隗春月

（中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，北京 102400）

0 引言

在國(guó)家質(zhì)量強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展理念的大環(huán)境下，將高質(zhì)量發(fā)展理念融入日常工作中是必然的，同時(shí)為積極響應(yīng)國(guó)家企業(yè)轉(zhuǎn)型目標(biāo)，將質(zhì)量創(chuàng)新創(chuàng)效、降本提效、修舊利廢等工作，也必然會(huì)成為一個(gè)長(zhǎng)期并有效幫助企業(yè)增加質(zhì)量效益的重要手段，長(zhǎng)期以來(lái)導(dǎo)向套的加工一直受各種因素（包括主觀和客觀）的影響，導(dǎo)向套的加工精度一直無(wú)法得到提高，頻頻出現(xiàn)同軸度無(wú)法達(dá)到圖紙要求、同軸度合格但圓度卻超差等各種問(wèn)題。

在液壓缸眾多薄壁導(dǎo)向套中，內(nèi)嵌式薄壁導(dǎo)向套的加工精度最難以保證，由于其精度要求高，需要多工序換位裝夾找正，在加工過(guò)程中，很容易由于切削、振動(dòng)等產(chǎn)生變形，從而影響零件的尺寸公差及各種精度要求。同時(shí)由于產(chǎn)品厚度與它的徑向、軸向尺寸相比，比重相差太大，會(huì)導(dǎo)致其剛性較差，易變形。所以?xún)?nèi)嵌式薄壁導(dǎo)向套的工藝、裝夾工裝及車(chē)削裝夾力、熱處理等，就成了加工質(zhì)量和提高效率的關(guān)鍵，通過(guò)調(diào)整工藝加工程序、加工順序、裝夾工裝，并配合有效及必要的熱處理手段，是提高薄壁導(dǎo)向套加工水平的整體思路。

1 導(dǎo)向套加工問(wèn)題的分析

1.1 導(dǎo)向套的作用

液壓缸的導(dǎo)向套起支撐作用，其主要目的是確保加工工件的位置度。在液壓缸活塞桿伸出過(guò)程中，使液壓缸的活塞桿保持直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，確保活塞與缸管內(nèi)孔持續(xù)進(jìn)行面接觸運(yùn)動(dòng)， 所以導(dǎo)向套是在活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向，即保證活塞桿與缸筒的同軸度的作用，液壓缸行程越長(zhǎng)，導(dǎo)向套越長(zhǎng)，同時(shí)也為油缸口提供一個(gè)支座[1]。因此，要求導(dǎo)向套需要有很好的滑動(dòng)能力，能夠承受由于活塞桿在液壓缸工作受力時(shí)產(chǎn)生的桿鍍鉻區(qū)外圓彎曲、振動(dòng)等。防止灰塵、油水等雜物進(jìn)入活塞桿和導(dǎo)向套之間的間隙后破壞活塞桿的使用性能，導(dǎo)致工作面產(chǎn)生腐蝕等危害。如圖1所示，為導(dǎo)向套在液壓缸中組裝后的位置圖，所以導(dǎo)向套的加工精度，在立柱及千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程中起至關(guān)重要的作用，如果其加工精度不夠，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致密封不嚴(yán)，極容易產(chǎn)生立柱及千斤頂帶液漏液的現(xiàn)象。

圖1 導(dǎo)向套位置圖

1.2 影響薄壁導(dǎo)向套加工精度的因素

薄壁零件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各工業(yè)、煤炭、石油、汽車(chē)等產(chǎn)業(yè)，其具有質(zhì)量輕、節(jié)約采購(gòu)成本、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊等很多優(yōu)點(diǎn)。但薄壁零件的加工一直是加工中比較難的問(wèn)題，由于薄壁零件的剛性較差，同時(shí)其強(qiáng)度也相應(yīng)減弱，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，很容易由于應(yīng)力釋放、裝夾力不合適等因素，產(chǎn)生嚴(yán)重變形，不易保證企業(yè)產(chǎn)品的加工質(zhì)量。同時(shí)由于報(bào)廢率很高，在影響質(zhì)量的前提下，阻礙了產(chǎn)能的提高，無(wú)法按期交貨的情況也時(shí)常出現(xiàn)，“工欲善其事，必先利其器”，所以分析影響薄壁導(dǎo)向套的加工精度因素，就很有必要，經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)的批量產(chǎn)品進(jìn)行大量跟蹤、記錄，主要總結(jié)有以下幾個(gè)方面對(duì)薄壁導(dǎo)向套的加工精度產(chǎn)生了很大影響。

