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  大直徑液壓缸缸筒內(nèi)孔鏜滾復(fù)合加工工藝
            大直徑液壓缸缸筒內(nèi)孔鏜滾復(fù)合加工工藝
                 吳雄彪  張雁平  王志明
           （金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江金華321007）
  摘要：液壓缸大直徑內(nèi)孔的加工或修復(fù)對小批量生產(chǎn)者而言是比較困難的，傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定。通過對C630車床的適當(dāng)改造，設(shè)計(jì)了一套專用夾具和滾壓器，采用鏜--滾復(fù)合加工工藝，較好地解決了實(shí)際生產(chǎn)難題。實(shí)踐證明，該工藝經(jīng)濟(jì)實(shí)用，加工精度和表面質(zhì)量高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
  關(guān)鍵詞：液壓油缸  加工工藝  復(fù)合加工
     

  1、前言
   圖1所示為一中型工程機(jī)械上的液壓油缸，缸徑¢100mm，長1060mm，表面粗糙度Ra0.4μm，圓度0.025mm，法蘭端面對內(nèi)孔垂直度要求為0.05mm。 由于長徑比L/D≥10，屬深孔加工。液壓油缸內(nèi)孔的尺寸精度和形狀精度、內(nèi)孔表面粗糙度的要求均較高，且缸筒內(nèi)孔的孔徑比大，加工上有一定難度。為較好地滿足上述要求，小批量加工液壓油缸內(nèi)孔的傳統(tǒng)工藝是在普通車床上或?qū)Ｓ蒙羁足@鏜床上將工件定位后，按粗鏜--半精鏜--精鏜--珩磨進(jìn)行加工。該加工工藝生產(chǎn)效率低，遇到毛坯不正常時(shí)，更是費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還容易打刀，刀具磨損快，使用壽命低。珩磨時(shí)工人勞動強(qiáng)度大，不易保證產(chǎn)品質(zhì)量，表面粗糙度不易保證。為了滿足小批量生產(chǎn)和修復(fù)油缸的工藝需要，本文利用現(xiàn)有的工藝裝備，設(shè)計(jì)了專用的滾壓器，采用鏜--滾復(fù)合加工工藝，解決了液壓油缸大尺寸內(nèi)孔的加工難題。
    
               圖1  液壓缸零件簡圖
  2、鏜--滾復(fù)合加工原理
  在滾壓加工中，滾壓元件（滾輪、滾珠或滾柱）在被加工孔壁表層沿圓周作螺旋式滾動，并對被加工孔壁施加一定的徑向壓力，工件在滾壓力作用下，其表層金屬產(chǎn)生彈性變形和塑性變形。塑性變形既使工件被加工表面的形狀發(fā)生變化，也使其組織結(jié)構(gòu)和物理性能發(fā)生改變，工件表面不平的波峰和波谷被熨平和填平，從而降低了表面粗糙度值和提高了工件的加工精度；被滾壓層金屬的晶格產(chǎn)生剪切滑移、嚴(yán)重扭曲、拉長、纖維化及破碎，使組織變得緊密，晶粒變細(xì)，晶粒形狀也沿著變形最大的方向延伸，在金屬表層內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，使金屬表面得到強(qiáng)化，提高表層的強(qiáng)度和硬度。
             
   圖2為滾壓內(nèi)孔時(shí)鋼球在孔壁上的軸向滾跡，圖中f1為相鄰兩鋼球在孔壁上的軸向滾跡的中心距。顯然，若滾壓時(shí)的軸向進(jìn)給量為f，在圓周上分布有m只鋼球，則，經(jīng)滾壓后不平度平均高度降低值為。
   根據(jù)弓形幾何尺寸的近似的計(jì)算可知:
      
