李志信，任家駿

（1.太原理工大學 機械工程學院，山西 太原 030024；2.山西太重北特機械設備制造有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

在大型鍛造生產線中，鍛錘部位的氣缸套是主機設備的關鍵部件，也是易損零件，其工作環(huán)境溫度較高，并且承受著錘頭傳來的沖擊載荷。工作時，錘桿與氣缸套快速相對運動，易產生摩擦磨損。因此，要求氣缸套應具有良好的力學性能，表面質量可靠、耐磨，定位精準，裝配精度高。但氣缸套訂貨周期很長，價格昂貴，對實際生產影響很大。因此，若將此缸套零件進行國產轉化，對降低生產成本，減少設備維修費用將產生顯著的效果。

1 氣缸套特性及材料分析

圖1為氣缸套外形簡圖。從圖1中可以看出，該氣缸套零件形狀簡單，尺寸較大，屬于高強度、高精度薄壁零件，所有表面為加工面，其尺寸精度、表面精度、形位精度要求很高。

圖1 氣缸套外形簡圖

該零件為薄壁直筒類缸體零件，壁厚只有25mm，缸套直徑為Φ1 150mm，高度為700mm，零件的內外表面粗糙度要求很高（Ra1.6），筒體圓柱度、內外圓同心度等形位要求也很高，一般此類零件的制造工藝性較差，加工過程中極易產生變形，影響零件的尺寸、形位精度，制造過程成品率低。

1.1 對損壞零件進行分析檢測

首先根據零件特點準備檢測工具，主要包括2m卷尺、Φ1 000mm～Φ1 200mm內徑千分尺、Φ1 000mm～Φ1 200mm外徑千分尺、深度尺、金屬切削表面粗糙度樣塊等工具。對損害部位進行分析，檢測零件各部位尺寸與圖紙偏差，同時與裝配部件進行校核。通過損壞的實體零件可以看出，零件失效主要表現(xiàn)為受力變形及表面磨損，零件失效后設備表現(xiàn)為漏油、錘桿出現(xiàn)劃痕和動力不足等，說明零件發(fā)揮的作用為密封、支撐等。

1.2 根據零件使用特性調整材料

根據零件使用環(huán)境以及特性分析，可知該零件要求表面光潔度高、耐磨、內孔端頭的凹槽處安裝密封圈，具有密封作用，剛性較好。根據常用材料特性，初步確定使用滿足GB/T 3077－1999的42CrMo合金結構鋼，其化學成分和機械性能如表1和表2所示。

42CrMo鋼具有較好的機械強度和淬透性能，韌性好，淬火時變形小，高溫時具有高的蠕變強度和持久強度，經滲氮處理后具有較高的疲勞強度和表面硬度，且具有較好的耐腐蝕性。

2 對氣缸套進行制造過程設計及工藝分析

2.1 確定零件的毛坯工藝要求

通過分析零件的性能要求，選擇零件毛坯為鍛件毛坯，由于大型的鍛造毛坯較少，不易形成批量生產，因此采用自由鍛設備鍛造環(huán)狀毛坯。

根據鍛造規(guī)范，鍛造前必須將鋼錠表面缺陷全部清除掉，鍛造比不得小于3.5，各尺寸毛坯余量為（39±14）mm，鍛造過程中應規(guī)范加熱，加熱溫度最高為1 200℃～1 220℃，鍛造溫度為800℃，修整溫度為750℃。要求鍛件表面沒有裂紋、折疊、鍛傷、結疤、夾雜等缺陷，在鍛件本體上進行超聲波探傷檢查，符合 JB/T 5000.15－2007標準要求。

表1 42CrMo的化學成分（質量分數(shù)） %

表2 42CrMo的力學性能

2.2 確定零件的加工工藝過程

薄壁類零件加工難度一般都比較大，容易產生變形，加工后零件尺寸精度、形位精度不容易得到保證，一直是零件加工中的難題。

（1）選擇加工設備。選擇1.5m數(shù)控立車，為避免將零件裝夾變形，采用箱體類零件壓板式固定方法固定零件，使得零件在徑向不受裝夾產生的應力影響，從粗加工開始到半精加工全部采用該裝夾方式固定，以減小零件加工過程中的變形影響。