卡緊變形：因工件較薄，在不適當(dāng)?shù)膴A緊力作用下，很容易產(chǎn)生卡緊變形，從而影響產(chǎn)品的尺寸公差和形位公差。

切削變形：因工件在切削力的作用下，很容易由于受熱變形，使尺寸難以控制，同時(shí)由于產(chǎn)生切削振動(dòng)，還會(huì)影響產(chǎn)品表面的粗糙度。

應(yīng)力釋放變形：由于導(dǎo)向套需要具有密封性能的作用，所以其材料也需要具有很好的機(jī)械性能，這必然需要熱處理工序，但調(diào)質(zhì)后的高溫回火并沒(méi)有充分時(shí)效，就會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力分布不均，切削過(guò)程中，會(huì)釋放部分應(yīng)力，導(dǎo)致導(dǎo)向套應(yīng)力變形。

1.3 零件的加工工藝分析

內(nèi)嵌式薄壁導(dǎo)向套在加工精度方面要求很高，即圓度、同軸度、位置度等各方面的綜合要求。其中密封槽、導(dǎo)向槽及硬接觸配合面均要實(shí)現(xiàn)高精度，才能保證液壓缸在使用過(guò)程中盡量減少漏液帶液等現(xiàn)象的發(fā)生。為了增加導(dǎo)向套的使用壽命，考慮到其在使用過(guò)程中硬度問(wèn)題，要對(duì)其進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)處理，除此之外，還要考慮到液壓缸內(nèi)部件的耐腐蝕性問(wèn)題，要對(duì)導(dǎo)向套進(jìn)行鍍鋅，鈍化處理。

導(dǎo)向套有兩組加工面， 如圖2所示，導(dǎo)向套的兩組加工面分別為以外圓為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面包括端面、外圓自身、外圓槽及內(nèi)圓；以另一端外圓為基準(zhǔn)的加工面。這個(gè)主要是剩余外圓的加工和各個(gè)槽的車(chē)削。

圖2 內(nèi)嵌式薄壁導(dǎo)向套

2 針對(duì)導(dǎo)向套加工問(wèn)題的改進(jìn)措施

在導(dǎo)向套加工過(guò)程中，影響導(dǎo)向套尺寸精度、同軸度、垂直度的因素很多，如卡盤(pán)的裝夾精度和機(jī)床主軸的精度誤差、工件組織軟硬不均、加工應(yīng)力釋不均勻的影響、加工基準(zhǔn)的確定等。由于內(nèi)嵌式薄壁導(dǎo)向套不具有法蘭結(jié)構(gòu)，這就導(dǎo)致其剛度較低、強(qiáng)度也很低，在裝夾力、切削力的共同作用下就很容易發(fā)生同軸度超差，同時(shí)還很容易產(chǎn)生切削刀具吃刀深度不均和讓刀的問(wèn)題。另外為了節(jié)省材料費(fèi)用，最大程度地節(jié)能增效，一般導(dǎo)向套毛料會(huì)采用鍛造毛料，再加上材料在軋制過(guò)程中，自身內(nèi)部就會(huì)有不均勻的應(yīng)力存在，所以一旦在熱處理后的時(shí)間不夠長(zhǎng)，就不能保證內(nèi)部殘余應(yīng)力得到充分釋放，尤其是薄壁類(lèi)導(dǎo)向套，很容易產(chǎn)生應(yīng)力變形，同時(shí)受工人能力影響，程序設(shè)置時(shí)切削量、進(jìn)給量及線(xiàn)速度等控制不好，因此造成了工件加工完成后尺寸不合格的情況，以下是通過(guò)不斷地推算、實(shí)踐得出提高薄壁導(dǎo)向套加工精度的幾方面工藝改進(jìn)措施。

2.1 調(diào)整工藝路線(xiàn)

