液压锻造缸筒加工过程的质量控制

液压锻造缸筒加工过程的质量控制

引进多种液压 锻造气缸 筒体的加工工艺，并对影响各加工工艺质量的主要因素进行了分析，提出了提高加工质量的具体措施。同时，对锻造缸筒的几种常用加工工艺进行了比较，指出了各自的优缺点和适用范围。

0.简介

液压锻造缸是现代工程机械等设备中常用的重要零部件之一，锻造缸的加工生产工艺是其重要组成部分。 锻造缸筒 废品率高的主要原因是

• 1) 刀杆又细又长，刚性小，容易造成刀具偏移和振动。
• 2) 锻造缸体毛坯本身的刚性较差，容易造成不直不圆。
• 3) 冷却和排屑困难，铁屑容易划伤加工表面。
• 4) 刀头导向困难，导致导向条磨损，破坏导向效果。

因此，有必要采取相应措施，确保导向、切削、排屑、润滑和冷却的可靠性，以有效降低锻造缸的废品率。

1.锻造缸筒加工技术方案开发

大多数锻造液压缸 圆棒 作为原材料，低压 锻造气缸 与 20# 钢 和 25# 钢无需热处理。中高压锻造缸筒或重要锻造缸筒超过 35# 钢, 45# 钢、27SiMn、25CrMo 等材料的回火处理。不同材料毛坯的锻造缸筒加工工艺大同小异。但根据坯料的原材料和热处理状态，在制定工艺方案和参数时，其工艺参数有所不同。
液压锻造油缸的结构如图 1 所示，锻造油缸的结构可针对以下几种加工工艺路线进行开发。

• 计划 1： 金属材料 → → → 热处理 → 镗孔→矫直→镗孔→带定位挡块的汽车镗孔机→粗镗→半精镗→精镗（浮镗）→轧制。
• 选项 2：卸料 → 热处理 → 矫直 → 车削和珩磨机定位挡块 → 粗镗 → 半精镗 → 珩磨。
• 方案 3：卸料→→热处理→→矫直→→车镗床定位停机→→组合镗孔。
• 方案 4：冷拔精密无缝钢管下料→→带定位挡块的汽车珩磨机→→珩磨。

2.锻造缸筒加工中应注意的问题

2.1 物化

在加工材料时应考虑卡盘的尺寸，尺寸过小可能会使两端的加工定位止口长度过短，导致工件在镗床上定位不准，造成加工出来的锻造成品气缸壁厚不均匀。

图 1 锻造缸筒结构示意图

2.2 热处理

锻造缸体的尺寸和热处理后硬度的均匀性，不仅影响锻造缸体的质量，而且在很大程度上影响后续的加工工序。硬度不均匀的锻造缸体，在后续的镗孔加工中，刀具磨损会加剧，甚至可能 "打刀"，造成工件报废。特别是在使用浮动镗刀精加工时，成品镗孔的质量也会下降。对于这类毛坯筒体，在镗孔加工中最好采用珩磨加工。
缸筒毛坯的热处理大多采用箱式炉或井式炉加热、立式淬火；这种方式容易造成锻造缸筒的局部硬度不均匀。在中频淬火线上进行无缝钢管淬火处理时，由于冷却介质与工件接触均匀，锻造缸筒毛坯硬度均匀，工件硬度的一致性也较好，对后续工序非常有利。但是，由于感应加热线圈尺寸的限制，这种淬火方法在单件、小批量和特殊锻造缸体生产中较难应用。

