精密液壓閥滑閥副的制造加工

魯超英

●（上海海岳液壓機電工程有限公司，上海 200031）

精密液壓閥滑閥副的制造加工

魯超英

●（上海海岳液壓機電工程有限公司，上海 200031）

對某公司生產的滑閥副加工的難點進行了分析，通過工藝流程設計、工藝方法探索和改進，總結出了一套合理的加工工藝方法，解決了該滑閥副生產過程中的質量問題。

滑閥副；閥體；滑閥加工

0 引言

滑閥副是液壓元件中的典型零件，常用于各類高精度液壓產品中。由于其尺寸精和形狀位置公差要求高、配合間隙小、形狀復雜、熱處理后容易發生變形，因此加工難度很大。本文通過對某公司制造的一種滑閥副加工難點的分析和探討，經實踐中不斷摸索和改進，總結出了一套行之有效的加工方法。經二年來的生產驗證，采用該工藝方法加工的產品，質量穩定，生產效率高，滿足了用戶的使用要求。

1 工藝難點分析

圖1 滑閥副示意圖

滑閥副由閥體和滑閥組成（圖1）。閥體材料為35鋼鍛件，主孔孔徑φ40mm，內有4條環形槽，加工完成后須進行壓力為30MPa泵壓試驗，5min內不得有任何滲漏、裂縫和永久變形。滑閥材料為 40Cr，經調質和表面淬火處理，滑閥副的配合間隙在 15μm~20μm之間，壓力為15MPa時，內泄漏量不大于120ml/min。

1.1 滑閥

1.2 閥體

閥體總長尺寸為268mm，主孔尺寸為φ40mm，孔內有 4條環形油道槽，主孔的圓柱度≤7 μm，表面粗糙度Ra0.2μm，要求非常高，閥體上交叉孔較多，加工時應保證其相對位置尺寸。為了保證滑閥副的配合間隙，主孔的尺寸公差和形位公差必須嚴格控制，根據間隙 15μm~ 20μm要求，閥體與滑閥的公差帶之和應嚴格控制在5μm之內。加工完成后閥體內的交叉口孔應嚴格去除毛刺并清洗干凈。

2 工藝方案設計

2.1 工藝流程設計

綜合上述加工難點分析，依據基準統一、逐步去除余量的原則，設計工藝流程見表1、表2。

表1 滑閥加工工藝流程

表2 閥體加工工藝流程

續表2

2.2 工藝方案設計說明

1）閥體主孔加工。鉆、擴主孔預孔，留2mm余量。粗、精鏜主孔。為了保證主孔的直線度，采用支承鏜工作臺進給方法加工[1]，這種方法由于是支承鏜，其刀尖撓度很小，加工后主孔的直線性好，尺寸公差小，一致性好。這臺鏜床由于沒有連續冷卻循環系統，加工時容易造成零件過熱引起變形，為此我們自制了一套冷卻循環系統用于加工時的零件冷卻。鏜加工參數為 n=125r/min，f=0.37mm/r，刀具材料為硬質合金 M20，留0.05mm~0.10mm精鉸余量。然后用尺寸范圍為40mm~45 mm的AC型硬質合金可調節浮動鉸刀精鉸內孔，加工參數為 n=50r/min，f=0.13mm/r。經檢測主孔的尺寸公差在0.008mm~0.010mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。最后粗、精割主孔內的4條環形槽，該鏜床自帶5μm精度的光柵數顯表，足以滿足閥體內孔的軸向尺寸加工要求。加工參數為n =64r/min，f=0.13mm/r，刀具材料為W18Cr4V。

2）閥體主孔研磨。為了提高主孔的尺寸和形位公差精度，降低內孔表面粗糙度值，采用可調式研磨工具。研具采用錐形襯套式，研磨套材料為鑄鐵，內孔為1∶50錐體，外圓開有螺旋槽，套體沿軸向切開以便漲縮。錐芯軸為合金工具鋼經淬火處理，有良好的剛性。研磨套鑄鐵材料的基體是鐵素體，周圍是珠光體，且均勻分布出片狀石墨；表面無砂眼、氣孔、發亮雜質和硬點，組織均勻；硬度為HB 140~170。粗研時磨料選用W10白剛玉研磨膏，精研時選用W5氧化鉻研磨膏。操作要點：（1）研磨前先用修整器按零件內孔尺寸修整研磨套工作表面，必須全部修出，修整質量是決定研磨質量的主要因素；（2）研磨過程中，研具作旋轉往復運動，并且經常調頭研磨，消除錐度；（3）保持零件與研具清潔，每工作一個循環后，零件必須用汽油清洗干凈，再添加新研磨膏，防止劃傷零件表面；（4）選用適合的研磨壓力，壓力過大容易形成干摩擦，劃傷內孔和抱死，壓力過小則造成內孔不圓，影響形位公差，所以應選擇適當。一般粗研壓力大些，精研壓力小些。

