液壓支架立柱缸筒深孔加工工藝誤差分析

王 華

（山西焦煤集團(tuán)霍州煤電鑫鉅煤機(jī)裝備制造有限責(zé)任公司， 山西 霍州 031400）

引言

隨著智能工作面的不斷普及和礦井開采深度的不斷延伸，煤層圍巖應(yīng)力也不斷增大，對液壓支架的承重能力、靈敏度都提出了更高要求。立柱作為液壓支架實(shí)現(xiàn)支撐和承載的主要部件，其加工工藝直接決定整個(gè)支架的工作性能。但在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)缸筒內(nèi)壁變形銹蝕、螺紋損壞、脹缸等現(xiàn)象，需要對缸筒進(jìn)行深孔加工修復(fù)。目前，普遍使用的缸筒加工工藝主要包括推鏜滾壓和刮削滾光，兩種工藝均會使缸筒內(nèi)表面尺寸隨時(shí)間變化引起尺寸超差，影響缸筒的使用壽命[1]。因此必須對兩種工藝相同條件下加工尺寸誤差進(jìn)行分析，提高缸筒加工精度。

1 試驗(yàn)方案

推鏜滾壓工藝是通過鏜滾擠壓刀具，對缸筒進(jìn)行整體擴(kuò)孔和滾壓修圓，使缸筒內(nèi)表面形成強(qiáng)化層而發(fā)生彈塑性變形，達(dá)到修復(fù)和強(qiáng)化表明的目的。刮削滾光工藝是通過刮刀對缸筒內(nèi)表面進(jìn)行粗鏜、半精鏜、精鏜和滾壓四道工序，使缸筒內(nèi)表面硬化[2]。本次試驗(yàn)采用6 件相同材質(zhì)、規(guī)格的缸筒，分兩組分別進(jìn)行推鏜滾壓和刮削滾光，并對缸筒內(nèi)表面尺寸變化進(jìn)行對比測量。

1.1 試驗(yàn)原理

對缸筒進(jìn)行推鏜滾壓后，由于缸筒本身加工硬化后存在殘余應(yīng)力，內(nèi)表面尺寸會發(fā)生一定變化，總體呈現(xiàn)變小→緩慢變大→穩(wěn)定。而刮削滾光則能夠減小鏜孔刀紋，提高缸筒表面硬度和形狀精度，其內(nèi)表面不會形成強(qiáng)化層[3]，因此與推鏜滾壓工藝相比，其尺寸變化應(yīng)該較小，總體呈現(xiàn)變小→變大→變小→穩(wěn)定。

1.2 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)采用6 套同等條件，材質(zhì)均為30CrMnSi、規(guī)格均為Φ475 mm×45 mm×1245 mm 的液壓支架立柱缸筒，內(nèi)表面Φ400 mm，圓柱度0.057 mm。共分兩組進(jìn)行試驗(yàn)。第一組3 套采用推鏜滾壓工藝，第二組3 套采用刮削滾光工藝。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，缸筒內(nèi)經(jīng)精加工之前，對缸筒進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，有效去除加工存在的殘余應(yīng)力。

1.3 試驗(yàn)路線

第一組推鏜滾壓編號為1 號、2 號、3 號，第二組刮削滾光編號為4 號、5 號、6 號，其工藝路線如表1所示。

表1 工藝路線

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 去應(yīng)力工藝

為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，缸筒內(nèi)經(jīng)精加工之前，對缸筒進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。退火工藝如圖1 所示。

圖1 去應(yīng)力退火溫度控制曲線圖

如圖1 所示，首先將缸筒加熱到550 ℃，保持該溫度6 h，隨后緩慢冷卻至350 ℃，再放至爐外，在室溫條件下緩慢冷卻至正常溫度[4]。重新檢測缸筒內(nèi)表面變化情況并記錄。

