支撐液壓缸缸體內(nèi)孔加工工藝及問題淺析

 一、概述

    支撐液壓缸是起重機的一個重要部件，液壓缸的性能可靠與否關系到起重機吊重時的安全，所以支撐液壓缸技術要求高，體現(xiàn)在對零件加工精度要求高。缸體是液壓缸的重要部件，它是由接頭和法蘭盤焊接在缸管上組成的。如圖1 所示，缸體的鋼管、接頭和法蘭盤所用的材料均為45鋼。工件毛坯內(nèi)孔為Ø210mm，外圓為Ø300mm，長為740mm。由于缸體孔徑小，所用鏜桿細，切屑不易排出，散熱能力差，刀具容易磨損，給機械加工帶來一定的困難。因此，應采用適當?shù)墓に囘M行加工。

圖1 液壓缸零件圖

二、內(nèi)孔加工中出現(xiàn)的間題

在加工過程中，缸體內(nèi)孔加工出現(xiàn)如下問題。

內(nèi)孔中心線偏斜，缸體壁厚不均勻。

缸體內(nèi)孔兩端口出現(xiàn)直徑大小不一樣的問題。

內(nèi)孔表面凸凹不平，表面粗糙度達不到要求。

三、工藝基準的選擇

    缸體必須經(jīng)過以下多道工序：粗車中心架基面→粗車外圓、內(nèi)孔→焊接法蘭→劃6-Ø20孔線→鉆鉸6-Ø20→配柱銷并焊接→退火處理→精車法蘭定位面→粗鏜→半精鏜→精鏜→滾壓→車內(nèi)孔各槽→鉆孔。為了消除因缸體組合焊接而出現(xiàn)的內(nèi)應力及材料硬度不均勻的問題，必須對缸體進行去應力退火，以減小工件變形量。在這些工序中關鍵工序為鍵孔至滾壓內(nèi)孔。為了保證鏜孔及滾壓后工件壁厚均勻，達到所需要的技術要求，在以后的鏜孔及滾壓、車內(nèi)孔各槽加工中都以法蘭面及中心架基面為基準，遵循基準統(tǒng)一原則。

四、影響加工質(zhì)量若干問題的分析及解決辦法

    下面主要分析鏜孔至滾壓內(nèi)孔等工序中出現(xiàn)的問題。在粗鏜、半精鏜、精鏜及滾壓加工中，所用設備為TZ120A深孔鉆鏜床。工件裝夾方式如圖2所示。為了消除機械加工中產(chǎn)生的大量切削熱，便于排除切屑，并潤滑對刀塊及導向塊，齒輪泵輸出的油液要具有一定的壓力及流量，經(jīng)鏜刀桿內(nèi)通孔及鏜刀體8個小孔流出，冷卻刀頭，同時將切屑從未加工表面沖出。為使排屑容易，切屑應為C 形屑。

圖2 工件裝夾示意

1. 粗鏜、半精鏜

    在粗鏜、半精鏜的加工中，為了減少鏜孔時的徑向力Fy，使切削速度快和切削深度大，應采用主偏角為75°的硬質(zhì)合金鏜刀，為保證理想的切削過程，在鏜削孔徑小的長缸筒時，由于鏜桿細，系統(tǒng)剛度差，因此，應選用合理的切削用量。粗鏜時，機床轉(zhuǎn)速為30r/min，進給量為7.5mm/min ，切削深度為1.5mm ，內(nèi)孔尺寸控制在Ø218mm ；半精銼時，機床轉(zhuǎn)速為30r/min ，進給量為10.6mm/rnin ，切削深度為0.75mm ，內(nèi)徑尺寸控制在Ø219.5mm左右。

1) 出現(xiàn)內(nèi)孔中心線偏斜，造成缸筒壁厚不均勻的原因及對策

    在半精鏜加工中，在刀體尺寸符合現(xiàn)有工藝要求下，刀體導向塊與其內(nèi)孔間隙為0.10m m的情況下進行鏜削時，由于鏜桿剛度差，在切削抗力的反作用下，刀具會產(chǎn)生微量位移現(xiàn)象。雖然在鏜頭導向塊的控制下，所鏜出的內(nèi)孔尺寸正確，但中心線在入口處必然偏斜0.10mm，造成此處壁厚差0.20mm 。當鏜完工件全長736mm之后，壁厚差將增至1.14mm。由于半精鏜與精鏜之間的加工余量為0.50mm, 所以精鏜后無法修正因中心線偏斜造成缸體壁厚不等現(xiàn)象。解決該問題的措施是：應將導向套與刀體導向塊的間隙確定在0.02mm左右。這樣刀具就不會偏移，缸體壁厚不等的間題就解決了。

