基于液壓缸內(nèi)孔加工用刮削滾光技術(shù)

江 華

(徐州徐工液壓件有限公司，江蘇徐州221004)

對(duì)工程機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)而言，液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，產(chǎn)生往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能[1］。對(duì)于采用熱軋無縫鋼管材料的液壓缸早期的內(nèi)孔加工方法主要有鏜削滾壓和鏜削珩磨[2］，此外，由于冷拔鋼管材料在液壓缸上的逐步應(yīng)用，其內(nèi)孔加工也常采用珩磨，但加工效率都較低。隨著工程機(jī)械液壓缸不斷規(guī)模化發(fā)展，傳統(tǒng)的內(nèi)孔加工方法已不能適應(yīng)其批量制造的需求，于是產(chǎn)生了一種效率與質(zhì)量兼顧的加工技術(shù)——刮削滾光。它通過一次裝夾即可完成鏜孔、刮削和滾光三道加工過程，是一種極具潛力的加工技術(shù)[3］。刮削滾光技術(shù)在提高液壓缸內(nèi)孔加工精度及質(zhì)量的同時(shí)，可縮短制造周期，大幅提升效率。

1 鏜削與滾壓

1.1 鏜削

鏜削是一種用刀具擴(kuò)大孔或其它圓形輪廓的內(nèi)徑切削工藝，通過旋轉(zhuǎn)的鏜刀把工件上的預(yù)制孔擴(kuò)大到一定尺寸，使之達(dá)到規(guī)定要求的精度。

如圖1所示，鏜削時(shí)，工件安裝在工作臺(tái)或機(jī)床夾具上，鏜刀裝夾在鏜桿上(也可與鏜桿制成整體)，由主軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)采用鏜模時(shí)，鏜桿與主軸浮動(dòng)聯(lián)接，加工精度取決于鏜模的精度；不采用鏜模時(shí)，鏜桿與主軸剛性聯(lián)接，加工精度取決于機(jī)床的精度。鏜削分粗鏜、半精鏜和精鏜，加工精度一般可達(dá)IT9～7，表面粗糙度可達(dá)Ra2.5～0.2 μm。

1.2 滾壓

滾壓是將表面硬度高且光滑的滾柱在金屬表面形成滾壓接觸，并作無滑動(dòng)的滾動(dòng)，使金屬表面層產(chǎn)生一定量的塑性變形，修正金屬表面微觀幾何形狀誤差，將凸起部分碾壓至凹陷狀態(tài)從而減小金屬表面粗糙度值而進(jìn)行的一種精加工[4］。如圖2所示，A區(qū)為滾壓轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)，即滾柱和已切削面開始接觸，并緩慢進(jìn)行滾壓加壓；B區(qū)為滾壓金屬塑性變形區(qū)，即滾壓接觸壓力超過金屬材料的屈服極限，使其發(fā)生局部塑性變形；C區(qū)為滾壓平滑漸離區(qū)，由于金屬材料的微量性復(fù)原特性，滾柱平滑的從金屬加工面離開滾壓。加工中在金屬工件表面上形成3個(gè)變形區(qū)域:滾壓前工件終加工表面的微觀幾何形狀誤差在滾壓時(shí)的變形量△h、滾壓時(shí)工件表面材料的塑性變形量△r、滾壓后工件表面材料的彈性變形恢復(fù)量△δ。

與切削不同，滾壓是一種塑性加工，不僅具有加工精度高、時(shí)間短、無切屑等優(yōu)點(diǎn)，而且金屬表面經(jīng)過滾光后，其表層得到強(qiáng)化，使用和抗疲勞性能、耐磨和耐腐蝕性都有明顯提高[5］。

