王慧劍,徐水國,楊曉軍,劉春山

(1.浙江輕機實業(yè)有限公司,浙江 杭州 311401;2.浙江輕機離心機制造有限公司,浙江 杭州 311401)

1 前言

推料離心機是一種脈動卸料、連續(xù)操作[1]具有洗滌功能的離心過濾設(shè)備,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保等行業(yè)。其脈動卸料是通過推料活塞的前后往復(fù)運動得以實現(xiàn),而油缸部件是實現(xiàn)推料活塞往復(fù)運動的重要部件。

油缸部件總成見圖1,其由油缸、推料活塞組件等零件組成?；钊M件與油缸兩者之間采用間隙密封,兩者在做同步高速旋轉(zhuǎn)的同時,活塞組件在內(nèi)置機械換向結(jié)構(gòu)的作用下在油缸內(nèi)進行軸向往復(fù)運動,通常轉(zhuǎn)速在1 000 r/min～3 000 r/min之間,往復(fù)運動頻率在60次/min～100次/min之間。因此兩者之間的間隙控制較常規(guī)的油缸部件要嚴(yán)格,一旦間隙過大會導(dǎo)致泄漏嚴(yán)重,影響活塞組件的往復(fù)運動次數(shù),進而使推料離心機的軸向推力和推料次數(shù)的下降,最終影響物料的離心分離效果。因此油缸內(nèi)表面的耐磨程度決定了推料離心機的使用壽命。文章針對提高油缸內(nèi)孔的耐磨性技術(shù)進行闡述。

圖1 油缸部件總成圖Fig.1 Assembly diagram of cylinder component

2 油缸的要求及原工藝流程

推料離心機的油缸材質(zhì)為45號鋼,調(diào)質(zhì)硬度T235,內(nèi)孔的表面粗糙度要求Ra0.4,圓柱度要求小于0.02 mm,其加工工藝流程為鍛—粗車—熱處理(調(diào)質(zhì))—半精車—作孔—精車—磨—修毛刺—檢驗—入庫。

從工藝流程可以看出對油缸內(nèi)孔采用的是磨削加工工藝,由于磨削工藝存在著成本高、工裝復(fù)雜等劣勢[2],導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下,加工成本高,作業(yè)環(huán)境不太友好,同時也為了增加油缸內(nèi)孔表面的硬度,提高耐磨性,故需要改變工藝方式。

3 技術(shù)方案的研究

浙江輕機離心機制造有限公司推料離心機油缸的材質(zhì)為45號鋼,熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)處理,其機械性能滿足強度要求,但內(nèi)孔表面硬度僅為HRB235左右。為了提高油缸內(nèi)孔的耐磨性,在保證油缸整體機械性能的前提下需要提高內(nèi)孔表面硬度,因此必須對油缸內(nèi)孔進行表面硬化處理。

通常表面硬化處理有滲氮、表面高頻淬火等方法解決,滲氮工藝由于滲氮處理時間冗長且生產(chǎn)成本高,而表面高頻淬火工藝由于材質(zhì)是45號鋼,淬火容易產(chǎn)生裂紋,具有一定的報廢概率,因此不宜采用以上兩種工藝。

豪克能金屬表面加工技術(shù)是將噴丸、滾壓和超聲波振動結(jié)合在一起的一種新技術(shù)[3],其利用金屬在常溫狀態(tài)下的冷塑性特點,運用豪克能對金屬零件表面進行無研磨劑的研磨、強化和微小形變處理。由于豪克能在零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力[4],加工時不僅提高零件表面的顯微硬度、耐磨性,而且零件的粗糙度大幅度提高。為了保質(zhì)快捷低成本的對油缸內(nèi)孔進行表面硬化處理,通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)豪克能工藝技術(shù)能提高金屬表面的硬度及粗糙度。

通過試樣對內(nèi)孔進行豪克能表面加工初步試驗,結(jié)果表明其表面粗糙度、硬度、內(nèi)孔形狀公差都能滿足油缸內(nèi)孔的技術(shù)要求。

4 豪克能工藝的調(diào)試

4.1 前道工序的精度控制

豪克能金屬表面加工對前道加工的金屬表面精度有一定的要求。因此必須對前道的精車加工加強控制,其常規(guī)要求精車后零件表面均勻一致無竹節(jié)紋。在精車油缸內(nèi)孔時發(fā)現(xiàn)存在振動現(xiàn)象而產(chǎn)生了圓柱度僅達0.05 mm,且有竹節(jié)紋,無法滿足豪克能金屬表面加工前期工藝要求。經(jīng)分析認(rèn)為是車床精度過低、刀桿剛性不足、切削量過大和車刀選擇不當(dāng)所引起的。

4.1.1 車床的選擇

數(shù)控車床的加工精度主要由兩個方面組成,一是操作系統(tǒng),二是機械精度。這就要求數(shù)控車床有較高的加工精度和專業(yè)操作水平,以優(yōu)化生產(chǎn)過程,達到零件技術(shù)要求。