  由此可見，滾壓加工的表面粗糙度與滾壓器的固有參數(shù)（滾壓元件的直徑、數(shù)量）及滾壓時(shí)的進(jìn)給量有關(guān)。因此，選用直徑較小且數(shù)量較多的滾壓器及采用較小的進(jìn)給量有利于達(dá)到表面粗糙度值較低的要求。如用鋼球直徑為¢6mm，圓周上分布6只鋼球的滾壓器加工內(nèi)孔時(shí)，若取f=0.4mm/r，則=0.00019mm，即滾壓后內(nèi)孔表面粗糙度Ra值達(dá)到0.02μm。這僅是理論計(jì)算，未考慮內(nèi)孔預(yù)加工表面粗糙度等因素對滾壓加工的影響。實(shí)際上，滾壓后的表面粗糙度值會比理論值大一些。試驗(yàn)表明：對預(yù)加工后表面粗糙度Ra值為6.3μm的中碳鋼內(nèi)孔滾壓后，其表面糙度Ra值可達(dá)到1.6~0.8μm，即可獲得較理想的表面粗糙度。
   3、滾--鏜復(fù)合加工裝備
  3.1 機(jī)床改裝
  本方案液壓油缸內(nèi)孔一次鏜滾加工用的是3Mc630車床，無法實(shí)現(xiàn)刀具的冷卻以及排屑。為此，設(shè)計(jì)了一套專用夾具、冷卻和排屑的油路系統(tǒng)，對設(shè)備進(jìn)行了改裝，如圖3所示。夾具的一端與機(jī)床主軸剛性連接，專門設(shè)計(jì)了排出鐵屑和冷卻油的集屑箱，冷卻油經(jīng)過濾再流回油箱內(nèi)循環(huán)使用。夾具的另一端是固定在機(jī)床導(dǎo)軌面上，利用液壓油缸上的內(nèi)圓倒角和工件端面定位夾緊。鏜滾壓裝置在加工時(shí)把鏜桿固定在大拖板箱上，利用機(jī)床的大拖板移動進(jìn)給。由于滾壓器在加工中會產(chǎn)生大量的切削熱量，切下來的鐵屑也無法排出，使刀具和滾壓器極容易損壞。為了解決這一問題，設(shè)計(jì)了一套專供冷卻和排屑的油路系統(tǒng)。用油泵向夾具的一端注入足夠的高壓冷卻油，通過導(dǎo)向套進(jìn)入工件，冷卻滾壓器和刀具。利用高壓油把鐵屑從未加工孔內(nèi)沖走，從夾具的另一端流入集屑箱內(nèi)。
通過機(jī)床改造，C630成了深孔加工機(jī)床，可以完成液壓油缸的加工。
       
    3.2 滾壓器
  圖4所示為滾壓器的基本結(jié)構(gòu)，它由前導(dǎo)向部分、工作部分、連接部分組成。前導(dǎo)向部分是在進(jìn)給端設(shè)置一導(dǎo)向套，以便引入粗鏜刀，有效保護(hù)粗鏜刀。連接部分主要是滾壓器與鏜桿的連接，大多采用螺紋聯(lián)接。工作部分是滾壓器的主要組成部分，主要有粗鏜刀、浮動鏜刀和滾壓頭組成，各自起著不同的作用，但又互相聯(lián)系。
          
