推移液壓缸三深孔式活塞桿的工藝優化措施

隗春月

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

0 引言

成本控制是企業發展的基礎。企業要想提高經濟效益，就必須把成本控制貫穿于整個經營管理的全過程，縮短生產周期，提高產品質量。隨著煤機市場競爭愈來愈激烈，以最少的成本獲得最大的利潤，并干出最高品質的支架，已成為大多數支架企業追求的目標。日常工作中，企業也通過降本提效、修舊利廢等手段，作為增加其運營成本的必要手段，在資金回籠不足時，可有效增強企業抗風險能力，保證企業正常運營。

人工智能技術應用于各個領域的生產過程中，以煤礦機械為例，其使用的液壓支架已經很好地實現了信息智能化，液壓支架中的推移液壓缸活塞桿，其深孔內部裝有傳感設備，被廣泛應用于液壓支架中，使礦工不用在礦井中實際查看，也能夠更好地掌握液壓支架等設備的運動情況。在眾多結構的深孔活塞桿中，三深孔活塞桿的加工及生產要求最高，花費更大，同時精度也最難保證。

1 項目主要解決的主要問題

1.1 深孔活塞桿的結構

活塞桿是支持活塞運動并為液壓缸提供行程的零件，常被應用為液壓缸的執行部件。在液壓缸的整個運動過程中，活塞桿起到了一個力的傳遞作用。液壓支架的推移液壓缸活塞桿通過推桿與工作面運輸機相連，使刮板運輸機、采煤機與液壓支架進行全面推進運動，如圖1 所示，推移活塞桿大部分具有深孔結構，一般有單深孔、雙深孔及三深孔3種深孔式結構。其深孔內部放置電磁伸縮位移傳感器，它采用內部非接觸的測量方式，測量用的活動磁環和傳感器自身并無直接接觸，不至于被摩擦、磨損，可以有效且精確地檢測出磁環的位置，可靠性高，安全性好，便于自動化工作，在惡劣的工作環境下，也能正常應用于油缸位移測量，從而確定液壓支架等設備在移動時的實際位移值。

圖1 活塞桿的位置圖

推移液壓缸由缸筒、活塞桿、活塞、導向套等幾部分組成，活塞桿的加工質量好壞，直接影響液壓千斤頂的壽命和可靠性。活塞桿加工要求高，其表面粗糙度、同軸度及耐磨性要求極為嚴格。

1.2 三深孔活塞桿的加工問題

近幾年，經過改進推移液壓缸的設計結構，三深孔式活塞桿也被應用于很多高端產品中，其結構如圖2 所示，由于加工過程中，深孔作為加工外圓及各行孔的加工基準，其直線度要求很高，中心深孔與外圓同軸度要求φ0.1mm，而深孔加工的直線度，極易受鉆頭進口端面精度、平整度等影響，目前有以下幾點問題，嚴重影響著推移千斤頂的整體質量。

圖2 三深孔活塞桿的結構圖（單位：mm）

隨著液壓支架的支護高度越來越高，活塞桿的規格和長徑比也越來越大，其外圓在熱處理后會出現彎曲變形的情況，后續以深孔為基準精加工外圓時，會出現無法車圓的情況。

由于結構比較特殊，三深孔活塞桿的加工精度，在以往單身空比深孔活塞桿的要求更高，一旦深孔出現同軸度超差，就會導致產品報廢。

為保證雙向鉆深孔，防止深孔鉆通后噴油，所以須在兩端將毛料余量增加，鉆深孔后再將其平掉，無形中增加了采購成本。

深孔加工易受各方面影響而鉆偏，為保證深孔質量，防止深孔鉆偏報廢，所以增加了雙向二次擴孔工序，但二次擴孔加工難度大，易折鉆頭。

2 針對三深孔活塞桿加工問題的改進措施

通過不斷改進工藝及加工方式，對該類活塞桿問題進行分析，對加工數據進行追蹤，最終嘗試著取消二次反向擴深孔，改為雙向鉆通深孔，改進機床和零件的轉向，引進工具導向原理，在工裝方面也做了一些研究，最終在加工方式、工序調整、檢測工裝及加工工裝等方面，對三深孔活塞桿進行工藝優化，最大程度提高產品質量。