原路線(xiàn)為下料-鍛-粗加-調(diào)質(zhì)-精車(chē)-鍍，調(diào)整措施：在調(diào)質(zhì)后、精車(chē)前增加半精車(chē)+消應(yīng)力回火工序。主要考慮兩方面：①半精車(chē)時(shí)在保證精車(chē)質(zhì)量的前提下，根據(jù)加工基準(zhǔn)以及機(jī)床加工能力，直徑尺寸盡量較小留量，尤其是外圓導(dǎo)向環(huán)槽及內(nèi)孔的靜密封槽交界處，受零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)限制，由于兩者軸向距離很小，在調(diào)整后效果會(huì)更明顯；②由于零件在加工前，毛料為鍛造成形，所以在半精車(chē)工序，一旦將鍛造拉長(zhǎng)的材料纖維切斷，再增加消應(yīng)力回火工序，可有效減少由于局部?jī)?nèi)應(yīng)力過(guò)于集中、加工過(guò)程中內(nèi)部殘存應(yīng)力釋放所引起的變形。導(dǎo)向套調(diào)質(zhì)后的低溫回火又稱(chēng)“消除應(yīng)力回火”，一般回火范圍為150 ℃～250℃，回火后的組織稱(chēng)為回火馬氏體[2],通過(guò)這樣處理后的導(dǎo)向套，不但具有高硬度和高耐磨性，而且內(nèi)應(yīng)力集中的情況和材料脆性會(huì)得到很大程度地改善，減少了由于局部?jī)?nèi)應(yīng)力過(guò)于集中和脆性大，導(dǎo)致零件出現(xiàn)裂紋的概率。

以正在批量生產(chǎn)的導(dǎo)向套進(jìn)行試驗(yàn)及記錄，挑選出8組改進(jìn)前后變形情況最嚴(yán)重的零件進(jìn)行跟蹤，對(duì)變形最嚴(yán)重的φ485（+0.154，+0.024）mm導(dǎo)向環(huán)槽進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，如表1所示零件工藝改進(jìn)前和改進(jìn)后，零件的加工尺寸對(duì)比如下，將變形量控制在0.2mm左右，變形情況得到很大改善。

表1 數(shù)據(jù)對(duì)比

將數(shù)據(jù)整理成圖形，可直觀對(duì)照改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)具體變化，圖3所示，通過(guò)對(duì)比，調(diào)整工藝路線(xiàn)，在半精車(chē)后增加去應(yīng)力回火，有效減少了變形情況。

圖3 內(nèi)嵌式薄壁導(dǎo)向套

2.2 改進(jìn)裝夾卡盤(pán)

普通三爪卡盤(pán)卡緊過(guò)程中，徑向夾緊接觸為線(xiàn)接觸，薄壁導(dǎo)向套在裝夾零件的過(guò)程中，容易產(chǎn)生直徑方向的彈性變形，在加工完成放松卡盤(pán)裝夾壓力后，工件的里孔將會(huì)出現(xiàn)回彈波動(dòng)，從而影響零件的尺寸公差，超差變形嚴(yán)重的，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致零件報(bào)廢，無(wú)形中增加了采購(gòu)成本、加工成本，企業(yè)批量生產(chǎn)時(shí)，其浪費(fèi)的資源及資金占了企業(yè)成本計(jì)算的很大一部分。為了防止內(nèi)嵌式薄壁導(dǎo)向套由于裝夾出現(xiàn)的變形問(wèn)題，一般會(huì)要求必須保證內(nèi)孔各重要導(dǎo)向、密封溝槽與外圓溝槽和硬接觸面的同軸度、端面的垂直度。所以必須將卡爪裝夾方式由線(xiàn)接觸改為面接觸，通時(shí)增加卡盤(pán)與圓柱面的接觸面積，可將裝夾壓力均勻分布于零件外形的各個(gè)部位，從而減少由裝夾引起的卡緊變形[3]。

采用六爪裝夾方法：數(shù)控機(jī)床六爪精加工裝夾方式，由于裝夾力分散成六處，卡爪與零件基本呈現(xiàn)線(xiàn)性圓弧接觸，裝卸方便，可以達(dá)到大弧形軟爪裝夾效果，通用性強(qiáng)，省時(shí)省力，較其余幾種裝夾方式，更加方便。如圖4所示，在原數(shù)控車(chē)床六爪卡盤(pán)上，增加大弧形軟爪，增大卡爪與零件的接觸面積，同時(shí)在安全范圍內(nèi)將卡盤(pán)卡緊壓力降低，可以大大改善卡緊變形的情況，將卡盤(pán)對(duì)零件的變形影響降到最低。

