缸筒加工的镗削滚压工艺分析 - 文章

缸筒加工的镗削滚压工艺分析

作者：辽宁工程技术大学吴瑞明孙进平

缸筒作为油缸、矿用单体支柱、液压支架、炮管等产品的主要部件，其加工质量的好坏直接影响整个产品的寿命和可靠性。缸筒加工要求高，其内表面粗糙度要求为Ra0.4～0.8µm，对同轴度、耐磨性要求严格。缸筒的基本特征是深孔加工，其加工一直困扰加工人员。

采用滚压加工，由于表面层留有表面残余压应力，有助于表面微小裂纹的封闭，阻碍侵蚀作用的扩展。从而提高表面抗腐蚀能力，并能延缓疲劳裂纹的产生或扩大，因而提高缸筒疲劳强度。通过滚压成型，滚压表面形成一层冷作硬化层，减少了磨削副接触表面的弹性和塑性变形，从而提高了缸筒内壁的耐磨性，同时避免了因磨削引起的烧伤。滚压后，表面粗糙度值的减小，可提高配合性质。

1 滚压刀具的设计

以我们设计的Ø160mm组合镗滚刀为例说明刀具设计及工艺。
如结构图所示，保护帽1用于保护芯轴头部对刀仪的基准位置。支承垫4和支承钉6的作用是保护保持架(ZQSn6-6-3)免受滚柱轴向压力的压裂。支承套11材料为GCr15，要求与芯轴15过盈配合，组装后配磨。

滚柱材料为GCr15或高速钢W18Cr4V，62～65HRC。滚柱在镗滚刀中起滚压和导向作用。采用滚柱滚压的原因是它较圆珠滚压工作接触面积大，能承受较大的滚压力，可选用较大的进给量，从而提高生产率。对薄壁低刚性的工件，应选用直径较小而较长的滚柱，滚柱直径较小时可得较小的表面粗糙度值，这里我们选Ø13mm滚柱。滚柱圆角半径r在一定范围内影响表面粗糙度，减小圆角半径，相应地增加了单位应力，能减小表面粗糙度值和提高表面冷硬度。滚柱数量z增多可减小滚压粗糙度值，但所需滚压力增大。一般z取5～10，我们取6。加大滚柱滚压后角a可减小表面粗糙度值，但a过大易形成过冷硬状态，破坏表面层，一般取α≤1°。滚柱直径方向上高低不一会造成卡死、振动、拉伤加工表面，故直径方向上差值不大于0.03mm。

技术要求:
(1)装配后转动后齿环、保待架和滚柱面能自由滑动
(2)退刀时，保证刃口向上，以免拉伤
1.保护帽 2.紧定螺钉 3.保持架 4.支承垫 5.滚柱 6.支承钉 7轴承 8.后齿环 9.前齿环 10.小套 11.支承套 12.螺栓 13.刀体 14.机夹刀块 15.芯轴
组合镗滚刀结构图

滚压完成，退刀时，勾动后齿环8，使前、后齿环成啮合状态，在保持架3与芯轴15之间插人退刀半环(其长度为滚柱长度基本尺寸)，从而使得保持架带动滚柱沿支承套1:40的锥度后移，退入支承套槽中，使滚柱与缸筒脱离接触，实现退刀。

镗滚刀中滚柱、支承套、保持架为易损件，每副易损件约可滚压Ø90m×2150m油缸150根(以行程计算)。

2 滚压影响因素分析

工件材料滚压适用于50以下碳钢，碳含量愈低，孔扩张量愈小。材料硬度越低，塑性越高，则滚压的表面质量越好。滚压后硬度虽可达到400HB，但从280HB开始，滚压后效果显著下降，因此，滚压前工件材料硬度一般不低于140HB。

预加工一般采用车削或镗削。工件的几何形状精度由预加工来保证，一般要求预加工Ra0.25～5µm,锉削滚压加工余量0.5mm左右。

滚压次数第一次滚压中塑性变形最显著、最充分，表面质量得到明显提高，随着滚压次数的增加，表面产生过大的压应力，会破坏第一次滚压所得到的表面质量，即破坏滚压冷硬层，造成脱皮现象故组合撞滚刀的滚压次数选一次。

切削用量进给量f越大，表面粗糙度值将增大；滚压速度v与表面质量关系不大。滚压头过盈量一般取0.15mm左右(普通Ø60～200mm孔径油缸)，滚压量0.02～0.04m。以Ø160mm孔加工为例，我们取v=30～40m/min，f=0.1～0.25mm/r。

冷却清洁我们采用HT-40机械油:煤油(GB258-64)=1:1，也可采用硫化油:柴油=1:1配方。加工时压力油从滚压头后部冲向镗滚刀，经未加工表面从床头侧排到油槽中，这样避免了脱落的切屑刮伤已加工表面。油箱的设计，主要问题是清洁、沉淀而不是冷却，因为切削油每20min循环一次，根本来不及沉淀，加大容量不是方法。过滤问题主要通过选择合适的过滤器材和在工艺上来保证。现场证明，过滤网孔隙太大，毛毡孔隙太小容易堵塞。

缸筒滚压加工常见问题及解决方法:尺寸超差:对刀不准，刀具或滚压头磨损;内表面有振动波纹:材料太硬，转速太高;明显刀纹:进给量大，切削深度过大;拉沟:刀刃断裂，切削液量小，切削液温度太高。

3 应用实例

镗削滚压工艺是一种高效高质量的工艺措施，现以Ø160mm健削滚压头(45钢无缝钢管)为例证明镗滚效果。滚压后，孔表面粗糙度由幢滚前Ra3.2～6.3µm减小为Ra0.4～0.8µm，孔的表面硬度提高约30%，缸筒内表面疲劳强度提高25%。油缸使用寿命若只考虑缸筒影响，提高2～3倍，镗削滚压工艺较磨削工艺效率提高3倍左右。以上数据说明，该镗削滚压工艺是高效的，能大大提高缸筒的表面质量。 (end)

(投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2008-2-20，阅读818次)

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