由于油缸零件的尺寸精度、形狀精度及表面質(zhì)量要求較高,因此需要選擇合適的車床。

CAK6180數(shù)控車床有良好的精度和隔振技術(shù)性能,主軸錐孔軸線徑向跳動0.02 mm/300 mm,主軸軸線對溜板箱移動平行度為0.015 mm/300 mm,絲杠的軸向竄動為0.015 mm,精車外圓的精度為圓度0.01 mm,圓柱度0.04 mm/300 mm。從參數(shù)看,通過操作人員的程序編輯,能夠滿足油缸的豪克能前道車加工精度要求。

4.1.2 工藝參數(shù)的選用

(1)車刀的選擇。硬質(zhì)合金車刀具有良好的紅硬性和耐磨性,在切削時保持刀刃鋒利,使用壽命長,合理選擇車刀 的角度可以防止車削時產(chǎn)生振動、讓刀、積屑瘤等不良現(xiàn)象。

前角是前刀面和基面之間的夾角,精加工時選擇較大的角度,使刀刃鋒利、減小切削力。后角是后刀面和切削平面間的夾角,其作用是減小車刀后刀面與工件的摩擦,精車時選擇刀具鋒利降低切削力。刃傾角是主切削刃與基面之間的夾角,由于精加工加工余量小,切削阻力小,為了保證刀刃鋒利,通常選擇刃傾角為正值。主偏角是主切削刃在基面上的投影與進給方向之間的夾角,精車時為了減小徑向力需要加大主偏角。副偏角是副切削刃在基面上的投影與背離進給方向間的夾角,減小副偏角可以減小工件的表面粗糙度[5]。

根據(jù)以上要求,選用住友11°正型型號為TPGT的數(shù)控車刀片,其前角為-4°、后角為 11°、刃傾角為5 °、主偏角為 93°、副偏角為 27°。

(2)刀桿的選擇。同時為了提高刀桿的剛性,刀桿選用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼[6]42CrMo材料,熱處理后硬度為HRC28～32、抗拉強度達1 100 MPa。其次刀桿結(jié)構(gòu)采用中空設(shè)計,即刀桿前端設(shè)計為普通數(shù)控刀桿,后端采用L型設(shè)計結(jié)構(gòu),這樣加大了與數(shù)控車床的刀架接觸面從而提高進一步提高了刀桿剛性。

(3)車床參數(shù)的選用。通過專用刀桿和TPGT數(shù)控車刀片在CAK6180數(shù)控車床上試車削,振動現(xiàn)象已得到了良好的改善,經(jīng)過對參數(shù)多次優(yōu)化篩選試驗,最終確定切削參數(shù)如下：主軸轉(zhuǎn)速240 r/min～350 r/min,車削進給量0.15 mm/r～0.2 mm/r時油缸內(nèi)孔圓柱度為0.015 mm,表面粗糙度小于Ra3.2。

4.2 豪克能加工參數(shù)選擇

豪克能是一種由電能轉(zhuǎn)換、高頻(頻率是30 kHz)、高能量密度(是超聲波能量的40倍)且振幅很小的超聲波能和沖擊能的復(fù)合能量[7],其加工參數(shù)的選擇對表面硬度、粗糙度影響非常大。

豪克能表面加工精度和尺寸控制,除了受制于前道精車精度外,在選定工具頭和超聲頻率后還取決于余量、工藝參數(shù)選擇和潤滑情況。將豪克能刀具裝夾在車床的刀架上進行加工(見圖2)。

圖2 豪克能加工圖Fig.2 Hawking processing diagram

配以46號潤滑油中加入適當(dāng)比列的煤油,輸入電壓為AC 220 V/50 Hz,超聲工具頭頻率為30 kHz。

參數(shù)的調(diào)試主要是為了達到油缸的技術(shù)要求,根據(jù)經(jīng)驗45號鋼用豪克能加工時選擇線速度0.4 m/s、進給量0.2 mm/r得到的粗糙度能滿足油缸的技術(shù)要求。在此參數(shù)下選取四組壓縮打表量進行試驗,測試油缸表面的粗糙度及硬度,以便做進一步優(yōu)化。試驗結(jié)果見表1。

表1 豪克能加工試驗結(jié)果Tab.1 Test results of Hawking processing

從表1可以看出除方案一外都能滿足設(shè)計要求。從經(jīng)濟性看,方案三性價比最高。因此選壓縮打表量為0.06 mm、線速度為0.4 m/s、進給量為0.2 mm/r時,通過豪克能加工完全能滿足油缸內(nèi)孔的設(shè)計要求,且油缸表面硬度提高了15%以上。

5 總結(jié)

推料離心機油缸內(nèi)孔由磨削改為豪克能表面加工后,其粗糙度和形狀公差都達到了設(shè)計要求,且粗糙度高達Ra0.2,表面硬度提高了15%。不僅優(yōu)化了工藝流程提高產(chǎn)品質(zhì)量,同時也提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)實際運行使用,油缸使用壽命提高100%。