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支撑液压缸缸体内孔加工工艺及问题浅析
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摘要:分析了起重机支撑液压缸缸体内孔加工工艺及加工过程中出现的影响加工质量的若干问题。

图1 液压缸零件图

图2 工件装夹示意

图3 加工示意

图4 浮动镗刀示意图

1.浮动镗刀 2.导向块 3.密封圈 4.压紧螺母
图5 镗刀头结构

图6 滚刀图

图7 波度现象示意

一、概述

支撑液压缸是起重机的一个重要部件,液压缸的性能可靠与否关系到起重机吊重时的安全,所以支撑液压缸技术要求高,体现在对零件加工精度要求高。缸体是液压缸的重要部件,它是由接头和法兰盘焊接在缸管上组成的。如图1 所示,缸体的钢管、接头和法兰盘所用的材料均为45钢。工件毛坯内孔为Ø210mm,外圆为Ø300mm,长为740mm。由于缸体孔径小,所用镗杆细,切屑不易排出,散热能力差,刀具容易磨损,给机械加工带来一定的困难。因此,应采用适当的工艺进行加工。

二、内孔加工中出现的间题

在加工过程中,缸体内孔加工出现如下问题。
  1. 内孔中心线偏斜,缸体壁厚不均匀。
  2. 缸体内孔两端口出现直径大小不一样的问题。
  3. 内孔表面凸凹不平,表面粗糙度达不到要求。

三、工艺基准的选择

缸体必须经过以下多道工序:粗车中心架基面→粗车外圆、内孔→焊接法兰→划6-Ø20孔线→钻铰6-Ø20→配柱销并焊接→退火处理→精车法兰定位面→粗镗→半精镗→精镗→滚压→车内孔各槽→钻孔。为了消除因缸体组合焊接而出现的内应力及材料硬度不均匀的问题,必须对缸体进行去应力退火,以减小工件变形量。在这些工序中关键工序为键孔至滚压内孔。为了保证镗孔及滚压后工件壁厚均匀,达到所需要的技术要求,在以后的镗孔及滚压、车内孔各槽加工中都以法兰面及中心架基面为基准,遵循基准统一原则。

四、影响加工质量若干问题的分析及解决办法

下面主要分析镗孔至滚压内孔等工序中出现的问题。在粗镗、半精镗、精镗及滚压加工中,所用设备为TZ120A深孔钻镗床。工件装夹方式如图2所示。为了消除机械加工中产生的大量切削热,便于排除切屑,并润滑对刀块及导向块,齿轮泵输出的油液要具有一定的压力及流量,经镗刀杆内通孔及镗刀体8个小孔流出,冷却刀头,同时将切屑从未加工表面冲出。为使排屑容易,切屑应为C 形屑。
  1. 粗镗、半精镗
    在粗镗、半精镗的加工中,为了减少镗孔时的径向力Fy,使切削速度快和切削深度大,应采用主偏角为75°的硬质合金镗刀,为保证理想的切削过程,在镗削孔径小的长缸筒时,由于镗杆细,系统刚度差,因此,应选用合理的切削用量。粗镗时,机床转速为30r/min,进给量为7.5mm/min ,切削深度为1.5mm ,内孔尺寸控制在Ø218mm ;半精锉时,机床转速为30r/min ,进给量为10.6mm/rnin ,切削深度为0.75mm ,内径尺寸控制在Ø219.5mm左右。
    1. 出现内孔中心线偏斜,造成缸筒壁厚不均匀的原因及对策 在半精镗加工中,在刀体尺寸符合现有工艺要求下,刀体导向块与其内孔间隙为0.10m m的情况下进行镗削时,由于镗杆刚度差,在切削抗力的反作用下,刀具会产生微量位移现象。虽然在镗头导向块的控制下,所镗出的内孔尺寸正确,但中心线在入口处必然偏斜0.10mm,造成此处壁厚差0.20mm 。当镗完工件全长736mm之后,壁厚差将增至1.14mm。由于半精镗与精镗之间的加工余量为0.50mm, 所以精镗后无法修正因中心线偏斜造成缸体壁厚不等现象。解决该问题的措施是:应将导向套与刀体导向块的间隙确定在0.02mm左右。这样刀具就不会偏移,缸体壁厚不等的间题就解决了。
    2. 半精镗后工件的一端尺寸正确而另一端尺寸超差的原因及对策 在半精镗的加工中,虽然试车时测得入口端尺寸在公差范围之内,但由于是封闭切削,在工件的加工过程中无法进行测量,当镗削完毕再进行测量时,就可能发现缸筒的出口端尺寸超差,而使精镗没有加工余量,容易出现废品。如图3所示,产生废品的原因是镗杆中心线与镗刀头中心线形成a角。由于偏斜,镗削工件时,造成镗头处于振摆状态。这样,加工内孔愈长,偏斜摆动愈大,出口端尺寸也就愈大。
      解决这一问题的办法是在镗头的设计中,使镗头中心线与镗杆中心线重合,不形成a角。这样就解决了端口大小不一样的问题。
  2. 精镗
    1. 为了使滚压后缸体精度达到图样设计要求,半精镗后要进行二次浮动精镗,选择镗刀为可调式浮动镗刀。
      如图4所示.刀头具有1°30’~2°的导向角,并有平直的修光刃,后角较小,即a=4°~6°。这样镗削时起挤压作用,使内孔表面粗糙度达Ra1.6µm,精度达IT7级。
    2. 由于镗刀块浮动,而工件又处于旋转状态,因此刀块有自动对中性,且导向良好。
      镗刀头结构如图5所示,图中的导向块为尼龙,有一定的弹性。用这种材料作导向块,既可避免擦伤已加工的表面,又可维持必要的导向要求。在调整导向块时,导向块应调整为略大于镗刀块尺寸。这样,在精镗时能自动磨去过盈量,而保持较准确的导向精度。
    3. 在生产实践中,我们运用了试验法。在第一次浮动精镗时,采用最佳转速为30r/min, 进给量为15mm/min,切削深度为0.2mm ,内孔尺寸控制在Ø219.9±0.01mm。第二次精镗时.采用最佳转速为30r/min,进给量仅为7.5mm/min,切削深度为0.05mm,内孔尺寸控制在Ø220+0.03+0.05mm。经过实际操作表明这个切削用量是比较合适的,为后面的滚压加工打下了坚实的基础。
  3. 滚压加工
    如图6所示,为了使缸体内孔在滚压后达到设计要求,在滚压时根据材质及结构尺寸,采用的滚压过盈量应在0.02~0.04mm之间。所用滚压器为可调整尺寸的球形滚压器。
    1. 在滚压加工中,进给量太大,单位时间内滚压密度不够,因此,滚压后的内孔会产生凸凹不平的表面,即产生波度现象,如图7所示。
      为进一步使缸体内孔更光滑,一般第一次滚压转速为70r/min,滚压进给量为15mm/min 。
      第二次滚压将进给量降为7.5mm/min。从而使缸体内孔表面粗糙度达到了技术要求。这样单位时间内的滚压次数就有所增多,滚压密度也就增大了,从而达到了克服波度现象,提高了产品质量。
    2. 滚压加工过程就是球形滚柱的中端R形角对工件表面强行压入,使工件表层发生塑性变形的过程。滚压过程的润滑和冷却与精镗一样。

五、结束语

本文通过对支撑液压缸缸体内孔加工工艺基准选择、粗镗、半精镗、精镗及滚压加工工艺及出现的间题分析,提出了合理可行的工艺路线及方法,保证了缸体加工质量,对同类型液压缸内孔的加工具有参考作用。

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