阀体珩磨工艺研究.pdf

0引言随着工业技术的迅速发展，液压控制技术在工业生产中的应用更加广泛，液压机械具有高效率、高动力、高精度的特点，这使得传统笨重的机械被新型的液压机械逐步取代。液压机械的推广主要取决于液压件关键部位的加工技术，而液压阀孔的加工精度直接影响产品的性能、寿命及使用，因此高端液压总成元件加工技术的改进成为重中之重。本文研究的挖机阀体是用于工程机械的一款高端液压产品，主要用于挖掘机控制动力总成，是挖掘机控制系统的“心脏”。该阀体是一种以液压油为操作介质的自动化元器件，与各类液压阀、阀芯组合起来使用，通过液压阀芯的动作来控制油液介质的方向、通断、流量、压力等参数，间接地控制挖掘机各个关节的动作。在阀体各个阀孔的加工中，阀芯孔的尺寸精度、几何精度、表面粗糙度要求最为严格，是阀体加工的难点部位，也是阀体构造的核心，如图1所示。1阀芯孔加工工艺流程该阀体材料为蠕墨铸铁，阀芯孔直径尺寸为D28H6，孔壁粗糙度要求为Rz2.5，圆度要求上限为0.002 mm，直线度要求上限为0.003 mm，平行度要求上限为0.004 mm，阀芯与阀芯孔之间采用精密配合方式，所以阀芯孔的加工要求非常高。阀芯孔的加工阀体珩磨工艺研究孙明宇李广田龚军振（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061）摘要：介绍了一种挖机阀体阀芯孔的全部加工工艺流程，针对试制过程中出现的阀芯孔尺寸超差问题进行了深入研究，找到了影响阀芯孔质量的关键因素，并通过刀具调整、程序改进等方法，解决了挖机阀体阀芯孔的加工问题，成功制造出合格的挖掘机阀体，为液压元件的加工试制积累了经验。关键词：挖机阀体；阀芯孔；加工工艺中图分类号：TG580.67文献标志码：A文章编号：1671-0797（2023）18-0082-04DOI：10.19514/32-1628/tm.2023.18.021图1阀芯孔结构图工艺与技术Gongyi yu Jishu82工艺采用扩-铰-珩的加工顺序1，具体分为粗扩、半精扩、半精预铰、半精铰、精预铰、精铰、钢丝刷去毛刺、热能爆炸去毛刺、粗涨珩、粗珩、半精珩、精珩、碳硅刷去毛刺等工步，最终保证阀芯孔的加工质量2。2试制问题该挖机阀体的试验过程中出现阀芯孔位置泄漏量超差问题。经过对阀芯直径尺寸及形位公差、阀芯孔直径尺寸及形位公差、阀芯孔粗糙度、试验设备准确性等问题的逐项排查，最终将问题锁定在阀芯孔加工上，实际测量阀芯孔粗糙度满足Rz2.5要求，但是圆度、直线度、平行度等形位公差超差严重，针对这种情况进行分析，采取了一系列措施来提高阀芯孔加工质量，保证了阀体的合格下线。3阀芯孔质量影响因素分析改进3.1铰刀加工情况分析阀芯孔在扩孔加工之后，阀孔的直线度基本上能够得到有效控制，这时选择带导向单刃精铰刀对阀孔实施铰孔处理最为主要的目的就是对孔的圆度误差进行修正。针对铰刀加工情况进行排查，发现铰刀在加工中心上跳动值较大，使用仪器实际测量四把铰刀的跳动，结果跳动值最大达到0.08 mm，经过跟刀具厂家沟通，铰刀跳动需调至0.03 mm以内。针对这种情况，在加工中心上重新调整了铰刀，保证刀具跳动在0.02 mm以内，并在此基础上进行阀体阀芯孔铰孔处理，最终结果显示铰孔圆度可以达到0.010.025 mm，但直线度、平行度在0.020.05 mm，需要珩磨工序进一步修正。检测结果如图2、图3所示。3.2珩磨加工余量与涨珩刀加工压力及次数珩磨工序的作用是对阀孔做最后的圆度、直线度、表面粗糙度修正。珩磨加工对圆度的修正能力最高为10倍，即珩前圆柱度若为0.03 mm，珩后圆柱度最高可达0.003 mm。在前工序有效保证各项精度的情况下，珩磨后阀孔圆柱度可达0.001 50.003 mm，表面粗糙度可达Rz2.5，较好地达到了设计要求。珩磨虽可去除较大加工余量，但余量过大将影响加工效率和加工质量，余量过小则会发生珩磨质量差甚至振刀现象。为去除前工序的表面加工痕迹和形状误差，加工余量应大于前工序的总误差（包括图2铰孔后圆度图3铰孔后直线度与平行度Gongyi yu Jishu工艺与技术83形状误差及表面粗糙度）。根据现场刀具情况与厂家指导，最终将刀具加工余量定为：粗珩刀（0.01 mm）、半精珩刀（0.007 mm）、精珩刀（0.003 mm）。涨珩刀的加工原理为：内冷压力将珩磨条压在孔壁上，进行多次进出反复珩磨去除余量。所以，珩磨刀的珩磨余量是由珩磨压力和珩磨次数决定，一般情况下，珩磨压力越高，加工效率越高，但同时也会导致珩磨表面质量变差。现有涨珩刀内冷压力保持在2 MPa（20 bar）稳定不变，通过改变加工次数来调整珩磨尺寸。涨珩刀主要进行孔系直线度的修正，涨珩刀加工后的阀芯孔直线度可以达到0.0030.005 mm，圆度则还需要后序刀具的修正。