姚君立，姚亞偉

（1.兗礦集團唐村實業(yè)有限公司，山東 濟寧 273522；2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧二號煤礦，山東 濟寧 273522）

1 現(xiàn)狀分析

DWX懸浮式單體液壓支柱系列產(chǎn)品，是高檔機械化普采工作面的配套設備，也是綜采工作面的端頭支護設備。其適用于煤礦回采工作面的頂板支護和端頭頂板支護，憑借其承載能力大、抗偏載能力強、工作行程大、無環(huán)形焊縫、質(zhì)量輕等優(yōu)點，可應用于薄煤層、中厚煤層及厚煤層工作面，逐步得到了市場的認可。但在使用過程中，產(chǎn)品會出現(xiàn)活柱外露表面出現(xiàn)針孔樣銹蝕點，在炮采工作面使用時活柱表面易損傷，增加了使用單位的維修成本，給懸浮單體液壓支柱的推廣造成很大的阻力。因為懸浮支柱的核心技術就在活柱的表面質(zhì)量上，它主要是靠活柱表面和手把閥體的D形圈形成密封面支撐頂板，活柱表面一旦出現(xiàn)銹蝕點就會造成漏液現(xiàn)象，給煤礦井下生產(chǎn)帶來安全隱患。

2 研究與實踐過程

要想降低懸浮活柱的表面粗糙度值，可采用無心磨加沙袋磨的方法，雖然活柱表面粗糙度值有所降低，但是還不能從根本上解決活柱外圓的表面質(zhì)量問題。因此，對生產(chǎn)工藝進行改進，采用外圓滾壓加工技術。

圖1 滾壓加工原理圖

2.1 外圓滾壓加工概述

外圓滾壓加工是冷加工方法之一，是一種無切屑加工，利用經(jīng)過淬火的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對懸浮活柱表面強行滾壓，使活柱表面產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸起部分向下壓，凹下部分向上擠，逐漸將前工序留下的波峰壓平，改變凹凸不平的分布狀況，降低了活柱表面粗糙度值；同時，它還能使活柱表面產(chǎn)生硬化層和殘余壓應力，因此，提高了活柱的承載能力、疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性能。滾壓加工原理圖如圖1所示。

2.2 活柱表面滾壓加工影響因素分析

在滾壓加工過程中影響加工質(zhì)量的因素很多，對主要影響因素的分析如下。

2.2.1 活柱表面預留滾壓余量的影響

活柱預留滾壓余量對滾壓加工后的表面粗糙度影響非常大，懸浮活柱的材質(zhì)為27SiMn，大量實驗表明，當滾壓加工余量在0.01～0.02 mm時，滾壓加工后活柱表面仍殘留少量較淺車削后的刀痕，當滾壓加工余量在0.021～0.035 mm時，滾壓加工后活柱表面的粗糙度值明顯降低，活柱表面無刀痕，光潔度非常好。當滾壓加工余量在0.04～0.06 mm時，滾壓加工后活柱表面的粗糙度值明顯升高，活柱表面出現(xiàn)波紋，甚至魚鱗狀凸起。通過實驗比較，我們確定最優(yōu)滾壓余量為0.021～0.035 mm。

2.2.2 進給量的影響

進給量也是關系滾壓質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，進給量大小直接影響活柱的表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。進給量＞0.7 mm/r時，活柱表面粗糙度數(shù)值增高；進給量＜0.4 mm/r時，活柱表面需要多次滾壓，容易產(chǎn)生疲勞裂紋甚至粘刀現(xiàn)象，這也會降低滾壓質(zhì)量。所以，進給量過大或是過小都達不到預期效果，活柱的進給量選擇0.5～0.6 mm/r比較合適。

2.2.3 滾壓速度的影響

滾壓速度對活柱表面質(zhì)量影響不大，主要影響生產(chǎn)效率。因此，在條件允許的情況下，可采用提高滾壓速度來提高滾壓的效率，經(jīng)過實驗，我們選擇滾壓速度為80～150 mm/min。

2.2.4 滾壓次數(shù)的影響

滾壓次數(shù)與活柱表面質(zhì)量關系密切，同時也關系到生產(chǎn)效率。一般應在保證質(zhì)量的前提下，盡量減少滾壓次數(shù)。實踐證明，活柱在第一次滾壓后，表面粗糙度值顯著降低，第二次滾時，活柱的表面粗糙度值變化不大，滾壓次數(shù)過多時，活柱表面會引起微小裂紋或發(fā)生起皮現(xiàn)象，表面粗糙度反而變壞。使密封圈更容易磨損，所以，滾壓次數(shù)1次最好。

