□ 武增榮 □ 岳佳宏 □ 姚強(qiáng)強(qiáng) □ 連鑫源 □ 李志偉

山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長(zhǎng)治 046012

1 研究背景

導(dǎo)向帶用于防止油缸活塞與缸筒或活塞桿與導(dǎo)向套內(nèi)壁之間在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的接觸磨損[1],同時(shí)還具有吸收作用于油缸的側(cè)向力,確保液壓缸運(yùn)動(dòng)精度的功能。傳統(tǒng)上,油缸的支承和導(dǎo)向都是采用金屬導(dǎo)向套來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此需要大量有色金屬和機(jī)械加工。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,逐步實(shí)現(xiàn)采用由非金屬材料制作的支承導(dǎo)向帶作為油缸的支承和導(dǎo)向元件,避免金屬之間的直接摩擦,節(jié)約大量昂貴的有色金屬,這樣既具有超強(qiáng)的耐磨性和補(bǔ)償能力,又具有一定的吸收振動(dòng)功能。筆者以1010尼龍棒材料導(dǎo)向帶為例,對(duì)油缸導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙的加工工藝進(jìn)行研究。

2 1010尼龍棒材料特性

1010尼龍棒材料作為代替銅和其它金屬的高分子材料,已廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、科研等多種行業(yè),具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、價(jià)格低等特點(diǎn),是一種很有前途的新材料,深受用戶歡迎。

1010尼龍棒材料主要有五方面特性。

(1) 具有突出的耐磨性,摩擦因數(shù)在一般情況下為0.1～0.3,約為酚醛塑料的1/4、巴氏合金的1/3,是一種自然滑性材料。

(2) 具有良好的機(jī)械性能,表面硬度高,并具有較高的抗張性、抗彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、延展性,抗壓強(qiáng)度與金屬不相上下,疲勞強(qiáng)度與鑄鐵和鋁合金等金屬材料處于同等水平。

(3) 具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,接觸弱堿、醇、酯、銅、碳?xì)浠衔镉椭然瘜W(xué)物均不受影響。

(4) 具有耐寒性,在-60 ℃溫度下能夠保持一定的機(jī)械強(qiáng)度。

(5) 密度低,在1.05～1.15 g/cm3之間,代替紫銅管能直觀觀察液體的流動(dòng)情況,并能根據(jù)用戶需要自由彎曲。

3 導(dǎo)向帶結(jié)構(gòu)

導(dǎo)向帶結(jié)構(gòu)如圖1所示,內(nèi)圓直徑為194+0.1150mm,在圓周方向有5 mm寬、45°的開(kāi)口間隙。

4 導(dǎo)向帶加工難點(diǎn)

4.1 剛性差

導(dǎo)向帶為1010尼龍棒材料,加工時(shí)首先車導(dǎo)向帶內(nèi)外圓尺寸,然后采用3.5 mm銑刀銑5 mm寬、45°的開(kāi)口間隙。3.5 mm銑刀如圖2所示。導(dǎo)向帶密度低、剛性差,壁最薄處僅為4.5 mm。加工時(shí),導(dǎo)向帶受切削力,高速旋轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)受到離心力等作用,極易產(chǎn)生變形。特別是當(dāng)導(dǎo)向帶接近尺寸要求時(shí),導(dǎo)向帶壁變薄,在徑向切削力增大的情況下,容易產(chǎn)生彎曲和變形,壁厚尺寸精度難以保證[2-3]。

4.2 吸水性

導(dǎo)向帶采用1010尼龍棒材料,常溫放置時(shí),隨著時(shí)間的推移,直徑方向尺寸將膨脹1%～2%,之后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。導(dǎo)向帶裝配在活塞與缸筒或活塞桿與導(dǎo)向套內(nèi)壁之間,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中容易受環(huán)境溫濕度影響,所以導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙會(huì)受導(dǎo)向帶自身材料膨脹的影響,開(kāi)口間隙的技術(shù)要求難以保證[4]。

圖2 3.5 mm銑刀

4.3 尺寸檢測(cè)

受導(dǎo)向帶剛性差的影響,在尺寸檢測(cè)時(shí),壁薄易變形,并且處于開(kāi)口狀態(tài),給尺寸檢測(cè)帶來(lái)極大難度,無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量?jī)?nèi)外徑、溝槽及開(kāi)口尺寸。

