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        滾擠壓工藝在提升器殼體液壓缸孔加工上的應(yīng)用

        2020-09-26 08:13:48東風(fēng)設(shè)備制造有限公司湖北十堰442022朱仕海
        金屬加工(冷加工) 2020年9期
        關(guān)鍵詞:鏜孔臥式液壓缸

        ■東風(fēng)設(shè)備制造有限公司 (湖北十堰 442022) 朱仕海 石 力

        ■東風(fēng)商用車有限公司 (湖北武漢 430056) 王海華 沈海平

        本公司承接某拖拉機(jī)提升器殼體國產(chǎn)化項(xiàng)目,其中φ100H8×162mm液壓缸孔表面質(zhì)量要求很高,要求表面粗糙度值Ra=0.2μm。該零件在國外加工為珩磨工藝。

        1. 零件技術(shù)要求

        圖1所示為提升器殼體零件,材料為HT250,硬度187~241HBW,零件的加工尺寸如圖2 所示。φ100H8液壓缸孔深度L=178-1 6 =1 6 2(m m)。該液壓缸孔為不通孔,液壓缸孔底部有φ102×16mm的退刀孔,內(nèi)孔表面粗糙度值Ra=0.2μm,加工方法要求珩磨,為重要項(xiàng);液壓缸孔與基準(zhǔn)面的夾角為20°。

        圖1 提升器殼體零件

        圖2 提升器殼體零件的加工尺寸

        2. 加工工藝路線的確定

        該提升器殼體為國產(chǎn)化零件,在國外的生產(chǎn)工藝中,液壓缸孔的加工采用立式珩磨工藝,其余各面及孔采用加工中心進(jìn)行加工。

        零件在國產(chǎn)化過程中存在的問題:①采用珩磨工藝,需投入珩磨設(shè)備,投資較大,周期長。②單獨(dú)珩磨液壓缸孔將增加工序和人工成本,導(dǎo)致整個(gè)零件成本增加。

        要求液壓缸孔在活塞運(yùn)行中減少阻力和密封不漏油,即可保證精度及功能要求。

        (1)φ100+0.054+0mm液壓缸孔加工方案的確定 圖樣要求表面粗糙度值Ra=0.2μm。如何滿足表面粗糙度及孔的圓度是難點(diǎn)。方案一是選擇在臥式加工中心上進(jìn)行精加工的工藝:粗鏜→半精鏜孔→精鏜孔或鉸孔;方案二是選擇滾擠壓加工工藝:粗鏜→半精鏜孔→精鏜孔→滾擠壓孔。兩種方案的對比如下。

        1)方案一采用精鏜孔,φ100+0.054+0mm孔的孔徑公差比較容易達(dá)到,但表面粗糙度值達(dá)不到Ra=0.2μm的要求。孔的幾何公差也比較容易達(dá)到。如果是在精鏜完成后再進(jìn)行鉸削加工,一般單邊留0.10~0.15m m的鉸削余量,雖然孔徑及幾何公差很容易達(dá)到,但存在表面粗糙度達(dá)不到要求的現(xiàn)象。

        2)方案二中,精鏜φ100H8孔表面粗糙度值一般可達(dá)到Ra=0.8~1.6μm,單邊留滾擠壓余量可以控制在0.02~0.06mm,表面粗糙度值可以達(dá)到Ra=0.2μm。采用這種方案投資成本低,只需要增加滾擠壓刀具,并且滾擠壓頭的滾針是可以更換的。

        綜合分析認(rèn)為方案二可以滿足滾擠壓的要求,故選擇采用方案二進(jìn)行加工。鑒于提升器殼體與基準(zhǔn)A面有20°夾角,根據(jù)零件特點(diǎn),確定φ100H8孔在臥式加工中心上加工,這樣有利于一次裝夾完成全部加工內(nèi)容,也有利于排屑和實(shí)現(xiàn)滾擠壓。

        (2)零件加工工藝路線的確定 確定具體的工藝路線為:OP10(銑基準(zhǔn)A面,鏜、鉆和攻孔系)→OP20(鏜、鉆和攻A面背面及孔系)→OP30(銑鏜側(cè)面及孔系)→OP40(鏜、滾擠壓液壓缸孔)。

        3. 設(shè)備的選擇

        根據(jù)工藝方案,選用韓國威亞KH630G臥式加工中心,主軸最大轉(zhuǎn)速4 500r/min,主軸錐度BT50。

        4. 滾擠壓工藝

        滾壓工具能在常溫下利用金屬的塑性變形,降低工件表面的微觀不平度,從而達(dá)到改變表層結(jié)構(gòu)、機(jī)械特性、形狀和尺寸的目的。無論用何種金屬加工刀具加工,在零件表面總會留下微細(xì)的刀痕,出現(xiàn)交錯(cuò)起伏的峰谷現(xiàn)象。滾壓刀加工是利用機(jī)械擠壓的原理,獲得光潔如鏡的金屬表面的一種無切削的塑性加工方法。

        滾擠壓是一種壓力光整加工,利用金屬在常溫狀態(tài)的冷塑性特點(diǎn),采用滾壓工具對工件表面施加一定的壓力,使工件表面產(chǎn)生塑性流動,填入到原始?xì)埩舻牡桶疾ü戎校瑥亩档捅砻娲植诙戎?。由于被滾壓的表面金屬產(chǎn)生塑性變形,使表面層組織冷硬化、晶粒變細(xì),形成致密的纖維狀,并形成殘余應(yīng)力層,使硬度和強(qiáng)度同時(shí)提高,從而達(dá)到光整加工及表面硬化兩種目的,這一點(diǎn)是磨削和車削無法做到的。

