结构？又能起到什么样的作用呢？

图1 发动机缸孔表面的平顶网纹

 

图2 平顶网纹的峰谷形状示意

图 2 示意了平顶网纹的微观形状，它由平顶和低谷相间构成。在现代的发动机缸孔加 工工艺中，平顶网纹技术被广泛应用。

 

图3 油膜的厚度：随机油粘度增加而增加；随相对速度增加而增加；随载荷增加而减小。

图3所示，在2个相对运动的物体之间，油膜的存在使构成摩擦付的两个工件没有直接的接触，从而减少工件的相互磨损，这就是机油的润滑作用。因此，如何在工件之间建立并保持理想的油膜，是改善工作工况，延长工件使用寿命的关键所在。
流体动力学原理告诉我们：油膜厚度受机油粘度、工件运动速度和负荷的影响。负荷则与两个工件相邻表面的形状有很大关系。
过去，人们通常使用普通珩磨工艺加工发动机缸孔。如图4示：在微英寸级标尺下观察 普通珩磨的表面是由高低不平的尖峰和低谷交替构成的。采用这种工艺的发动机出厂后必须经历磨合期。磨合期内，发动机只能在较低转速和负荷工作，经过很短的里程间隔就必须更 换机油。否则，将会引发早期磨损故障而减低发动机使用寿命。

图4 普通珩磨后的缸孔内表面

图 5 示意了普通珩磨的缸壁与活塞环之间的接触状况：承载面积小，接触负荷大，无法建立连续、有效的油膜。尖峰刺破油膜而与对面的工件相干涉，如果此时加大发动机工作负荷，必然产生严重磨损。

图 5 普通珩磨的两个工件，尖峰相互干涉

磨合后的发动机才开始真正意义的使用，即使全速全负荷也毫发无伤。科学、规范的操作和保养可使发动机正常运行几十万公里也无须大修。那么磨合好的缸孔是什么样的呢？

专家们对此进行了深入研究，图6 所示的是磨合后的缸孔，可以看到，尖峰消失了，这些相间的平顶和低谷，就是“平顶网纹”。

图6磨合后的缸孔内表面

可见，磨合后得到的“平顶网纹”是最理想的配合表面。人们开始研究“平顶网纹”加工工艺，在工厂里直接加工出这种网纹，而不再需要漫长的磨合过程。从图7 可以看到，加工出的平顶网纹与磨合后的表面极为相似。平顶网纹的加工过程，就是“人造磨合。它花费的时间是30 秒钟，而不是汽车低速低负荷跑上几百、上千公里。

图 7 专业珩磨机加工出的平顶网纹

1.2 平顶网纹的功用

这项技术广泛应用于多个行业。在发动机的加工应用中，平顶网纹的优势体现在以下几个方面：
◆储油功能—良好的润滑 如果在缸壁与活塞环之间没有连续、有效足够的油膜，就会形成干磨，产生较大磨损，影响发动机的寿命。平顶网纹在低谷区贮存机油，充分润滑环、壁摩擦付，很好的解决了这个问题。

而普通珩磨的缸孔虽然光如镜面，但是润滑条件并不良好，如果在磨合期内增加发动机工作负荷，就会给缸壁和活塞环带来严重磨损，从而导致发动机过早报修。

◆减少机油消耗—在平顶网纹的加工过程中，尖峰、毛刺被清除掉；而普通珩磨的缸孔则以活塞环和缸壁的磨损为代价，并且产生许多铁屑掉入机油盘，因而磨合期间要频繁更换机油。

平顶网纹技术可以保持机油更加洁净，延长机油的更换周期，从而减少机油消耗。

◆利于活塞环密封—科学的测量和计算表明：图 4中普通珩磨的摩擦付承载面积不到总配合面积的5%；在 图 5 或图 7中，这个比例则超过了 80%。接触面积的增加，显然提高了活塞环的密封性。
平顶网纹技术具备如此多面的优点，成为当代发动机缸孔加工的核心技术之一。而普通珩磨技术正在退出汽修行业，“越光越好，不是科学的修理方法。它是在特定历史阶段，受到设备和技术制约的一种低端技术。取而代之的当然是平顶网纹技术。

二如何得到平顶网纹？

加工平顶网纹，下面这两个步骤是最重要的：

 

图8 平顶网纹的两道工序

第一步，珩磨网纹。图 9所示的是珩磨后的缸孔

图9 肉眼观测到的缸孔网纹

图10 网纹角度

总体来讲，对网纹有 2 方面的要求：
■网纹角度，如图10所示，角度A叫做网纹角度，A角由珩磨机的冲程速度、主轴转速、冲程长度等参数确定。不同的发动机制造商对 A角要求有所区别，但通常在45°到60°之 间。A角过大，储油能力下降，在发动机启动和加速工况，因机油不足而加剧活塞环磨损；A角过小，影响油膜的均匀，并且影响油环刮油效果，而导致机油消耗增加。

平顶网纹的R 指标

图11 描述平顶网纹的参数
图 11列出了用以描述和评价平顶网纹的 Rpk、Rk和 Rvk这三个参数，它们之间是相 互关联的。根据不同的润滑和配合需求，各个发动机制造商对它们有不同的设定。在加工过 程，通过调整设备的功能选择、更换磨料粒度等方式，可以得到不同的数值。有趣的是，虽 然不同厂家的设定值有所差别，生产出的发动机性能相差不大。

图中右边可以看到，在总高度降低 20%的时候，实际接触面积达到了80%。面积越大 接触载荷越小，润滑条件越好，这是与前面的论述相呼应的。
第二步，削平尖峰，形成平顶网纹

PHT平台网纹专用碳刷是加工平顶网纹最有效的工具之一。第一阶段的珩磨之后，以 PHT替换油石，对缸孔进行数十秒钟的处理即可得到满意的平顶网纹。图12说明了它的 加工过程。

 

图12 PHT平顶网纹珩磨工艺加工缸孔的变化过程

三 加工平顶网纹的设备和技术要求

要得到理想的平顶网纹，必须配备具有相关功能的加工设备，这种设备应该做到：精确地控制主轴转速、冲程速度和冲程长度，这几个参数决定了平顶网纹的平面形状
能否符合原厂设计要求；

精确调整进给速率和进给压力，以保证理想的粗糙度，过低或过高都会影响发动机寿
命；

精密的珩磨工具和磨料必不可少—经验证明，珩磨工具的好坏直接影响到工件的加工
质量。

正确的测量仪器，可以准确测量平顶网纹的相关技术参数，从而保障网纹加工质量。