滑閥偶件精密配套技術(shù)研究

摘 要：滑閥產(chǎn)品生產(chǎn)，在單個(gè)零件制造完成后，偶件精密孔、軸間隙配套的成功與否是產(chǎn)品能否順利出廠交付的關(guān)鍵，由于航空精密液壓控制系統(tǒng)滑閥偶件的配合精度要求較高，一般要求配合間隙公差均在0.0025以下，有的甚至僅為0.001，在目前的技術(shù)狀況下，這樣的配套精度難于實(shí)現(xiàn)互換性配套。在生產(chǎn)工藝過程中，通常先將閥套零件加工合格，并將孔尺寸差標(biāo)定在配合間隙公差的一半范圍內(nèi)，采用以孔尺寸作為基礎(chǔ)配做閥芯外徑尺寸實(shí)現(xiàn)配套，由于配做閥芯外徑尺寸主要采用精密配磨工藝直接磨削保證要求，配磨尺寸的精度和尺寸穩(wěn)定性是配套成功的關(guān)鍵所在。長期以來，由于配磨尺寸不穩(wěn)定，配套合格率較低不能有效實(shí)現(xiàn)配套，所以庫存未配套成功的零件越來越多，造成大量半成品積壓庫存。不但造成大量反復(fù)加工、半成品積壓、生產(chǎn)資金占用，而且嚴(yán)重影響準(zhǔn)時(shí)交付率。

關(guān)鍵詞：閥套零件；閥芯外徑；精密液壓滑閥偶件；圓磨床；磨削；研磨

1. 技術(shù)方案的調(diào)研與論證

精密液壓滑閥偶件是航空燃油和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，在系統(tǒng)工作中作為運(yùn)動(dòng)部件，要求運(yùn)動(dòng)靈活具有較高的可靠性，除單個(gè)零件要保證較高的精度外，保證配套精度是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。經(jīng)調(diào)研咨詢，常用配套的工藝主要有以下幾種方式。

1. 1 互換性配套

即將孔、軸分別控制在某一尺寸范圍內(nèi)，配套時(shí)不用核對(duì)零件編號(hào)和尺寸，任意將孔軸零件組合就能實(shí)現(xiàn)配套保證配套間隙。一般應(yīng)用在大批量生產(chǎn)，專用加工設(shè)備精度較高、檢測(cè)自動(dòng)化的民用行業(yè)，如汽車、工程機(jī)械等行業(yè)，

1.2選配配套

無法實(shí)現(xiàn)互換性配套精密偶件，將孔、軸尺寸分別控制在某一尺寸范圍內(nèi)，配套時(shí)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行一對(duì)一的配套方法，配套成功后偶件間的所屬零件不得相互串混，必須保持原有配套關(guān)系不變。一般應(yīng)用在大批量生產(chǎn)，如汽車、燃機(jī)中的噴油器偶件等。

1.3配磨配套

采用以孔尺寸作為基礎(chǔ)，根據(jù)孔尺寸計(jì)算出需要配套芯的外徑尺寸，采用精密配磨工藝配磨閥芯外徑實(shí)現(xiàn)配套，這種工藝方法，配套間隙公差為0.004左右時(shí)配套合格率較高，間隙公差小于0.003后合格率較低，其主要原因是受機(jī)床摩擦力、爬行現(xiàn)象影響機(jī)床實(shí)際進(jìn)給值與輸入指令會(huì)存在或多或少的差異（如S21的X向重復(fù)定位誤差約為0.0004）及加工、測(cè)量環(huán)境等諸多因素的影響造成加工出的零件不是需要的尺寸。

1.4配研配套

與配磨配套工藝相似，采用以孔尺寸作為基礎(chǔ)，閥芯外徑預(yù)留一定的加工余量，再根據(jù)配套尺寸采用研磨磨工藝研磨閥芯外徑實(shí)現(xiàn)配套，這種工藝方法，可以實(shí)現(xiàn)較高的配套精度，常應(yīng)用于單件或中小批量生產(chǎn)時(shí)的精密或超精密配套或產(chǎn)品明確要求閥芯表面必須為壓應(yīng)力狀態(tài)的配套，缺點(diǎn)是效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且對(duì)加工者的技能要求相對(duì)較高。

