半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁無劃痕光整加工技術(shù)研究

吳珂珂 王 威 吳洪喜 艾 敏 李 騰 申林飛

半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁無劃痕光整加工技術(shù)研究

吳珂珂1王 威2吳洪喜3艾 敏2李 騰2申林飛2

（1. 山東科技大學(xué)，泰安 271000；2. 山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，長治 046012；3. 火箭軍駐某軍事代表室，長治 046012）

針對典型半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁切削光整加工劃痕難以避免問題，通過分析減材加工切削光整加工技術(shù)的不足，采取粗磨或精鏜加精車建立光整加工基準(zhǔn)、超聲滾壓光整強(qiáng)化加工缸筒內(nèi)壁等工藝措施，實(shí)現(xiàn)了半盲孔及盲孔液壓缸構(gòu)件內(nèi)壁的無劃痕光整加工，對機(jī)械構(gòu)件半盲孔及盲孔內(nèi)壁的無劃痕光整加工起到了指導(dǎo)及借鑒作用。

半盲孔及盲孔；液壓缸；劃痕；光整加工

1 引言

典型半盲孔及盲孔液壓缸結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 典型半盲孔及盲孔液壓缸結(jié)構(gòu)

該類型缸筒內(nèi)孔表面粗糙度一般為a0.2～0.4μm，而內(nèi)圓磨削可以達(dá)到的經(jīng)濟(jì)表面粗糙度一般為a0.8μm，因此必須進(jìn)行內(nèi)孔光整加工，如磨削拋光、珩磨拋光等。在光整加工過程中極易產(chǎn)生與加工紋路相交叉的加工劃痕（一般分為單獨(dú)劃痕和連續(xù)劃痕），見圖2。加工劃痕對于該種液壓缸屬于加工缺陷，需避免或消除。

圖2 半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)孔加工劃痕

2 技術(shù)分析

典型半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁光整加工技術(shù)一般分為減材加工、非減材加工等兩類技術(shù)。減材加工技術(shù)一般包括超級光磨、拋光、研磨等；非減材加工技術(shù)包括滾壓等[1，2]。由以上光整加工技術(shù)的原理可知，其存在如下不足。

2.1 減材加工

a. 存在加工劃痕：超級光磨、拋光、研磨等均屬于磨料切削，與磨削機(jī)理相同。從磨削原理可知，磨削過程中由于半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)孔結(jié)構(gòu)不利于磨粒及時(shí)排出，往復(fù)摩擦很容易導(dǎo)致缸筒內(nèi)部產(chǎn)生加工劃痕。

b. 加工效率低：若要達(dá)到缸筒內(nèi)孔表面粗糙度要求，就必須反復(fù)進(jìn)行光整加工。因此，該類型方法耗時(shí)較長，加工效率低。

2.2 非減材加工

a. 會在工件表面產(chǎn)生硬化層，此材料層與內(nèi)部材料有明顯的分層現(xiàn)象，容易造成表層脫落。

b. 1000～3000N剛性力對普通機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軌損傷很大，嚴(yán)重?fù)p傷普通機(jī)床精度和壽命。

c. 無法滿足薄壁缸筒、薄壁管件等弱剛性零件的加工。

3 實(shí)施方案

針對典型半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁光整加工技術(shù)的缺陷，采取粗磨、精鏜加精車后進(jìn)行超聲滾壓光整強(qiáng)化的措施，實(shí)現(xiàn)在摒棄超級光磨、拋光、研磨、滾壓等技術(shù)的弊病及便于加工的前提下，對半盲孔及盲孔結(jié)構(gòu)液壓缸內(nèi)壁進(jìn)行有效光整加工的目的。

3.1 粗磨或精鏜加精車

對液壓缸的半盲孔及盲孔內(nèi)壁進(jìn)行粗磨或精鏜加精車作業(yè)，為其光整加工建立尺寸公差、形狀公差、位置公差、表面粗糙度的精加工基準(zhǔn)。