2) 半精鏜后工件的一端尺寸正確而另一端尺寸超差的原因及對策

    在半精鏜的加工中，雖然試車時測得入口端尺寸在公差范圍之內(nèi)，但由于是封閉切削，在工件的加工過程中無法進行測量，當鏜削完畢再進行測量時，就可能發(fā)現(xiàn)缸筒的出口端尺寸超差，而使精鏜沒有加工余量，容易出現(xiàn)廢品。如圖3所示，產(chǎn)生廢品的原因是鏜桿中心線與鏜刀頭中心線形成α角。由于偏斜，鏜削工件時，造成鏜頭處于振擺狀態(tài)。這樣，加工內(nèi)孔愈長，偏斜擺動愈大，出口端尺寸也就愈大。

圖3 加工示意

解決這一問題的辦法是在鏜頭的設計中，使鏜頭中心線與鏜桿中心線重合，不形成α角。這樣就解決了端口大小不一樣的問題。

2. 精鏜

1) 為了使?jié)L壓后缸體精度達到圖樣設計要求，半精鏜后要進行二次浮動精鏜，選擇鏜刀為可調(diào)式浮動鏜刀。

如圖4所示．刀頭具有1°30'～2°的導向角，并有平直的修光刃，后角較小，即α=4°～6°。這樣鏜削時起擠壓作用，使內(nèi)孔表面粗糙度達Ra1.6µm，精度達IT7級。

圖4 浮動鏜刀示意圖

2) 由于鏜刀塊浮動，而工件又處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此刀塊有自動對中性，且導向良好。

鏜刀頭結(jié)構(gòu)如圖5所示，圖中的導向塊為尼龍，有一定的彈性。用這種材料作導向塊，既可避免擦傷已加工的表面，又可維持必要的導向要求。在調(diào)整導向塊時，導向塊應調(diào)整為略大于鏜刀塊尺寸。這樣，在精鏜時能自動磨去過盈量，而保持較準確的導向精度。

1.浮動鏜刀 2.導向塊 3.密封圈 4.壓緊螺母

圖5 鏜刀頭結(jié)構(gòu)

在生產(chǎn)實踐中，我們運用了試驗法。在第一次浮動精鏜時，采用最佳轉(zhuǎn)速為30r/min, 進給量為15mm/min，切削深度為0.2mm ，內(nèi)孔尺寸控制在Ø219.9±0.01mm。第二次精鏜時．采用最佳轉(zhuǎn)速為30r/min，進給量僅為7.5mm/min，切削深度為0.05mm，內(nèi)孔尺寸控制在Ø220_+0.03^+0.05mm。經(jīng)過實際操作表明這個切削用量是比較合適的，為后面的滾壓加工打下了堅實的基礎。

3. 滾壓加工

    如圖6所示，為了使缸體內(nèi)孔在滾壓后達到設計要求，在滾壓時根據(jù)材質(zhì)及結(jié)構(gòu)尺寸，采用的滾壓過盈量應在0.02～0.04mm之間。所用滾壓器為可調(diào)整尺寸的球形滾壓器。

圖6 滾刀圖

1) 在滾壓加工中，進給量太大，單位時間內(nèi)滾壓密度不夠，因此，滾壓后的內(nèi)孔會產(chǎn)生凸凹不平的表面，即產(chǎn)生波度現(xiàn)象，如圖7所示。

圖7 波度現(xiàn)象示意

為進一步使缸體內(nèi)孔更光滑，一般第一次滾壓轉(zhuǎn)速為70r/min，滾壓進給量為15mm/min 。

    第二次滾壓將進給量降為7.5mm/min。從而使缸體內(nèi)孔表面粗糙度達到了技術要求。這樣單位時間內(nèi)的滾壓次數(shù)就有所增多，滾壓密度也就增大了，從而達到了克服波度現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

2) 滾壓加工過程就是球形滾柱的中端R形角對工件表面強行壓入，使工件表層發(fā)生塑性變形的過程。滾壓過程的潤滑和冷卻與精鏜一樣。

五、結(jié)束語

    本文通過對支撐液壓缸缸體內(nèi)孔加工工藝基準選擇、粗鏜、半精鏜、精鏜及滾壓加工工藝及出現(xiàn)的間題分析，提出了合理可行的工藝路線及方法，保證了缸體加工質(zhì)量，對同類型液壓缸內(nèi)孔的加工具有參考作用。