2.2 尺寸測量

首先對去應(yīng)力后缸筒進(jìn)行精度修正，隨后對缸筒吊環(huán)、接頭位置尺寸進(jìn)行測量。由于吊環(huán)、接頭屬于后焊附屬件，燒焊時(shí)引起的橫向收縮和縱向收縮會對缸筒尺寸、圓柱度造成一定誤差影響[5]。因此實(shí)際測量時(shí)，分別對吊環(huán)、接頭處和缸筒底部對稱位置進(jìn)行測量，從而計(jì)算圓柱度。測量位置如圖2 所示。

圖2 缸筒測量位置圖

如圖2，每隔一個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別對缸筒A、B、C 三個(gè)位置位移偏差進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。時(shí)間點(diǎn)依次選取4 h、8 h、12 h、24 h、36 h、120 h、168 h、216 h。

3 試驗(yàn)結(jié)論

對測量結(jié)果按照橫軸時(shí)間點(diǎn)、縱軸內(nèi)表面偏差的方式，繪制缸筒內(nèi)三個(gè)點(diǎn)偏差變化曲線，如圖3、圖4、圖5 所示。

圖3 1 號～3 號缸筒a 向和b 向尺寸變化曲線圖

圖4 4 號～6 號缸筒a 向和b 向尺寸變化曲線圖

圖5 1 號～6 號缸筒圓柱度變化曲線圖

對6 套缸筒的圓柱度標(biāo)準(zhǔn)差、尺寸偏差按時(shí)間點(diǎn)變化繪制曲線，如下頁圖6 所示。

圖6 1 號～6 號缸筒尺寸偏差和圓柱度的標(biāo)準(zhǔn)差

結(jié)合圖3、圖4、圖5 可知，在160 h 后，兩種工藝的偏差程度基本不再變化，說明時(shí)間控制在160 h 最佳。采用推鏜滾壓工藝加工的缸筒，其缸筒內(nèi)表面變化和刮削滾光工藝變化基本相同，均先后經(jīng)歷劇烈變化段、緩和變化段、穩(wěn)定段三個(gè)區(qū)段。其中劇烈變化段是指從開始到36 h 左右，缸筒尺寸隨時(shí)間變化呈現(xiàn)出先變小后變大的U 型曲線；緩和變化段是指從36～160 h，此時(shí)缸筒內(nèi)表面尺寸呈現(xiàn)緩慢增大，增加幅度逐漸變小；穩(wěn)定段是指160～216 h，此時(shí)缸筒內(nèi)表面尺寸不再發(fā)生較大變化，基本呈現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)勢。圓柱度變化的時(shí)間段與內(nèi)表面偏差基本類似，但變化幅度更大，說明圓柱度更易受到深孔加工工藝影響。

結(jié)合圖6 可知，與推鏜滾壓工藝相比，刮削滾光工藝的尺寸偏差的標(biāo)準(zhǔn)差是推鏜滾壓的142.8%，偏差的離散程度更大，說明刮削滾光工藝對缸筒內(nèi)表面尺寸影響較大，更易造成較大的加工誤差；圓柱度是推鏜滾壓的153.8%，說明在缸筒圓柱度的誤差影響與尺寸偏差基本相同，因此在同等條件下，應(yīng)優(yōu)選選擇推鏜滾壓工藝進(jìn)行缸筒內(nèi)表面加工，加工誤差更小，精度更高。

4 結(jié)語

通過對推鏜滾壓和刮削滾光兩種缸筒內(nèi)表面加工工藝的尺寸偏差和圓柱度偏差相比較，兩者均經(jīng)歷劇烈變化段、緩和變化段、穩(wěn)定段等三個(gè)區(qū)段，圓柱度變化幅度較尺寸偏差更大，說明圓柱度更易受到深孔加工工藝影響。與推鏜滾壓工藝相比，刮削滾光工藝的尺寸偏差的標(biāo)準(zhǔn)差是推鏜滾壓的142.8%，圓柱度是推鏜滾壓的153.8%，離散程度更大，說明在同等條件下，應(yīng)優(yōu)先選擇推鏜滾壓工藝進(jìn)行缸筒內(nèi)表面加工。