2.1 取消二次擴孔，制作同軸度檢測工裝，解決折鉆頭問題

在保證零件精度和設計尺寸允許的前提下，對鉆深孔偏差進行試驗，取消原中心深孔雙向二次擴孔工序，優化加工方式，考慮到密封行孔深度一般在240mm 左右，鉆鉸等工序加工難度較大，易出現刀具剛性不夠導致的加工表面粗糙度和公差不符合要求、出現刀紋等問題，未排除上述困難，最終決定將深孔從雙向鉆通，以最常見的尺寸為例：若深孔直徑尺寸為φ20mm，密封及螺紋行孔處最大直徑尺寸為φ30H9（+0.052，0）mm，則從小外圓端為進口鉆φ20mm深孔，再從反向精度要求更高的密封行孔端，用φ25mm 鉆頭鉆通深孔，預留各行孔加工余量，形成臺階圓，接刀位置位于各行孔位置，同時制作同軸度檢測小軸，如圖3 所示，為同軸度檢測工裝圖，通過對已加工的臺階深孔進行檢測，以檢測出的φ20mm 深孔偏斜量，推測后續外圓預留量，在此偏斜量的基礎上，是否能夠車圓，如果偏斜量合格，則進入下一道工序，保證最后外圓能夠車圓。

圖3 同軸度檢測工裝圖

這種加工方式，可一定程度修正深孔鉆偏對密封孔的影響，防止后續因為深孔鉆偏導致外圓車不圓、孔鉆不圓的問題，在最初工序即可檢測出雙向通孔加工質量是否合格，是否對后續工序有太大影響，以此來約束深孔的加工質量，直接取消二次反向擴深孔，在以深孔為基準加工各孔時，再利用尺寸公差適宜的導向鉆頭，以深孔為導向，加工推移傳感器磁環密封等各處行孔，并用導向絲錐，以密封孔為導向加工螺紋，滿足深孔與各螺紋孔及密封孔的同軸度要求[1]。由于取消二次擴孔，深孔加工難度大大降低，同時省去一道工序，加工效率明顯提高，也避免了二次擴孔折鉆頭和同軸度不夠造成的報廢問題，圖4為深孔加工后的狀態。

圖4 三深孔狀態圖

2.2 改進機床和零件的轉向

通過雙向鉆通深孔的工藝方式，再對加工好的深孔用工裝銷軸進行測試，結果顯示，仍有部分小外圓端為進口的深孔偏斜量不合格，為了解決該問題，決定從深孔鉆機床的加工方式入手，通常深孔鉆床在加工過程中，會采用零件不動而鉆頭轉動的方式加工深孔，考慮到深孔鉆機床的特性，將深孔鉆床主軸轉動起來，由于卡盤為三爪自定心設計，所以在零件和鉆頭同時轉動的情況下，可對深孔軌跡起到修正作用，經過調整，從小外圓端面為進口的深孔，經過工裝銷軸檢測得出，深孔鉆削直線度更好，經過批量生產的檢驗，后續基本深孔偏移量是合格的，保證了后續外圓加工的余量滿足圖紙需求。

2.3 制作端面密封工裝，減少毛料長度預留量

由于深孔在加工過程中，鉆頭出口如果沒有封油措施，會出現噴油現象，對加工和現場都造成很大困擾，一般情況下，加工深孔活塞桿，為了保證深孔不偏斜，會將粗車時的加工基準—中心孔平掉，防止深孔鉆頭由于進口導向受到影響，下料長度會預留至少7mm 余量，在鉆深孔前平掉，保證端面中心孔被平掉，三深孔在此基礎上，為保證雙向鉆深孔，防止深孔鉆通后噴油，所以需在兩端將毛料余量增加，在深孔深度滿足圖紙深度的前提下，預留至少10mm ～12mm，保證深孔出口不會鉆通噴油，在鉆深孔后再將預留量平掉，保證總長尺寸，加上平端面下料馬蹄余量，總長需要預留25mm 余量。無形中增加了材料和加工成本，為最大限度節能降耗，避免不必要的浪費，圖5 為端面密封的工裝，在密封件的選擇上，必須考慮使用條件，該次工裝設計，主要考慮端面耐摩擦系數等[2]。端面密封工裝在鉆深孔時，封在深孔鉆頭出口，圖6為端面密封工裝的使用位置，通過圖片可以看到，在鉆深孔時，將其放置于深孔出口處端面中心位置，由卡盤和零件頂住工裝，利用端面雙重密封圈封住端面，保證密封性能更好[3]，確保了深孔在鉆削過程中出口不噴油，在工裝規格方面，考慮到由于產品標準化，常用規格較固定，所以通過定制不同規格的工裝，保證日常使用，將總長下料余量減小了至少1/2，最大限度地減少了材料成本及后續車削的加工成本，利用端面密封工裝，解決了深孔鉆通后出口竄油的問題。