        滾壓工藝所使用的潤滑液為機(jī)械油。應(yīng)注意的是:滾壓前必須把工件內(nèi)孔清理干凈;過盈量要靈活掌握,若工件材料硬度高、壁薄,原始表面粗糙度值低,則過盈量應(yīng)小一些,反之可大一些。

        鑄鐵滾擠壓的表面粗糙度值可達(dá)Ra=0.2~0.4μm。

        刀具分為通孔型和盲孔型。本文采用的是盲孔型。

        滾擠壓頭的調(diào)整方式為:滾擠壓頭中有微調(diào)裝置,調(diào)整刻度為0.002 5mm。

        5. 滾擠壓工藝的實(shí)施

        工件材料為灰鑄鐵,牌號為HT250,其抗拉強(qiáng)度≥250MPa,硬度為187~241HBW。其化學(xué)成分見表1。

        表1 工件材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        提升器殼體φ100H8孔的具體加工工藝為:粗鏜→半精鏜→精鏜。在10序、20序加工完成后,在專用夾具上將零件的φ100H8孔放置呈水平狀態(tài),這樣進(jìn)行粗加工并精鏜孔,半精鏜孔的幾何公差將影響最后的滾擠壓精度。通過精鏜孔,達(dá)到單邊0.01~0.05m m進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)。通過幾輪試驗(yàn)最終確定參數(shù),保證φ100H8孔徑及表面粗糙度要求。

        精鏜孔達(dá)到的精度要求為表面粗糙度值Ra=0.2μ m,孔徑φ99.94~φ99.98mm。

        將零件的孔抬起20°,通過夾具實(shí)現(xiàn)水平放置。

        在臥式加工中心上的滾擠壓加工如圖3所示。

        滾擠壓φ100H8孔的工藝參數(shù)見表2。

        圖3 在臥式加工中心上進(jìn)行滾擠壓加工示意

        表2 滾擠壓φ100H8孔的工藝參數(shù)

        6. 滾擠壓加工注意事項(xiàng)

        滾擠壓加工時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①滾擠壓前孔壁不應(yīng)有較深的刀痕,刀紋應(yīng)均勻。②滾擠壓前的表面粗糙度值Ra應(yīng)≤0.8μm。③應(yīng)保證滾擠壓工具具有足夠的硬度。④刀具工作4h后應(yīng)進(jìn)行清洗、退磁,磨損后應(yīng)更換滾針等。⑤滾擠壓前的零件表面粗糙度、滾擠壓余量和幾何公差等都直接影響滾擠壓質(zhì)量。

        實(shí)踐證明,滾擠壓φ100H8孔的擠壓余量應(yīng)控制在0.02~0.06mm,過大將加快滾擠壓頭的磨損,過小則上道工序殘留的刀痕難以消除,達(dá)不到所要求的表面粗糙度。精鏜孔的幾何公差、圓度和直線度也直接影響滾擠壓后孔的質(zhì)量。被擠壓的孔口倒角必須按照20°加工,倒角利于滾擠壓工具順利地進(jìn)行滾壓。同時(shí)還要注意滾壓前孔內(nèi)不能有切屑等雜質(zhì)。

        7. 創(chuàng)新點(diǎn)

        該工藝的創(chuàng)新點(diǎn)在于:①成功地將滾擠壓工藝應(yīng)用于農(nóng)用機(jī)械提升器殼體的液壓缸孔中,代替了珩磨工藝。②通常滾擠壓工藝是應(yīng)用于塑性材料,而該工藝將滾擠壓工藝應(yīng)用于灰鑄鐵這種非塑性材料上,拓寬了滾擠壓加工范圍。③成功地在臥式加工中心上實(shí)現(xiàn)精鏜孔-滾擠壓工藝,提高了液壓缸孔的表面質(zhì)量。

        8. 結(jié)語

        通過對提升器殼液壓缸孔的批量加工驗(yàn)證,滾擠壓后零件的表面粗糙度值Ra≤0.2μm,完全達(dá)到了圖樣要求,并且可滿足批量生產(chǎn)要求。該零件在國外進(jìn)行臺架壽命試驗(yàn),以及在國內(nèi)進(jìn)行拖拉機(jī)總成在田間的各項(xiàng)試驗(yàn),完全達(dá)到了各項(xiàng)試驗(yàn)要求。該工藝對其他類似殼體零件的內(nèi)孔加工具有很好的借鑒意義和推廣價(jià)值。

        專家點(diǎn)評

        滾擠壓工藝是一種成熟的塑性加工方法,可以獲得光潔如鏡的金屬表面,兼具光整加工和表面硬化兩種功能,這一點(diǎn)是磨削和車削無法做到的。

        文中的3個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)都比較實(shí)用,成功地在臥式加工中心機(jī)床上,實(shí)現(xiàn)灰鑄鐵殼體液壓缸孔的滾擠壓加工,對類似零件的內(nèi)孔精加工具有很好的借鑒意義。參考文獻(xiàn):

        [1] 孟少農(nóng). 機(jī)械加工工藝手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996:8-129.

        [2] 楊叔子. 機(jī)械加工工藝師手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

        [3] 李益民. 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.

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