3.3珩磨条长度和规圆情况珩磨条长度主要取决于珩磨孔的长度，是刀具厂家研究了阀体阀芯孔实际长度及加工工况后进行设计制造的，属于该种阀体阀芯孔的专用刀具。珩磨条长度为120 mm，中间部分60 mm为主要珩磨部分，两端珩磨条直径呈减小趋势。该阀体阀芯孔中有多个档位槽，珩磨刀呈一种断续切削状态，当珩磨条长度过短时，刀具导向差、珩磨效率低、易振刀；当珩磨条过长时，容易使孔呈鼓形，影响孔的圆柱度3。珩磨条在出厂前会安装到珩磨头上，在磨床上进行规圆，规圆后珩磨条的圆柱度最大不能超过0.01 mm。由于珩磨刀断续切削，所以珩磨条前后端位置必须进行倒角处理，减少刀具进退刀过程中的抗力，增加刀具稳定性，防止出现振刀现象。3.4珩磨行程及越程量为加工出直径一致、圆度好的孔系，必须合理选定珩磨条的长度、珩磨行程及越程量（两端）。珩磨的越程量为珩磨刀反复进退加工过程中从出口伸出的长度和入口留下的长度，珩磨越程量必须保证进退刀转换时珩磨条珩磨部位中点位于出入孔口处。如果越程量较小，出口处会出现“喇叭口”现象，即出口位置直径较整体偏小；如果越程量较大，刀具在进出口处的支撑面积就小，刀具会呈现出不稳定状态，出现轻微振刀及蜂鸣声4。3.5毛刺去除影响阀芯孔加工过程中不可避免地带有毛刺，这些毛刺可能会影响到阀芯孔的珩磨质量。该阀体采用毛刷去毛刺与热能爆炸去毛刺相结合的方法消除毛刺。阀芯孔挖槽刀自身带有很小的倒角，主要用于去除挖槽产生的毛刺；热能去毛刺采用的是气体燃烧的方式，将细小的毛刺气化，实现毛刺的去除；铰孔工序后，用钢丝刷去除阀芯孔铰孔产生的毛刺；珩磨后，用碳硅刷去除珩磨产生的毛刺。各个工序毛刺的去除，保证了阀芯孔的加工质量和阀芯在阀体阀芯孔中动作的流畅，防范了卡阀现象的发生。经过一系列调整与改进，阀芯孔的圆度、直线度、平行度等尺寸均满足图纸要求，阀体阀芯孔处泄漏量降低至合格范围以内，各个液压阀正常运转。结果如图4、图5所示。4结束语阀体是挖掘机动力总成的关键零件，阀体的阀芯孔加工质量直接影响阀体的泄漏量、动作、可靠性等关键性能。本文通过对与阀芯孔加工质量紧密相关的刀具与参数的研究，找到了阀芯孔质量保证的一系列因素，保证了挖机阀体的加工质量，实现了泄图4珩磨后圆度工艺与技术Gongyi yu Jishu84（上接第81页）进行提升与改善。对于二次扫描清除碎屑后的环转加工微孔表面仍然存在的少部分微小硬块及碎屑，可结合玻璃材料的液体辅助激光刻蚀法，将加工样品浸润在甲醇或水等特殊液体中进行激光加工，利用流动的液体带走或腐蚀烧灼过程中产生的碎屑并降低热效应、热扩散，或用一定浓度的氢氟酸（HF）溶液在酸洗池中对样品进行酸洗去除。环状旋转加工法由于材料旋转式惯量大，扫描振镜系统加工范围、加工速度所限，一般一次只能加工一个小体量微孔，无法实现大批量快速加工，对直接应用于工业生产不利，可采用加工范围更大的场镜，设计编写相应加工程序进行加工改善。参考文献1 FORKRL,GREENEBI,SHANKCV.Generationofoptical pulses shorter than 0.1 psec by collidingpulse mode locking J.Applied Physics Letters,1981,38(9):671-672.2 GANIN D,LAPSHIN K,OBIDIN A,et al.Single pulseperforation of thintransparentdielectricsbyfemtosecond lasersJ.Applied Physics A:MaterialsScience&Processing,2017,123(5):378-385.3 姚龙元.飞秒激光烧蚀石英玻璃机理与形貌特征研究D.大连：大连理工大学，2014.4 陈亮，刘晓东，刘静，等.飞秒激光在石英玻璃表面刻蚀微槽的研究J.光学学报，2020，40（23）：145-151.收稿日期：2023-06-13作者简介：王艺霖（2000），男，天津人，研究方向：电子信息工程。漏量合格的既定目标，为后续的液压产品开发积累了经验5。参考文献1 李树民，文正民，马兆俊.液压阀孔的加工技术J.液压气动与密封，2001（6）：38-40.2 盛捷，董乐，杜严.发动机缸孔珩磨工艺技术研究J.汽车工艺与材料，2019（3）：18-21.3 司圣春.铸铁缸体缸孔珩磨工艺及检测技术探究J.金属加工（冷加工），2016（19）：12-14.4 李宏.常见珩磨加工工艺参数调整方法J.机电国际市场，2000（4）：24-25.5 孙振贵，邢天羿，邵铭，等.超精密阀套内孔的珩磨工艺研究J.航空精密制造技术，2019，55（2）：53-56.收稿日期：2023-06-07作者简介：孙明宇（1995），男，山东烟台人，研究方向：机械加工工艺。图5珩磨后直线度与平行度Gongyi yu Jishu工艺与技术85