結(jié)合目前我廠滑閥產(chǎn)品配套精度較高，屬于中小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為使用以上某種單一配套工藝方法都不太適合，最后決定采用精密磨削加配研兩種方法組合的配套工藝方法，即在精密磨床S21上磨削時(shí)使用在線測(cè)量系統(tǒng)MOVMATIC ES124監(jiān)測(cè)磨削尺寸，如能達(dá)到配套要求就直接保證配套尺寸，如不達(dá)能到配套要求時(shí)允許在配套尺寸基礎(chǔ)上加大適當(dāng)余量，最后采用精密配研方法保證配套要求。

2. 研究工作

2.1 測(cè)量系統(tǒng)起用與調(diào)試

用于閥芯零件精密配套磨削的S21數(shù)控外圓磨床僅配置有軸向在線測(cè)量功能，無徑向在線測(cè)量功能，而閥芯精密配磨必須要將軸向測(cè)量功能改為徑向在線測(cè)量功能，通過控制系統(tǒng)MOVMATIC ES124控制測(cè)具CR100實(shí)現(xiàn)對(duì)閥芯配套外徑的準(zhǔn)確測(cè)量。為此，我們反復(fù)與設(shè)備供應(yīng)商協(xié)調(diào)咨詢其可行性和改造方案，進(jìn)行了測(cè)量系統(tǒng)通道轉(zhuǎn)換改裝、輸入動(dòng)作調(diào)試及輸入控制指令與機(jī)床運(yùn)動(dòng)響應(yīng)匹配等技術(shù)服務(wù)并對(duì)操作者及相關(guān)人員進(jìn)行了技術(shù)培訓(xùn)，完成了測(cè)量系統(tǒng)起用與調(diào)試工作。

2.2 零件精密磨削

選取滑閥配套工藝中具有代表性的零件（圖1）的配套試驗(yàn)情況進(jìn)行介紹，組件配套間隙為0.0102～0.0127，其中閥套零件設(shè)計(jì)圖孔尺寸為φ14.275+0.025，閥套內(nèi)孔標(biāo)定配套尺寸差為0.0012；閥芯零件，配套尺寸要求按極限尺寸原則計(jì)算，即應(yīng)滿足外徑尺寸差為0.0012max。下面以該閥芯的配套過程為例對(duì)滑閥配套過程中精密磨削加工工藝及配套步驟進(jìn)行說明。

圖1

2.2.1 研磨中心定位孔

精密配磨零件工藝中，中心定位孔的上的缺陷會(huì)直接反映到磨削零件外徑的形狀公差（如圓度）中，所以，中心孔的質(zhì)量好壞是能否加工出高質(zhì)量合格零件的關(guān)鍵。通常在車工就要嚴(yán)格保證其內(nèi)60°錐面不得有橢圓產(chǎn)生而且達(dá)到Ra0.8以上的光潔度，磨削加工前應(yīng)安排研中心孔工序?qū)ｉT在儀表車床上用灰口鑄鐵錐體研磨器精研中心孔，保證60°內(nèi)錐面全部研圓且達(dá)到Ra0.4以上的光潔度。

2.2.2 磨削砂輪選用

由于閥芯零件材料主要含鉻、鉬元素的440C高硬不銹鋼，經(jīng)大量試驗(yàn)，單晶剛玉材質(zhì)的陶瓷結(jié)合劑砂輪較適合加工此類材料，加工中切削性能好，不易產(chǎn)生磨削燒傷裂紋。建議使用與Norton合資生產(chǎn)的圣戈班（Saint-Gogain）品牌或進(jìn)口的Winterthure及Tyrolit品牌砂輪。砂輪粒度方面，半精加工時(shí)，建議選用100～120#粒度，加工效率高；精密磨削加工時(shí)，需選用180#粒度砂輪，能在去除小余量的同時(shí)得到較高的尺寸精度及表面質(zhì)量。

2.2.3 粗磨外圓去余量

粗磨外圓主要是為精密磨削加工時(shí)去除較大的加工余量，消除零件磨削表面跳動(dòng)、橢圓等對(duì)精磨的影響，一般粗磨后留精加工余量0.05左右。

2.2.4 精磨外圓

精密磨削外徑工藝分為半精磨削和精密磨削兩個(gè)階段。

2.2.4.1 半精磨削加工

半精磨削加工中采用勻速橫向（X向）進(jìn)給和縱向（Z向）沖程進(jìn)給方式磨削，為了達(dá)到較好的切削能力，保證加工的表面質(zhì)量和精度，此時(shí)修整砂輪應(yīng)采用快速修整方式，縱向走刀為200mm/min，推薦采用加工參數(shù)為：砂輪線速度： 35m/s。