3.2 超聲滾壓光整強(qiáng)化

超聲滾壓光整強(qiáng)化技術(shù)也稱為超聲滾壓強(qiáng)化技術(shù)，可達(dá)到整平零部件表面，優(yōu)化表層組織，引入表面殘余壓應(yīng)力場，改善表面完整性，進(jìn)而提高金屬表面綜合性能的效果[1～3]。超聲滾壓光整強(qiáng)化處理工作原理見圖3。

超聲滾壓光整強(qiáng)化處理可提高表面粗糙度等級、表面硬度，但不能改變尺寸、形狀及位置等公差。超聲滾壓光整強(qiáng)化的作用力只有幾十公斤，因而可以克服滾壓加工對機(jī)床系統(tǒng)、工件系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、裝夾系統(tǒng)等必須具備高強(qiáng)度的苛求。超聲滾壓光整強(qiáng)化處理后的表層組織與基體組織間應(yīng)力水平為均勻梯度降低，無應(yīng)力分層，因而可以克服滾壓加工造成表層組織與基體組織間應(yīng)力分層的缺陷。

半盲孔及盲孔液壓缸超聲滾壓光整強(qiáng)化加工內(nèi)壁切削參數(shù)見表1。

表1 超聲滾壓光整強(qiáng)化加工半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁切削參數(shù)

注：以上參數(shù)為一般取值，根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整。

4 實(shí)施效果

半盲孔及盲孔液壓缸超聲滾壓光整加工內(nèi)壁情況見圖4，加工效果見圖5、表2。

圖4 超聲滾壓光整加工半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁情況

圖5 超聲滾壓光整加工半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁效果

表2 半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁加工效果對比

5 結(jié)束語

通過半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁無劃痕光整加工技術(shù)研究，分析了典型半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁光整加工技術(shù)的不足，解決了該類結(jié)構(gòu)無劃痕光整加工問題，并可得出以下結(jié)論：

a. 半盲孔及盲孔液壓缸內(nèi)壁超聲滾壓光整強(qiáng)化加工工藝，可實(shí)現(xiàn)液壓缸內(nèi)壁無切削劃痕、高效、高質(zhì)量光整加工，薄壁缸筒、薄壁管件等弱剛性零件內(nèi)壁穩(wěn)態(tài)光整加工。

b. 超聲滾壓光整強(qiáng)化加工工藝，可實(shí)現(xiàn)缸筒內(nèi)壁表面粗糙度由a0.8～1.0μm提升至a0.2～0.4μm，缸筒內(nèi)徑尺寸增大不大于0.02mm，工件表面硬度提升。

c. 若要取得較好的表面粗糙度等級，半盲孔及盲孔缸筒內(nèi)壁在超聲滾壓加工前需經(jīng)精加工處理。

1 朱林，耿怡．超聲振動車削光整技術(shù)研究[J]．機(jī)床與液壓，2015，45(13)：90～92

2 朱有利，李禮，王侃，等．一種超聲深滾與滾光一體化抗疲勞制造技術(shù)[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，45(9)：183～186

3 何柏林，余皇皇．超聲沖擊表面納米化研究的發(fā)展[J]．材料熱處理技術(shù)，2010(9)：112～115

4 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

5 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991

Research on Inner Wall Smoothly Machining Technology to Hydraulic Cylinder with Blind and Semi-blind Hole

Wu Keke1Wang Wei2Wu Hongxi3Ai Min2Li Teng2Shen Linfei2

(1. Shandong University of Science and Technology, Taian 271000; 2. Shanxi Aerospace Qinghua Equipment Co., Ltd., Changzhi 046012; 3. Representative Office of Rocket Force, Changzhi 046012)

Aiming at disadvantages of common machining technology and going through process analysis, it can be achieved to reach effective machining by ways of founding smoothly machining standard by roughly grinding or rightly boring and turning, strengthening tube inner wall smoothly machining with ultrasonic rolling and so on. It plays a guiding role to stable machining for the mechanical part inner hole as hydraulic cylinder with blind and semi-blind hole.

blind and semi-blind hole；hydraulic cylinder；scratch；surface finishing

吳珂珂（1998），本科，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)；研究方向：機(jī)械制造工藝與設(shè)備。

2020-03-03