2.3 镗床调整和工件夹紧

在整个镗孔过程中，要确保镗床主轴、夹具、工件、镗刀、镗杆、收油盘、镗杆座中心线一致，以保证加工工序的内孔质量。在镗床调整时，可以使用附在镗床主轴上的磁性台座，检查镗刀杆和受油器，以及主轴的同心度。对镗床受油器尾部减振套必须进行检查和调整，磨损的要及时更换。
在粗加工时，工件可以使用鸡形卡盘来增加切削量，以提高生产率。但在精加工时，鸡形卡盘可能会导致锻造圆筒出口圆度太差。精加工可以使用锥度定位和摩擦夹紧。为保证夹紧可靠，需要加大收油器的夹紧力；如果摩擦力不够，可以将压力机和工件的定位锥度改小。

2.4 粗镗

2.4.1 磨削粗镗刀

由于深孔镗削排屑困难，刀具刃磨时要将刀头处的断屑槽开得更深、更窄，以增加断屑效果和方便排屑。切削刃倾斜角度应注意与镗削排屑形式的兼容性。

2.4.2 粗镗头的调整

粗镗头的结构如图 2 所示；前导向块为硬质合金，后导向块为塑木条；粗镗头的调整原则是：保证刀尖与前硬质合金导向块的位置相适应；前硬质合金导向块与后塑木条的尺寸一致；塑木条的径向尺寸相互一致。

图 2 粗镗头结构示意图
1-镗刀；2-压紧螺钉；3-硬质合金导向块；4-调节螺钉；5-胶合木导向杆；6-镗头；7-沉孔规。
刀尖应比前面的硬质合金导向块超前，刀尖超前量与加工余量和进给量有关，一般在1mm-2mm之间。同时，刀尖在径向尺寸上应略高于硬质合金导向块，约为 0.02mm。为了保证上述尺寸，必须使用专用的刀规对刀，刀规的内径，根据每道工序的尺寸要求，分别制作。如果前硬质合金导向块与对刀规的间隙较大，更换新的硬质合金导向块后，需要重新磨削粗镗头；如果刀尖不适合多余量，需要重新磨削粗镗刀。木棒导向块尺寸调整后，为保证与前面硬质合金导向块的尺寸一致，最好每次调整后重新加工木棒的外径，保证每个导向块的径向尺寸一致。

2.5 精镗

目前，应用最广泛的精镗是浮动镗刀形式，如图 3 所示。精镗刀可在精镗头的矩形孔中滑动，自动调整两个切削刃的切削量，减少因刀柄弯曲和夹持不准确而产生的误差。

图 3 精镗头结构示意图
1-精镗头；2-精镗工具；3-导向杆；4-楔板；5-调节螺母；6-锁紧螺母；7-连接器

2.5.1 磨削精镗刀

浮镗的切削工艺与铰削类似；加工余量不易过大，如图 1 所示为锻造缸筒的加工结构，精镗余量为 0.08mm-0.15mm，刀头磨出较长的校准刃，起到挤压作用，主、副偏角取 1.5°-2.5°，刀头刃磨后，表面粗糙度应在 R 以上。_a3.2 以下，同时检查切削刃的质量，不得有锯齿现象，切削刃的两边必切削刃两侧必须对称；两个切削刃和校准刃必须在同一平面上。

2.5.2 精镗头的调整

精镗头调整的原则是导杆ϕ2的字体大小与精镗前的底孔直径一致，导杆ϕ1的背面与精镗后的孔径一致，各导杆的径向尺寸相互一致。精镗时需要特别注意铁屑的清除问题；精镗时应适当增加冷却液流量。否则，铁屑容易划伤加工后的孔表面。

2.6 滚动

滚压可以提高锻造缸孔的表面质量，但不能提高缸孔的几何精度和位置公差；工件在滚压前的精度和粗糙度越高，滚压后的表面质量越高。滚压前底孔的表面粗糙度一般控制在 R_a1.6 左右。

2.6.1 调整滚动头

深孔加工中使用不同的滚轮头，但调整原理是相同的。辊头的辊子需要分组，以确保同一辊头的一排辊子直径相互一致，最大相差不超过 0.002 毫米。如果是双排辊头的辊子，前后两排辊子的外径可以不一致。辊子的边缘应倒圆角至 1 毫米或 2 毫米，表面应抛光，表面粗糙度为 R_a0.2-0.4 微米。同一排轧辊的圆角应一致。对于双排轧辊的轧头后排轧辊，外径需比前排外径大 0.01 毫米-0.02 毫米。