2.3 半精車(chē)時(shí)，調(diào)整數(shù)控車(chē)床半精車(chē)編程程序

對(duì)零件的工藝工序、卡盤(pán)調(diào)整后，雖然零件的變形情況得到了很大程度地改善，但仍有部分零件超過(guò)圖紙同軸度0.15mm的要求，仍然有部分產(chǎn)品不符合公司的高質(zhì)量要求，即使回用，其產(chǎn)品質(zhì)量大打折扣，將來(lái)也有可能作為三包件返回廠內(nèi)，經(jīng)過(guò)對(duì)零件的反復(fù)追蹤、分析及調(diào)試，最終懷疑是由于材料內(nèi)部不均勻、不穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)力，經(jīng)過(guò)車(chē)削，得到不均勻釋放，導(dǎo)致零件仍有部分變形。

基于以上分析，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加工機(jī)床的程序進(jìn)行調(diào)整，將“先加工反面用的卡口、再加工其余部位”的程序，更改為先半精車(chē)其余部位，使內(nèi)部殘余應(yīng)力達(dá)到部分釋放，在半精車(chē)反面工序所用的卡口，盡量減少由于應(yīng)力釋放對(duì)下道工序所用卡口的影響，從而改善反面各尺寸的加工精度，通過(guò)調(diào)整，各方面尺寸的變形情況得到改善，效果非常明顯。

2.4 具體數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)比

在對(duì)各方面進(jìn)行調(diào)整后，零件的變形情況得到改善，以下為改進(jìn)后的零件在半精車(chē)工序車(chē)削加工前后，對(duì)數(shù)據(jù)的追蹤記錄情況，如圖5所示，對(duì)6個(gè)卡爪分別編號(hào)1#～6#，分別在各卡盤(pán)相同位置，在卡盤(pán)夾緊和松開(kāi)兩種狀態(tài)下，對(duì)零件被夾緊處及卡爪之間的位置進(jìn)行測(cè)量。

圖5 六爪卡盤(pán)編號(hào)

具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2：無(wú)論在加工前，或是加工后，卡盤(pán)夾緊及松開(kāi)后，同一位置，零件變形量高達(dá)0.2mm左右，相當(dāng)于零件還未加工，零件已經(jīng)變形，所以調(diào)整了卡盤(pán)夾緊壓力，改變卡盤(pán)與零件的接觸面積，以減少變形量。

表2 卡盤(pán)改進(jìn)數(shù)據(jù)對(duì)比

3 改進(jìn)效果

對(duì)采用上述改進(jìn)工藝的零件進(jìn)行對(duì)比，精車(chē)后測(cè)量結(jié)果顯示，未進(jìn)行工藝改進(jìn)的零件圓度超差0.3mm～0.5mm，嚴(yán)重的甚至扁變形0.7mm，變形情況很?chē)?yán)重。做了上述改進(jìn)后，能夠?qū)⒆冃瘟靠刂圃?.2mm左右，變形情況得到很大改善。

4 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)向套在整個(gè)液壓缸結(jié)構(gòu)中有不可或缺的作用，解決導(dǎo)向套加工精度的問(wèn)題極為迫切。而導(dǎo)向套在加工精度方面要求很高，即圓度、同軸度、位置度等各方面的綜合要求。其中密封槽、導(dǎo)向槽及硬接觸配合面均要實(shí)現(xiàn)高精度，才能保證液壓缸在使用過(guò)程中盡量減少漏液帶液等現(xiàn)象的發(fā)生。

該文從工藝技巧、裝夾方式、加工技巧等各方面入手，對(duì)其相應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)，不僅能解決薄壁導(dǎo)向套同軸度不高、圓度不夠等現(xiàn)象，同時(shí)也減少了調(diào)試程序時(shí)間、報(bào)廢率及采購(gòu)成本，保證了交貨期，為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了更多的可能，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。