2.2.5 活柱原始條件的影響

活柱的原始表面質(zhì)量（半精車后）的情況對滾壓質(zhì)量有很大影響。滾壓表面精度主要取決于活柱原始表面情況。一般剛性滾壓工具只能提高原始精度5%～10%，因此，活柱滾壓前應達到圖紙要求的幾何精度，表面粗糙度為Ra 3.2，為了達到這個數(shù)值，我們在車床加工活柱時主要采用了以下加工工藝：①調(diào)質(zhì)處理。Ф99×9無縫鋼管按要求長度下料后要進行調(diào)質(zhì)處理，檢查其活柱硬度要達到HB270～310。②校直。由于懸浮活柱長度一般在1 560～2 443 mm，中頻調(diào)制后容易彎曲。它直接影響到粗車和半精車的順利進行及加工后的活柱直線度。所以，調(diào)質(zhì)后活柱要進行校直處理，校直后毛坯全長圓跳動在1.0 mm以下才能達到要求。③粗車。三爪卡盤采用雙頂尖裝夾，尾座是死頂尖，三爪卡盤端是內(nèi)裝彈簧的活頂尖。這樣活柱受熱后可以自由伸長，減少受熱彎曲變形。車削時采用反向進給車削，也就是從床頭往床尾方向車削。在此情況下，軸向切削分力與正走刀相反，使活柱切削時承受了軸向拉力，可以減小活柱車削時產(chǎn)生的振動和彎曲變形。跟刀架我們采用三爪跟刀架，三爪跟刀架底部的支撐爪可以控制活柱因重力產(chǎn)生的變形，這種變形是引起活柱加工時振動的主要原因。支承爪的材料我們選用銅爪，因為銅爪材質(zhì)軟不會損傷活柱表面。安裝后要檢查支承爪與活柱的接觸位置及接觸面積，接觸位置應為銅質(zhì)支撐爪的軸線上，支承爪伸出長度應小于跟刀架內(nèi)孔配合長度的1/2，支承爪與活柱全接觸，而且支撐爪的圓弧半徑應與活柱圓弧一致。車削時活柱受熱伸長比較嚴重，容易引起彎曲變形和振動。即使采用彈簧頂尖也要隨時注意尾座頂尖的松緊程度，大約走刀長度1 000 mm時就需要檢查1次，以防止活柱由于產(chǎn)生軸向熱伸長引起的彎曲變形。粗車活柱Φ96外圓時，為了提高生產(chǎn)效率我們選用YT15車刀，前角為10°～15°的車刀，這種車刀比較鋒利。在車削時我們總希望盡量減少徑向力，減小彎曲變形，所以選擇主偏角為75°左偏刀較為合適，同時，刀頭強度也較好。刃傾角為3°左右，能夠防止鐵銷嵌入跟刀架和活柱的縫隙里。刀尖的圓弧半徑為0.3～0.5 mm，可以增加刀尖強度。切削用量的選擇為轉速n=300～400 r/min比較合適，轉速過高會產(chǎn)生振動，轉速過低影響生產(chǎn)效率。④半精車。由于活柱滾壓加工對外表面的質(zhì)量要求較高、活柱毛坯加工余量較大，所以，粗車后要對活柱進行半精車加工?；钪周嚭筮x用新刀片進行半精車，切削深度為0.5 mm左右，留滾壓余量為0.02～0.03 mm。進給量f=0.2～0.3 mm/r，表面粗糙度達到Ra3.2.

2.2.6 切削液

滾壓時要添加足量的清潔的乳化油作冷卻潤滑液，并把待滾壓活柱表面清潔干凈，以免影響滾壓質(zhì)量。選擇切削液可以降低被滾壓活柱表面粗糙度值，減少滾壓力和機床功率消耗，提高滾壓工具的壽命，減少活柱的熱變形。經(jīng)過以上幾個工序，活柱的外表面尺寸即可達標。

3 效果驗證

滾壓加工后，活柱外表面尺寸能夠達到Ф96-0.072-0.126，表面粗糙度達到Ra0.4～Ra0.2，表面硬度可提高10%～25%，耐磨性可提高10%左右，由于表面粗糙度提高，其耐腐蝕性能也相應提高。

3.1 社會效益

一直以來，懸浮活柱表面質(zhì)量的研究在使用壽命上都沒有很大的突破，致使國內(nèi)很多懸浮單體生產(chǎn)廠家放棄了對懸浮支柱的生產(chǎn)。我廠對懸浮活柱表面質(zhì)量的研究取得了階段性成果，其優(yōu)異的質(zhì)量、超長的使用壽命，填補了國內(nèi)同行業(yè)懸浮活柱表面質(zhì)量的空白，社會效益明顯。

3.2 經(jīng)濟效益

懸浮活柱表面質(zhì)量提高后，在興隆礦和濟二礦進行的工業(yè)性試驗取得了可喜成果，尤其是2009年懸浮單體支柱活柱質(zhì)量的提高和改進型懸浮單體支柱的問世為懸浮支柱的推廣增加了砝碼。2009年至今懸浮支柱正逐步取代普通支柱成為市場的主導產(chǎn)品，每年回訪客戶，都反映懸浮活柱改進工藝后使用情況非常好，井下使用壽命比原來延長1倍?；钪砻尜|(zhì)量提高后陸續(xù)為我廠創(chuàng)收530萬元左右。