3）滑閥的加工。粗車外形再調質處理。一夾一頂裝夾，精車外圓各檔尺寸留磨量。為了保證滑閥兩端各檔內孔在一直線上，所有加工都以外圓定位，一端用三爪卡盤（軟爪）夾緊，另一端用中心架定位支承，分別校正兩端跳動量和總長的直線度，均應≤0.02mm，分別車兩端內孔，各檔尺寸留磨量。表面淬火后，在數控內圓磨床上夾外圓校正內孔，分別精磨兩端各檔內孔，加工參數為磨頭轉速n=18000r/min，工件轉速n=100r/min，橫向進給速度V=0.15mm/min，縱向進給f=2μm/次，砂輪為A60LV。采用上述方法校正跳動量和總長直線度均≤0.01mm，分別車兩端悶頭的中心孔，保證在外圓同一基準條件下加工中心孔，再以中心孔定位，根據閥體主孔尺寸，用數控外圓磨床徑向配磨滑閥外圓，保證間隙15μm ~20μm。加工參數為：磨削方式為橫向走刀方式，砂輪線速度V=30m/s，工件線速度V=10m/min，粗磨橫向進給V=150mm/min，縱向進給f=0.01mm/次，精磨橫向進給V=80mm/min，縱向進給f=2μm/次，用B-TS-1070B主動測量儀檢測，砂輪為PA80KV。磨削時，仔細校正機床導軌的直線度，500mm全長范圍直線度≤0.005mm，砂輪靜平衡后上機床修整，修整后再拆下平衡一次砂輪。兩頂尖裝夾時不易過緊或過松，夾緊力應適當。工件的中心孔應仔細研磨，不達要求不能上機床磨削。保證冷卻液的清潔，及時更換冷卻液和過濾紙。

4）零件的去毛刺和清洗。零件內部的固體污染物不僅易堵塞滑閥副的孔口和間隙，造成滑閥副的卡死故障，而且當顆粒尺寸接近間隙大小時，它會破壞油膜，引起零件表面磨損和劃傷，磨損又會產生更多的污染，加速零件的老化，使其性能下降失去正常工作能力。液壓系統中85%以上的故障是由于污染造成的，所以控制零件的清潔度極為重要，確保零件的高清潔度意味著獲得系統工作的高可靠性[2]。污染物主要來源于加工過程中殘留的細小鐵屑、邊角毛刺的脫落、雜質和殘余研磨膏等。因此，零件的去毛刺和清洗是液壓元件制造中的重要環節。去毛刺主要使用風動工具和專用手工去毛刺工具進行，重點清除外表各端面和內部交叉孔處的毛刺、飛邊，去除后用內窺鏡進行檢查，確認去除干凈后再轉入下道工序。清洗采用將零件放入加熱煤油中浸泡，再用汽油手工清洗，最后用SGR28-04四工位超聲波清洗機清洗。該清洗機有2個超聲波清洗槽，1個超聲波漂洗槽，1個熱風烘干槽。加工參數為水劑清洗液加熱至55℃，超聲波功率12組×600W，超聲頻率為28kHz[3]。清洗過程應注意：（1）保持清洗車間整潔、干凈，嚴禁吸煙；（2）在專用清洗臺上進行；（3）清洗后的零件不準用棉、麻、絲和化纖織品擦拭，防止纖維脫落，可用清潔干燥的壓縮空氣吹干零件；（4）清洗后的零件不準隨意放在裝配工作臺上，而應放入帶蓋子的容器內；（5）暫不裝配的零件應放入防銹油中保存。

3 初始工藝試驗結果

經檢測閥體和滑閥的圓柱度值均為10μm左右，配合間隙在公差帶上限，滑閥副裝入液壓系統，在供油壓力為15MPa時，內泄漏量指標在40 ml/min~80ml/min，其中一套已達110ml/min，試驗結果不理想。

4 工藝改進

針對上述問題，我們仔細分析了各加工環節，發現影響滑閥副加工質量的主要因素有磨床的砂輪主軸及工件主軸的旋轉精度，工作臺的校正精度，工藝系統的剛度，工件定位、裝夾、中心孔的精度，砂輪的選擇，尺寸的穩定性，閥體內孔的加工方式等。重新對數控外圓磨床進行了檢測，砂輪主軸和工件主軸的旋轉精度符合要求，工藝系統的剛度足夠，工件采用兩頂尖定位，裝夾方式符合要求。所以我們決定在閥體主孔研磨前增加珩磨工序來提高閥體主孔的形位公差精度，在滑閥配磨前增加穩定處理工序，來保證滑閥的尺寸穩定性，提高頂尖質量和機床校正精度，重新選擇配磨砂輪。