經(jīng)過以上磨削參數(shù)加工，留精密加工余量為0.01，此時(shí)，零件尺寸精度可達(dá)到0.005、表面粗糙度可達(dá)到Ra0.2、圓度可達(dá)到0.003左右，為下一步精密磨削作好了準(zhǔn)備。

2.2.4.2 精密磨削加工

精密磨削加工是在半精磨削加工基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高零件精度和表面質(zhì)量，達(dá)到配套要求的各項(xiàng)精度指標(biāo)。砂輪修整應(yīng)采用慢速修整方式，具體縱向走刀速度為100mm/min。磨削進(jìn)給時(shí)應(yīng)采用逐漸遞減或分段逐漸遞減的方式進(jìn)給，加工時(shí)推薦采用加工參數(shù)為：砂輪線速度： 35m/s。

經(jīng)過以上磨削參數(shù)加工，零件尺寸精度可達(dá)到0.0012、表面粗糙度可達(dá)到Ra0.05、圓度可達(dá)到0.0008左右，一般配套間隙公差在0.003左右的組件可以實(shí)現(xiàn)配套。

2.3 精密磨削配套效果

2.3.1 配套單要求

以閥套孔尺寸作為基準(zhǔn)，按配套間隙0.0102～0.0127要求，計(jì)算得出滿足配套要求的閥芯尺寸，計(jì)算公式為：閥芯max=孔max-軸min；閥芯min=孔min-軸max

2.3.2 零件檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)對(duì)配套磨削的21件閥芯進(jìn)行檢測(cè)，尺寸標(biāo)定，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，零件的圓度、直線度、粗糙度指標(biāo)都達(dá)到了要求，單個(gè)零件外徑極限尺寸差大部份控制在0.0015max范圍內(nèi)。

配套情況

2.3.3 原因分析及措施

從零件加工質(zhì)量本身可以看出，零件的形狀精度（包括圓度、直線度、錐度）及表面質(zhì)量均合格，要求配套直徑尺寸的尺寸差異滿足0.0012max，只是大小范圍沒有剛好與要求的尺寸相吻合而配不上套。

a. 所加工零件的形狀精度（包括圓度、直線度、錐度）及表面質(zhì)量均合格，圓度可以保證在0.0008內(nèi)，綜合考慮到錐度等因素影響，尺寸差異可以保證在0.0012內(nèi)，是滿足配套要求的。可以說明配磨加工中的調(diào)整、加工操作方法及加工參數(shù)的選用是較為合理的。

b. 實(shí)際配磨尺寸大小不能剛好相吻合，尺寸不穩(wěn)定而配不上套，主要是配套要求尺寸精度高，零件的形狀公差基本擠占完了配套尺寸公差的空間，使尺寸加工公差幾乎為零。STUER S21作為頂級(jí)精密磨床，圓度可以保證0.0004，由控制執(zhí)行系統(tǒng)控制的砂輪X向進(jìn)給重復(fù)定位誤差約為0.0004，磨削零件時(shí)反應(yīng)在直徑方向尺寸有0.0008的尺寸不確定變動(dòng)范圍，而機(jī)床可控制的尺寸范圍必須大于形狀精度和尺寸精度的和，也就是說如果閥芯配套尺寸差范圍超過0.002時(shí)尺寸就可控，配磨加工的配套合格率就會(huì)很高。

c. 由于系統(tǒng)定位精度不能滿足需要，在加工中雖然將基準(zhǔn)尺寸值作為參考正確地輸入了加工余量（電訊號(hào)脈沖值），但磨頭可能在直徑方向0.0008范圍內(nèi)不確定變動(dòng)到任一隨機(jī)位置停下，不一定真實(shí)進(jìn)給到指定位置，配套率的高低主要由落到配套尺寸范圍內(nèi)的隨機(jī)機(jī)率而定。