2 刮削滾光

2.1 加工原理

刮削滾光是鏜削和滾壓兩種工藝的組合，先通過粗鏜刀快速去除工件表面的加工余量，然后通過刮削刀將工件表面刮平整，緊接著進(jìn)行滾壓，最終加工達(dá)到滿足使用要求[3］。粗鏜主要是迅速去除較大的加工余量，并使內(nèi)孔初步成形，為后續(xù)刮削做準(zhǔn)備，滾光主要是光整，減小表面粗糙度值，進(jìn)一步提高精度。

如圖3所示，刮削滾光機(jī)床主要由主軸、鏜桿、刮削滾光刀頭以及對(duì)工件起支撐與固定作用的托架、錐盤組成，其中，起頂緊作用的錐盤位于工件兩端，主軸帶動(dòng)刀頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加工。

2.2 加工特點(diǎn)

刮削滾光是世界上目前最快的內(nèi)孔加工方法，從毛坯內(nèi)孔到成品內(nèi)孔只需一次加工就可完成，加工速度非常快，廣泛用于鋼管內(nèi)孔加工，特別適用于各類液壓缸制造行業(yè)。其具有如下顯著特點(diǎn):

(1)加工精度非常高，可以達(dá)到鏡面效果，表面光潔度非常好，粗糙度可達(dá)Ra0.3～0.03 μm。

(2)經(jīng)刮削滾光加工后金屬表層留有殘余壓應(yīng)力，有助于形成表面微小裂紋的封閉，并阻礙侵蝕作用的擴(kuò)散，從而提高表面抗腐蝕能力，并能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)大，提高疲勞強(qiáng)度；此外，表面形成的冷作硬化層，提高了耐磨性，從而延長液壓缸的使用壽命。

(3)效率是傳統(tǒng)珩磨加工的十倍以上，并可有效避免傳統(tǒng)珩磨加工所引起金屬表面的燒傷。

(4)沒有破壞性更強(qiáng)的尖銳溝峰，在液壓缸使用過程中即使經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)動(dòng)摩擦，磨損也不會(huì)很大，不會(huì)損傷液壓缸內(nèi)的密封，從而提高了密封的使用壽命，這點(diǎn)在液壓傳動(dòng)上特別重要。

值得注意的是，從今年10月份開始，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部副部長于康震在調(diào)研疫情時(shí)曾表示，要加速豬肉供應(yīng)鏈由“調(diào)豬”向“調(diào)肉”轉(zhuǎn)變。這也被業(yè)內(nèi)解讀為今后生豬流通格局和豬肉供應(yīng)鏈將有重大調(diào)整。

2.3 常見形式

刮削滾光按其刀具組合形式有三組合式和雙組合式，按其刮削刀刃數(shù)量有三刀刃式和雙刀刃式。

(1)如圖4所示，三組合刮削滾光由粗鏜、精鏜、滾壓三道工序組成[6］，一次加工可以快速去除較大的加工余量，最大一般能達(dá)到6～8 mm，三組合刮削滾光對(duì)工件自身的要求不高，適合加工內(nèi)孔余量較大的熱軋無縫鋼管；此外，在加工過程中，由于刮削與滾壓部位不能浮動(dòng)，其可在一定程度上修正鋼管內(nèi)孔的直線度。

(2)如圖5所示，雙組合刮削滾光沒有前置粗鏜，只由刮削和滾光兩道工序組成，對(duì)工件自身要求比較高，一般工件的壁厚偏差要求小于1 mm，內(nèi)孔刮削余量小于3 mm，適用于冷拔鋼管和經(jīng)過粗加工的熱軋無縫鋼管。由于其刮削與滾壓部位可以浮動(dòng)，在旋進(jìn)過程中，不局限于一個(gè)圓周刮削，前后有可能是兩個(gè)圓周刮削，這有利于隨彎就彎加工，從而消除工件自身彎曲對(duì)加工的不利影響[3］。雙組合刮削滾光是適應(yīng)精密冷拔鋼管內(nèi)孔加工而出現(xiàn)的，冷拔鋼管越精密，其應(yīng)用范圍就越廣。

