曾聰敏 楊 芳

（河北機電職業(yè)技術學院，河北邢臺 054048）

氣彈簧以其行程大、運行平穩(wěn)以及具有優(yōu)良的非線性特性在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國防和航空等領域得到了廣泛應用，然而它們的泄漏問題一直困擾著人們，因為它們屬于一次性零部件，一旦泄漏便無法修復。分析查找這類零部件泄漏的原因，便不難發(fā)現(xiàn)，自身結構問題是泄漏的主要原因，因為它們的前端是活塞桿與導向套之間的動密封以及導套與缸體之間的靜密封，后端是封頭與缸體之間的靜密封，這些密封一旦失效便產(chǎn)生泄漏。圖1所示是冰柜用二室結構氣彈簧裝配圖。二室結構氣彈簧性能優(yōu)越但結構復雜，漏氣漏油時有發(fā)生，平均壽命只有3年。

近幾年來人們對其泄漏始終沒有停止過研究，從結構、材料、工藝多方面進行改革，但都解決不了根本問題，只要是兩體就杜絕不了泄漏。在這種背景下，針對氣彈簧的結構特點，利用金屬的熱塑性變形特性，我們對氣彈簧的一體式缸體熱成形工藝和專用成形工裝進行研究，其技術要點為將缸體后端與前端進行自身封口并成形，將兩體結構變?yōu)橐惑w結構，這樣就從根本上杜絕了這兩個通道的漏氣、漏油，大大提高了這類部件的使用壽命。缸體后端的兩體結構如圖2所示；改進后的一體結構如圖3所示；一體式缸體后端實物如圖4所示。

1 缸體后端封口成形工藝過程及工裝

在車床上進行的缸體后端熱滾壓成形過程如圖4所示?；剞D(zhuǎn)體形模具裝卡在車床的尾座上，圓柱形模腔的兩側徑向有兩個圓柱形導向孔，孔內(nèi)各有一根圓柱齒條，一根摩頭齒條，齒條的端部裝有合金摩頭并與孔過盈配合如圖5b，端面為工作面；另一根齒條為滾輪齒條，它的端部裝有自位輪架2，自位輪架2可繞圓柱銷3回轉(zhuǎn)一定角度，輪架上裝有合金滾輪4可繞銷軸5轉(zhuǎn)動，如圖5a。滾輪軸線與工件軸線有11°前進角，如圖6所示。兩根齒條的進退由兩個手柄（圖略）控制，齒條只有軸向直線運動沒有周向轉(zhuǎn)動（圖4）。

缸體的毛坯由無縫鋼管切制而成并裝卡在車床三爪卡盤內(nèi)，為防止鋼管被夾癟，鋼管要裝上芯軸，芯軸以超出三爪20～30 mm為宜，車床轉(zhuǎn)速選擇1 200 r/min左右。尾座在床身上固定之后，搖動尾座手輪，模具隨之向前，當模腔中合金摩頭與工件前端平齊時停止進給，軸向鎖定模具；然后轉(zhuǎn)為摩頭齒條手柄使齒條沿工件徑向進給，高速轉(zhuǎn)動的工件與摩頭劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，當達到800℃左右時，工件端部變?yōu)榻埸S色，并在摩頭進給力的作用下逐漸變形成為錐形。此時轉(zhuǎn)動滾輪齒條手柄，齒條徑向進給，滾輪對工件錐面施加壓力并滾動碾壓金屬。隨著兩根齒條的進給，管端金屬繼續(xù)升溫，當溫度升至1 000℃左右時，管端材料達到良好的塑性狀態(tài)，在摩頭及合金滾輪的共同作用下，金屬沿模腔緩慢向前端滾動充滿模腔。由于工件與合金摩頭劇烈摩擦產(chǎn)生的摩擦熱及變形熱能在1min左右迅速升至上千度，這樣管口在高溫和摩頭與滾輪的共同作用下熔著粘附作用大大增強，造成在合攏處發(fā)生咬焊現(xiàn)象并滾壓成形。圖7為滾壓成形的缸體外形。

缸體前端導向套與缸體之間是靜密封，導向套與活塞桿之間是動密封，改進后的結構減少了導向套與缸體之間的靜密封，使缸體前端自身內(nèi)翻邊成形。改進前的兩體結構如圖8所示，改進后的一體結構如圖9所示。