5 加工工藝

5.1 裝夾方案

在切削過(guò)程中,選擇合理的裝夾方案,改進(jìn)導(dǎo)向帶的裝卡方法,采用芯模和套模,如圖3、圖4所示,由此提高導(dǎo)向帶的剛性,將切削過(guò)程的彎曲變形降到最小。輔具的正確使用,對(duì)保證切削加工的順利進(jìn)行和提高導(dǎo)向帶的加工質(zhì)量起重要作用[5-9]。

圖3 芯模

圖4 套模

5.2 吸濕膨脹率

若導(dǎo)向帶所用1010尼龍棒材料從坯料加工到導(dǎo)向帶成品時(shí)間較短,則導(dǎo)向帶的尺寸在加工后有可能會(huì)因膨脹而發(fā)生變化,根據(jù)計(jì)算,導(dǎo)向帶周長(zhǎng)方向可增大6～12 mm。筆者采取廠內(nèi)人工加速增濕的方式摸索1010尼龍棒材料的導(dǎo)向帶吸水飽和時(shí)間及膨脹量[10],試驗(yàn)溫度為70 ℃,將導(dǎo)向帶完全浸入水中,試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)變化曲線如圖5所示。

由圖5可知,導(dǎo)向帶采用1010尼龍棒材料,在溫度為70 ℃的環(huán)境下完全浸水,吸水飽和時(shí)間約為60 h,導(dǎo)向帶周長(zhǎng)平均增大15.2 mm,質(zhì)量平均增大5.9 g,寬度平均增大1.3 mm,厚度變化不大。

圖5 導(dǎo)向帶試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化曲線

導(dǎo)向帶在溫度為70 ℃的環(huán)境下完全浸水,通過(guò)人工增濕飽和,然后自然放置于無(wú)水的干燥環(huán)境中,再次對(duì)導(dǎo)向帶進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)向帶檢測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)查閱相關(guān)資料,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,1010尼龍棒材料導(dǎo)向帶的含濕量與外界大氣的濕度相平衡,尺寸穩(wěn)定性在使用過(guò)程中會(huì)隨著環(huán)境溫度和濕度的變化而明顯變化。在自然環(huán)境放置初期,尼龍分子含有酰胺基,容易與水分子形成氫鍵而吸濕,吸水后膨脹。當(dāng)1010尼龍棒材料處于干燥環(huán)境時(shí),會(huì)褪濕而回縮。

為防止導(dǎo)向帶膨脹至無(wú)切口間隙后繼續(xù)膨脹,導(dǎo)向帶凸起與外缸筒部件產(chǎn)生摩擦,發(fā)出聲響。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得到導(dǎo)向帶吸濕膨脹率為2.5%,由此得到開(kāi)口間隙尺寸應(yīng)加工為10.2 mm。

5.3 檢測(cè)過(guò)程措施

設(shè)計(jì)導(dǎo)向帶尺寸檢測(cè)工裝,如圖6所示。在導(dǎo)向帶加工完成后,將導(dǎo)向帶套在工裝上,能夠簡(jiǎn)便準(zhǔn)確地對(duì)導(dǎo)向帶進(jìn)行檢測(cè)。

圖6 導(dǎo)向帶尺寸檢測(cè)工裝

6 結(jié)束語(yǔ)

油缸導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙加工時(shí),導(dǎo)向帶自身和加工系統(tǒng)剛性較差,切削力、吸濕膨脹對(duì)導(dǎo)向帶的機(jī)械加工精度影響較大。對(duì)此,筆者在加工過(guò)程中采取合適的芯模和套模,摸索計(jì)算準(zhǔn)確的吸濕膨脹率,將導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙尺寸由5 mm增大至10.2 mm,消除導(dǎo)向帶彎曲變形和吸濕膨脹的影響,成功加工出符合圖紙要求的導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙。導(dǎo)向帶經(jīng)裝配試驗(yàn)考核,滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。

通過(guò)對(duì)油缸導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙加工工藝的研究,探索總結(jié)出導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙成熟的加工工藝方案,為導(dǎo)向帶開(kāi)口間隙的加工提供了較好的技術(shù)支持,同時(shí)對(duì)1010尼龍棒材料零件加工水平的提高也具有積極的推動(dòng)作用。