圖5 端面密封工裝

圖6 端面密封工裝使用位置

2.4 激光熔覆零件外圓找正工序安排

工藝要求鉆深孔后，須以深孔為基準，對外圓找正并進行找正車削，為了保證材料表面的淬透層，增加零件強度，粗車為精車直徑留量不會太大，這就導致深孔一旦鉆偏過多，找正車削外圓時，無法車圓，不能確定下一步精加工的精基準，一般三深孔零件會要求行程外圓激光熔覆處理，增加外圓的耐磨度和防腐性能，針對激光熔覆的零件，優化鉆深孔后的外圓找正工序，將熔覆前的外圓尺寸提前至鉆深孔后精車找正工序，在外圓激光熔覆前不再加工，在降低車間外圓找正的困難的同時，也減少了一次重復裝卡的車削工序，工序銜接更加合理，在降低加工難度和質量的前提下，解決了外圓以深孔為基準找正車削困難的難題，最大程度上提高了產能并節省生產工期，在激光熔覆時，要求最大功率不得超過4000W，防止由于受熱導致零件變形，增加材料內應力導致的彎曲。

3 項目解決的問題

通過采取以上措施，該項目解決了以下幾點問題：1）在公司對產品質量要求越來越高的情況下，三深孔活塞桿的加工已成為比較棘手的問題，中心深孔與螺紋孔及密封孔的同軸度超差嚴重，直接影響產品的質量問題。2）由于之前為了保證同軸度，須在同軸度要求高的一端反向擴孔，二次擴孔加工難度極高，工人需要反復調試加工參數，加工效率低，二次擴孔每天只能加工幾根，同時二次擴孔易折鉆頭，只能報廢重投，在訂單相對集中時，嚴重影響生產進度。3）為了滿足雙向鉆深孔，防止深孔鉆噴油，須將下料余量增加25mm，最后還需將多余的量平掉，無形中增加了產品的采購成本、加工成本等。4）由于深孔加工偏心不易控制，導致后續根據深孔對外圓及端面的找正車削較困難，而大部分三深孔活塞桿都要求外圓激光熔覆，經過對工藝優化，大大降低了找正車削外圓的難度，并省去反復裝夾的時間。

4 達到的效果

通過三深孔活塞桿的加工工藝優化后，在大大縮短工期的前提下，確保了零件精度要求，鉆頭損壞率大大降低，同時端面下料余量減少1/2，省去了平端面的時間，針對激光熔覆的要求，工藝優化后，直接節省了一步車外圓工序，降低了外圓找正車不圓的困難，三深孔活塞桿的報廢率大大降低，該工藝思路、改進方式值得被應用于單深孔、雙深孔活塞桿的加工過程，由于該類結構大部分被應用于出口產品，因此，質量要求很高。

5 結語

目前該改進措施已被大量推廣應用，有效地降低了產品的報廢率，同時大量節省了采購成本、加工成本等，為公司產品質量的提升添磚加瓦。因為深孔加工，一旦出現二次擴孔報廢，不包括勞務費、設備磨損及、具費、水電費，在工人反復調試等各雜項費用的前提下，節省的各項費用也是可觀的。

在實踐中以不斷提高產品的質量、服務等滿足客戶的需求為目標，是我們質量創新的核心，“合抱之木，生于毫末”，正是通過這種從細微上的改進創新和節省，并貫穿于整個經營管理的全過程，大力挖掘降本空間，才能讓企業更加從容地應對市場的變化，提高抵抗市場風險的能力。