2.6.2 轧制参数的选择

应根据材料的硬度、壁厚和试验得出的其他条件选择轧制用量。滚压余量越小，走刀表面质量越好。轧制余量过小轧制效果不好，不能有效改善底孔表面质量，过盈量过大，锻造缸筒会轧毛，造成 "脱皮"，甚至轧头卡在锻造缸筒中间，造成轧头损坏和锻造缸筒报废。薄壁锻造缸筒轧制超负荷也会破坏锻造缸筒的直线度。轧制加工尽量一刀完成。在图 1 所示的锻造气缸中，锻造气缸的加工余量为 0.25-0.35mm/r。滚压时采取的过盈量为0.08mm-0.12mm，滚压后锻造缸筒的实际尺寸增加了约0.02mm。

2.7 综合镗孔

在大批量生产中，为提高生产效率，可以采用组合镗，即镗削与滚压复合加工，将粗镗刀、浮镗刀、滚压刀装在一个刀体上，在一个刀体上完成粗镗、精镗和滚压。组合镗的刀体原理与前面提到的分离加工的刀体原理是一样的；不同的是组合镗的刀体更难引导一些，对刀体精度的要求更高一些。

2.8 珩磨和强力珩磨

珩磨也是一种常用的内孔加工手段，可以提高锻造缸体内孔的几何精度和表面粗糙度；珩磨的适应性比深孔轧制好，珩磨后锻造缸体的圆度一般比轧制好，但珩磨的效率比轧制低得多。强力珩磨是锻造气缸的又一道工序；它比普通珩磨加工量大，磨削效率高。
在珩磨和动力珩磨时要根据锻造缸体材料选择油石磨料和粒度。油石粒度越粗，切削效率越高，但表面粗糙度越差；油石粒度越细，切削效率越低，但表面粗糙度越好。在满足工件粗糙度要求的前提下，尽量选择粒度较粗的油石，以提高生产效率。油石的硬度与锻缸直径、工件的硬度、珩磨机的形式、珩磨头的张紧形式、珩磨头的张紧力都有关系，需要根据具体情况综合选择，珩磨和动力珩磨的磨削参数在一般的切削手册中都能找到，需要通过试加工确定最优工艺参数。

3.工艺比较

采用精密冷拔无缝钢管直接进行珩磨或直接购买高精度冷珩磨管，锻压气缸厂只需加工锻压气缸的缸筒两端即可，该工艺的废品率几乎为零，材料利用率也很高，是一种比较先进的工艺。但是，目前高精度冷拔珩磨管的规格、供应品种还不够丰富，比 锻造气缸在一些重要的锻造气缸和超高压锻造气缸中，当应用某些限制条件时，内应力会更大。随着冷拔无缝钢管工业的发展，这种工艺将越来越多地应用于锻造气缸制造行业。
滚压工艺的生产效率远高于珩磨和动力珩磨，在批量生产中质量稳定具有明显优势。但是，对于工人的技术素质、机床和工具的珩磨要求在批量生产中具有明显优势。
在单件生产中，珩磨和动力珩磨的灵活性和适应性更好。特种锻造缸筒生产更具优势，珩磨可修复工件的部分滚动失效。滚压和珩磨可联合使用，扬长避短，降低锻造缸筒加工的废品率。

4.结论

缸筒 加工过程 制定时应综合考虑图纸要求、批量、机床、刀具、毛坯质量和工人技术素质等，并对制定的工艺参数在实际生产中加以修正。要加工出高质量的工件，除了工艺和参数要合理外，还要有一套切实可行的工艺管理制度。
作者：杨振声杨振声