鑒于上述原因，綜合論證分析認(rèn)為，在小批量組織生產(chǎn)而滑閥配套間隙公差小于0.003時(shí)，閥芯外圓配套尺寸的加工不適宜直接采用外圓磨削作為最終配套工藝方法?？梢钥紤]在配磨的基礎(chǔ)上，將不能配套成功的零件采用研磨配套等其它方法進(jìn)行配套。

2.4 外圓研配配套

對(duì)于配磨后不能成功配套的零件，我們采用研修配套的方法進(jìn)行補(bǔ)充加工配套，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，直接配磨不能配套的零件應(yīng)嚴(yán)格控制研修余量。根據(jù)S21磨削加工的可控尺寸精度為0.002～0.003的特點(diǎn)，將需要研配零件的尺寸在精密配磨時(shí)控制在加大0.003max左右為宜。

研磨操作方法及步驟：

a.研磨膏選用：金剛石微粉W5研磨膏，光度可達(dá)Ra0.04

b.研磨套的選擇：研磨套長一般長短搭配選擇，長的為2倍直徑長左右，短的一般為直徑的80～130%。

c.研磨套的修整：修研研磨套的質(zhì)量是加工合格零件的關(guān)鍵，一般使用已正常使用過的長內(nèi)孔研磨套進(jìn)行，最好用研磨該配套閥套正在使用的內(nèi)孔研磨套修研。

d.研磨零件：研磨零件時(shí)，零件轉(zhuǎn)速控制在200～300rpm，使用機(jī)油稀釋研磨膏。

通過配研后的尺寸再次配套合格9套。

3. 效果評(píng)估及執(zhí)行方案

閥芯H10366603按上述方案采用精密配磨加精密研磨工藝方法配套，共進(jìn)行配套21件組件，實(shí)際配套成功17件（80.9%），其中直接磨削配成8件，配套成功38.09%；未配上的13件采用研配方法配套成功9件，占總配套數(shù)的42.8%（為13件中的69.2%）。

采用此配套方法對(duì)另一相似組件進(jìn)行配套，組件配套間隙與上述相似，為0.0140～0.0165（配套間隙公差為0.0025）。

閥芯按上述方案采用精密配磨加精密研磨工藝方法配套，共進(jìn)行配套24件組件，實(shí)際配套成功20件（83.3%），其中直接磨削配成9件，配套成功37.5%；未配上的15件采用研配方法配套成功11件，占總配套數(shù)的45.8%（為15件中的73.3%）。

4. 結(jié)論

通過對(duì)滑閥配套精密磨削配套及研修配套的大量工藝試驗(yàn)，獲取了大量的精密配磨工藝參數(shù)，如砂輪的磨料、結(jié)合劑、粒度對(duì)磨削的影響；磨削中余量的控制、磨削參數(shù)（進(jìn)刀量、沖程速度）對(duì)磨削質(zhì)量的影響以及在線測(cè)量系統(tǒng)系統(tǒng)Movomatic ES124的應(yīng)用等；在配研過程中結(jié)合外圓磨床控制精度對(duì)配磨不能直接配套而需使用研磨補(bǔ)充加工

配套的零件的留研余量進(jìn)行了優(yōu)化，要求可預(yù)留0.003max余量進(jìn)行最后研配，解決了由于研磨余量大，研磨可能產(chǎn)生塌邊缺陷，加工勞動(dòng)強(qiáng)度大效率低的問題。外圓精密配磨加外圓精密修研的偶件配套方法大量經(jīng)過試驗(yàn)和批生產(chǎn)的考驗(yàn)，證明是可行、可靠的中小批量生產(chǎn)精密偶件配套方法，達(dá)到了減少重復(fù)磨削工作，提高配套率，降低了配磨配套不成功零件積壓庫存量的目標(biāo)?，F(xiàn)已將該工藝方法納入GE公司產(chǎn)品的工藝規(guī)程中，在外貿(mào)滑閥生產(chǎn)中推廣使用，隨著此配套工藝方法的推廣使用，外貿(mào)將會(huì)普遍采用這種配套方法，長期困擾滑閥配套率低，庫存大量積壓待配套零件的難題將會(huì)得到明顯改善。

作者簡介：廖翔，1978年出生，女，漢族，湖南漣源，機(jī)械工程師，貴州紅林機(jī)械有限公司 本科，精密液壓滑閥類零件的加工工藝。