1）閥體內孔的珩磨加工。珩磨加工是用可漲縮的珩磨油石壓向工件表面，以產生一定的接觸面積和相應的壓力。在珩磨液的排屑和冷卻下，珩磨油石對被加工表面作旋轉和往復進給的復合運動，從而達到改善工件表面質量，提高工件的尺寸和形位公差精度的目的，它是一種多刃切削的精密加工方法[4]。我們珩磨閥體內孔時，裝夾采用立式方式。即工件垂直固定，珩磨工具浮動連接在Z3050搖臂鉆床主軸上，用手輪手動進給。為了珩磨加工時幫助工件排屑和冷卻，我們自制了冷卻循環系統。珩磨頭上對稱裝有4根CBN油石，粒度為240#，油石長度為190mm，珩磨頭轉速為100r/min，網紋交叉角θ=20o~30o，往復速度為2.6m/min，油石的工作壓力約0.5MPa，越程量為50mm。珩磨時應注意：（1）閥體裝夾時，應校正閥體內孔垂直度，夾緊力應適中，避免夾緊變形；（2）珩磨前，珩磨頭應仔細對準閥體內孔，不得偏斜過多；（3）切削時，對閥體內孔用專用珩磨液充分冷卻；（4）油石表面應鋒利，切削困難時要及時修整；（5）為保證閥體內孔的直線度，要仔細調整越程量，并經常將閥體調頭珩磨；（6）珩磨完成后要及時清洗。經珩磨后檢測閥體內孔尺寸公差為5μm~8μm，表面粗糙度Ra 0.4μm，為研磨打下了良好的基礎。

2）滑閥的穩定化處理。由于滑閥是套筒類零件，在裝夾和切削過程中容易產生變形。為此，除減少精加工余量，調整合適的夾緊力，減小切削力外，還應在合適的工序位置增加穩定化處理，將機械加工中產生的應力釋放出來，使滑閥制成后不再繼續變形。我們把穩定化處理工序安排在配磨外圓工序前，加工參數為-70℃~-80℃冷處理2h，160℃低溫時效處理8h[5]。

3）滑閥磨削加工的改進。在精密磨削過程中，頂尖的質量、機床的校正、砂輪的選擇直接影響工件表面質量。我們對上述問題進行了改進，請專業制造廠重新加工了高精度頂尖，采用頂尖的圓度≤2μm；對機床導軌除500mm全長校正，直線度≤5μm外，還在粗磨滑閥后，再進行滑閥直線度校準，要求≤2μm；重新選擇了精磨砂輪，牌號為PA150KV。此外，還加強了悶頭中心孔研磨質量的檢查，要求中心孔圓度修研到＜2μm，粗糙度為Ra 0.2μm。經上述改進后，滑閥的加工質量達到了圖紙要求。

5 改進后的試驗結果

通過上述改進，經檢測閥體內孔和滑閥外圓的圓柱度值均在5μm~7μm之間，閥體和滑閥的尺寸公差均＜2μm，閥體內孔和滑閥外圓的表面粗糙度分別為Ra 0.2μm和Ra 0.1μm，配合間隙大都集中在中限范圍。 將滑閥副裝入液壓系統試驗，在供油壓力為15MPa時，內泄漏量指標均在20ml/min~40ml/min之間，一致性很好，滿足了技術要求。

6 結束語

通過對滑閥副制造過程的分析和改進，總結出了一套合理有效的加工方法。經兩年來數十套產品的實際生產驗證，產品質量穩定，滿足了用戶使用要求。今后還應對立式珩磨工藝繼續改進，使之能完全取代手工研磨，進一步提高生產率。

[1]哈爾濱工業大學. 機械制造工藝學[M]. 上海: 上海科學技術出版社, 1980.

[2]趙靜波. 液壓系統油液污染控制[J]. 液壓氣動與密封, 2007.

[3]張家港超聲波電氣有限公司. 超聲波清洗機使用說明書[Z].2006.

[4]李伯民. 現代磨削技術 [M]. 北京: 機械工業出版社, 2003.

[5]任光融. 電液伺服閥制造工藝 [M]. 北京: 宇航出版社, 1988.

Manufacture of Precision Hydraulic Slide Valve Pair

LU Chao-ying
(Shanghai Hydronew Electro-Hydraulic Engineering Co., Ltd., Shanghai 200031, China)

The difficulty of slide valve manufacture is analyzed. Through the design of the process flow, the exploration and improvement of the process method, a set of reasonable processing methods is summarized. The quality problem in production process of slide valve is solved.

slide valve pair; valve body; slide valve manufactur

TH162;TH137

A

魯超英（1958-），男，工程師。研究方向：精密機械加工和液壓元件制造。