2 缸體前端成形工藝過程及工裝

缸體前端的內(nèi)翻邊成形后，用車刀沿如圖9所示的虛線部位進行修整，因為直徑變小，壁厚變大，比較容易滿足尺寸與技術要求。

缸體前端內(nèi)翻邊工藝過程為：三爪卡盤夾持工件做旋轉(zhuǎn)運動，摩頭沒有軸向進給運動，只有和模具一起相對工件做軸向進給運動。加工時隨電加熱和工件與模腔的摩擦熱的雙元加熱，工件端部迅速升溫至900℃左右，塑性增加。此時繼續(xù)軸向進給，工件前端開始內(nèi)翻邊成形，翻邊成形孔Φ大小由模具成形圓角半徑R決定。如加工TH100型氣彈簧缸體管徑為28 mm，壁厚2 mm，孔徑Φ為10 mm，圓角半徑R為5 mm。內(nèi)翻邊成形工藝過程如圖10所示。

3 磨頭材料的選擇

氣彈簧、減震器等薄壁液壓件的缸體大部分用的都是優(yōu)質(zhì)的碳素無縫鋼管，它們一般都有較好的熱塑成形性。摩頭材料應選擇導電性能好的紫銅棒，摩頭當中的合金塊與工件摩擦產(chǎn)生高溫，表面溫度高達700℃左右，這就要求合金材料具有較高的熱硬性、耐磨性和抗氧化性，因此選擇YW1硬質(zhì)合金比較合適。YW1硬質(zhì)合金熱硬性好，850℃時高溫硬度865 HV，導熱系數(shù)低（15.8 W/（m·℃）），系統(tǒng)熱量流失少，升溫快，有較高的抗氧化能力，能承受機械振動和由于高溫周期變化而引起的熱沖擊，這些優(yōu)良性能都是摩頭合金材料所必須的。

近年來有些減震器和氣彈簧尤其是高檔座椅的液壓支柱缸體，采用不銹鋼管制作，在雙元加熱成形這類含鈦不銹鋼管時，摩頭合金材料不要選擇TiC基硬質(zhì)合金，因為這類硬質(zhì)合金中的鈦和不銹鋼管中的鈦元素之間的親和力會產(chǎn)生嚴重的粘結現(xiàn)象，使工件表面出現(xiàn)熱沾皮缺陷。

4 加工過程中模腔的防護

加工過程中會產(chǎn)生金屬的粘結，粘結的形成是由于在溫度和壓力的雙重作用下，摩頭合金與工件相接觸處產(chǎn)生擴散焊接，分離時又將焊點撕裂，并從較軟的工件上撕下一些金屬粘結在摩頭工作面上，并且逐漸堆積擴大。而硬度較大的金屬顆粒（也就是加工硬化所形成的金屬顆粒）反過來又對隨后進入變形區(qū)的毛坯產(chǎn)生刨槽作用。從毛坯上刨下來的金屬顆粒以及從摩頭工作面上剝落下來的金屬顆粒都有可能帶入變形區(qū)嵌在工件表面上，使工件表面狀況進一步惡化，形成大小不一的麻坑和龜裂。

要避免雙元加熱成形過程中金屬的粘結，就必須使摩頭與工件相接觸的界面上有一層保護劑，這層保護劑在加工過程中主要起抗粘結作用?？拐辰Y作用的物質(zhì)通常為含硫、磷、氯的化合物，如牛油、氯化石蠟等。這些化合物在高溫下與工件表面起化學反應，生成硫化鐵，氯化鐵等化學膜，其熔點比油性潤滑膜高得多，在高溫高壓下均能起到良好的隔離作用。保護劑的另一個作用是抗氧化，通常鋼在200℃以前氧化是非常緩慢的，在200～500℃時可形成很薄的氧化層，當溫度升高到600～700℃時開始顯著氧化，到900℃以后氧化與擴散急劇增加，這對工件和模具損傷很大，工件中的鐵及其他元素擴散到硬質(zhì)合金中，使硬質(zhì)合金的組織成分發(fā)生變化，硬度顯著降低，磨損加劇。因此工件在900℃以上要保證有良好的保護和潤滑，并快速加熱，快速成形。

5 結語

雙元加熱成形工藝比單純摩擦加熱升溫快，生產(chǎn)效率高，基礎溫度高，工件不易出現(xiàn)冷硬現(xiàn)象，尤其對氣彈簧、減振器等這類壁薄缸體部件效果明顯。利用此項技術，我們研制出了一體式氣彈簧和一體式減振器，這些產(chǎn)品按JB/T 8064.1-1993標準檢驗，各項指標完全符合標準要求，并且氣密性、耐久性和抗拉強度三項指標遠遠高于標準要求。實踐證明，缸體兩端成形優(yōu)化了結構，杜絕了漏氣，提高了剛度，降低了成本，使氣彈簧、減振器及同類零部件的應用前景更為廣闊。

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