(3)如圖6所示，三刀刃刮削滾光在其圓周方向上有相互間隔120°的三片切削刀刃，加工時(shí)，由于三刃切削刀座受力不均勻且其合力方向不共線，因此，易導(dǎo)致工件內(nèi)孔失圓[7］，特別是在毛坯內(nèi)孔圓度較差的情況下，內(nèi)孔失圓的發(fā)生幾率很大。

(4)如圖7所示，雙刀刃刮削滾光在圓周方向上有兩片相互對(duì)稱的切削刀刃，加工時(shí)，兩片切削刀刃徑向上產(chǎn)生的力可相互抵消，工件最終內(nèi)孔直徑尺寸和表面精度由切削刀徑向尺寸保證，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)孔失圓問題[7］，很好地保證了最終成形尺寸。

2.4 機(jī)床介紹

隨著刮削滾光技術(shù)在液壓缸制造業(yè)普遍應(yīng)用，刮削滾光機(jī)床也得到了快速的發(fā)展。目前，國內(nèi)采用的進(jìn)口刮削滾光機(jī)床主要有以下四種:

(2)美國Sierra(西拉)。西拉機(jī)床的刀具是自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)，整機(jī)價(jià)格非常高，在國內(nèi)市場早期占有率一般，特別是自意韓日等國的刮削滾光機(jī)床進(jìn)入中國市場后，很少再有企業(yè)購買西拉機(jī)床，目前基本談出國內(nèi)市場。

(3)韓國新成技術(shù)。新成技術(shù)機(jī)床可根據(jù)客戶要求選擇德國ECOROLL刀具和韓國自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的刀具，配備日本法蘭克系統(tǒng)，整機(jī)價(jià)格相對(duì)塔基和西拉要低，市場占有率尚可，但自日本刮削滾光機(jī)床進(jìn)入國內(nèi)市場后其面臨著較大的競爭壓力。

(4)日本株式會(huì)社AIOH-TEC(艾歐特克)。艾歐特克產(chǎn)品系列豐富，有單旋轉(zhuǎn)、雙旋轉(zhuǎn)刮削滾光機(jī)床，是日本本土各大型建機(jī)企業(yè)和其配套商主要的刮削滾光機(jī)床供應(yīng)商，最晚進(jìn)入國內(nèi)市場，但由于價(jià)格適中、故障率低、人性化等特點(diǎn)，深受好評(píng)，目前在國內(nèi)已成為眾多液壓缸制造企業(yè)在使用其機(jī)床，其市場占有率在逐步提升。

近年來，隨著我國機(jī)床工業(yè)的高速發(fā)展以及加工性能和穩(wěn)定性不斷提高，針對(duì)各類液壓缸內(nèi)孔加工需求，我國自行研發(fā)出了數(shù)控刮削滾光機(jī)床，并采用組合刀具高效實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)孔粗鏜、刮削和滾光一次加工完成，填補(bǔ)了國內(nèi)空白[8］。其切削余量、加工效率及精度等均可與進(jìn)口刮削滾光機(jī)床相媲美，而且整機(jī)價(jià)格相對(duì)進(jìn)口刮削滾光機(jī)床要低很多，給國內(nèi)相關(guān)企業(yè)帶來了一定的效應(yīng)。

3 結(jié)語

刮削滾光技術(shù)解決了液壓缸制造業(yè)內(nèi)孔加工對(duì)機(jī)床精度和效率的雙重要求，也獲得了市場的高度認(rèn)可，正被越來越多的企業(yè)采用。鑒于刮削滾光加工節(jié)拍快、質(zhì)量高且過程穩(wěn)定，相比傳統(tǒng)珩磨加工，具有一系列的優(yōu)勢，故其是當(dāng)前液壓缸內(nèi)孔加工的首選，有著廣闊的應(yīng)用空間與發(fā)展前景，同時(shí)能夠創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益。