    3.3.1 粗鏜刀
  為了預(yù)防破壞已加工表面，避免滾壓頭發(fā)生擠死現(xiàn)象，要求已加工的內(nèi)孔表面不允許殘留鐵屑。因此，在設(shè)計(jì)粗鏜刀、浮動鏜刀時(shí)，要考慮鐵屑向前排的問題，而后用油從待加工孔內(nèi)沖出。
  粗鏜刀有兩個(gè)切削刃，考慮到毛坯的余量不可能完全均勻，切削時(shí)兩切削刃的切削力不相等，徑向力不能相互平衡，會產(chǎn)生刀桿的彎曲和震動，粗鏜刀采用跨騎式結(jié)構(gòu)裝配在刀桿上。鏜削時(shí)靠軸向切削力的作用使其左定位面與鏜桿上鏜刀孔定位面緊密貼合，徑向靠鏜桿外圓定心，并用螺釘壓緊。主刃磨有雙重偏角45°及8°和雙重刃傾角（-5°及-30°），并在刃口上磨出分屑槽。這樣，刀尖強(qiáng)度好，走刀抗力小，可保證刀具工作時(shí)切削刃與刀桿同心，減少刀桿的彎曲和震動，為精鏜做好準(zhǔn)備。
    3.2.2 浮動鏜刀
  浮動鏜刀主要用于精鏜，以提高加工表面質(zhì)量，為滾壓作好準(zhǔn)備。其徑向尺寸可以調(diào)整。加工余量控制在0.15--0.2mm，為便于排屑，同粗鏜刀一樣，也做成雙重偏角（15°及30°）和雙重刃傾角（-25°及-8°），
這樣，切削刃長，切屑薄，使切削力減小，減少工件變形，從而修正了粗鏜刀對工件加工誤差的影響。
  粗鏜刀的刀體用45鋼，加工鋼件的刀頭用YT硬質(zhì)合金，加工鑄件的刀頭用YG硬質(zhì)合金。浮動鏜刀用高速鋼整體刀具。
    3.2.3 滾壓頭
  滾壓頭既起滾壓作用，又起著導(dǎo)向和剛性支承作用，以減少刀桿的彎曲和震動。滾壓頭是由相同尺寸的兩排滾柱在軸向上排列組成，它既起導(dǎo)向作用，又起滾壓作用。第一排滾柱起滾壓作用，同時(shí)也增強(qiáng)剛性和起到導(dǎo)向作用。經(jīng)滾壓后，工件表面產(chǎn)生一層冷硬層，可提高液壓油缸的耐磨性。滾壓時(shí)，滾柱的過盈量不宜太小，否則，會使精鏜過的孔表面細(xì)小刀痕無法滾壓掉，表面粗糙度達(dá)不到要求；過盈量也不宜過大，過盈量過大將使?jié)L壓阻力過大，易使孔的母線偏移。滾柱與滾道的接觸也不宜過小，這樣有利于防止工件母線偏移。第二排滾柱用于第二次滾壓，修正一次滾壓的彈性恢復(fù)。經(jīng)過二次滾壓后，表面粗糙度值達(dá)到≤0.1μm。
  在液壓油缸內(nèi)孔加工過程中，鏜桿受到的切削力和擠壓力很大，其剛性的好壞也將影響導(dǎo)向性和加工質(zhì)量。因此，在允許的條件下盡可能加粗刀桿，提高刀桿的剛性。為了增加剛性，減輕重量，鏜桿一般都做成空心的。
   4、主要加工參數(shù)選擇
  切削速度：v=18-20m/min；進(jìn)給量：f=0.35mm/r；背吃刀量：粗鏜=2.8mm（根據(jù)工件毛坯尺寸而異），精鏜=0.05-0.08mm；滾壓過盈量：y=0.2-0.25mm；合適的滾道接觸長度應(yīng)為滾柱長度的一半左右；滾壓深度t：鏜刀鏜內(nèi)孔預(yù)留的滾壓深度t=0.015-0.03mm。
    5、結(jié)束語
 （1）鏜滾復(fù)合加工，只需一次安裝便可完成整個(gè)加工過程，避免了多次定位誤差的積累，從而保證了工件質(zhì)量的穩(wěn)定性；用滾壓代替磨削，有利于提高工件的精度和表面質(zhì)量，而且經(jīng)過滾壓后工件表面建立起冷硬層，可增加表面耐磨性，確保產(chǎn)品的品質(zhì)，為進(jìn)一步提高精度和質(zhì)量提供可能性。
 （2）用普通機(jī)床代替一臺傳統(tǒng)的深孔鏜床和一臺珩磨機(jī)，可減少設(shè)備投資，減小生產(chǎn)場地面積，有效地減低了生產(chǎn)成本。一次裝夾完成) 道工序加工，省去多次裝夾定位時(shí)間、減少各工序之間的輔助時(shí)間，縮短加工工時(shí)，提高生產(chǎn)效率。實(shí)踐表明，過去完成三道工序加工需要花費(fèi)4h，現(xiàn)采用鏜滾復(fù)合加工只需25-40min。
 （3）排屑和冷卻是影響質(zhì)量的重要因素。由于鏜滾復(fù)合加工對排屑的要求比較高，在已加工表面上不允許有切屑，而且加工中會產(chǎn)生大量的熱量，因此加工中要有足夠流量的冷卻乳化液，沖走非加工面上的切屑，同時(shí)帶走滾壓時(shí)的熱量。
 （4）鏜滾復(fù)合加工對滾壓器的安裝和制造精度要求高，刀具和滾壓元件的工藝參數(shù)選擇要科學(xué)，粗鏜、浮動鏜和滾壓的余量梯度要合理，這是進(jìn)一步提高加工精度和表面質(zhì)量的關(guān)鍵。
 （5）通過適當(dāng)增大鏜滾頭的外徑，可加工¢75-¢350mm內(nèi)孔，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，對單件小批生產(chǎn)具有推廣意義。
 參考文獻(xiàn)
 1.陳懷南.加工缸體內(nèi)孔的鏜滾頭裝置的設(shè)計(jì).機(jī)床與液壓2006（7）
 2.朱紅波，史玉春.鏜滾壓復(fù)合加工應(yīng)用研究.煤礦機(jī)械，2005（7）
 3.姬愛玲，陳科家，羅紅霞.缸筒內(nèi)孔復(fù)合鏜滾加工.新技術(shù)新工藝，2005（7）
 4.王維新.內(nèi)孔滾壓加工及其影響因素的分析.西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（4）
 5.宋海林.大直徑液壓缸內(nèi)孔的加工方法.工程機(jī)械，2000（8）
 6.馮留欣，許民.油缸內(nèi)孔一次鏜滾成型工藝.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2000（6）
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