（2）半精加工過程。由于該零件在切削加工過程中會產生較大的切削應力，切削過程中的切削用量、轉速、進給等要素選擇應保證產生較小的應力，因此將半精加工分成兩道，中間增加一次退火以消除切削應力，防止精加工時應力釋放而導致零件尺寸發(fā)生變化。

（3）精加工工藝過程。由于零件表面光潔度要求很高，因此零件精加工采用磨削。首先進行外圓磨削，使用6m外圓磨床，制作外圓磨削工裝，工裝要求中心軸與支撐外壁同心度在0.01mm以內，尺寸與缸套精加工前其內孔尺寸應配合。然后用立式珩磨機對內孔進行珩磨，以保證零件內孔尺寸精度、表面光潔度等要求。各項尺寸公差不能接近下差，保持在中上差范圍，以應對滲氮處理過程中尺寸的細微變化。經過實際生產過程的3次驗證，滲氮處理后該零件的尺寸縮小了0.03mm～0.05mm，因此在零件滲氮前，精加工零件的尺寸應調大0.04mm。

（4）零件熱處理要求?？紤]零件使用狀態(tài)以及環(huán)境要求，該零件采用調質處理，加熱860℃，850℃淬油，再560℃回火處理，使得零件調質硬度達到HB300～HB320，以獲得更好的表面滲氮處理效果。加工過程中的消除切削應力退火溫度要求控制在470℃以下，不能超過調質過程中的回火溫度。

（5）零件表面強化處理。滲氮處理是一種常用的提高鋼鐵零件表面強度和耐磨性的熱處理手段，具有處理溫度低、零件變形小、表面硬度高、耐腐蝕等特點。42CrMo滲氮效果跟基體性能相關，根據經驗，將零件的熱處理工藝調整為調質HRC32～HRC35。42CrMo的材料成分中Cr、Mo含量較高，能夠得到比較好的滲氮效果。滲氮設備選用臺式離子氮化爐LD－200A。根據滲氮工藝要求，滲氮溫度為530℃，保持滲氮溫度，時長為23h，然后降溫，隨爐冷卻，最終保證滲氮層深度達到0.5mm，表面硬度達到HRC60～HRC64，以滿足零件的使用性能要求。氮化裝盤時應注意，該零件不能與其他零件擠壓，爐盤上應放置4塊～6塊等高墊塊，然后放置氣缸套。

（6）零件吊裝要求。操作時應特別注意起吊方式，不允許直接在零件上栓綁鋼絲繩、尼龍繩等吊具，應制作專門的缸套起吊工裝，并拖住缸套的底部端面進行起吊，避免與其他零件碰撞等。發(fā)貨過程中，必須制作專門的包裝方案，保證零件在運輸?shù)跹b等過程的完好狀態(tài)。

（7）檢測零件的精度。對應零件制作工藝過程，應制定詳細的零件檢驗節(jié)點，且毛坯檢驗必須嚴格按照鍛造工藝要求進行，因為熱處理環(huán)節(jié)關系到材料性能是否能夠達到，所以要求檢查各環(huán)節(jié)的熱處理溫度，遵守熱處理工藝，記錄滲氮前后的尺寸變化并進行對比，以調整零件滲氮前的尺寸。

2.3 新品實際使用驗證及工藝改進

通過多次對生產工藝過程進行調整，將調質硬度上調，調整切削要素，增加中間去應力退火，增加內孔珩磨，調整滲氮工藝等，經過兩次調整工藝之后，氣缸套的質量得到很大的提升，無論尺寸精度、形位精度都能滿足使用要求，并延長了使用壽命，降低了設備使用成本。

3 結論

經過多次調整和改進氣缸套的制造工藝，生產出的氣缸套獲得了良好的性能，降低了設備維護成本和備件采購成本，更好地保證了設備的正常運行。

［1］重型機械標準編寫委員會.重型機械標準［M］.北京：中國標準出版社，2007.

［2］陳玉琨，趙云筑.工程材料及機械制造基礎［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001.