推移液壓缸三深孔式活塞桿的工藝優(yōu)化措施

隗春月

（中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，北京 102400）

0 引言

成本控制是企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。企業(yè)要想提高經(jīng)濟(jì)效益，就必須把成本控制貫穿于整個(gè)經(jīng)營(yíng)管理的全過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著煤機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈激烈，以最少的成本獲得最大的利潤(rùn)，并干出最高品質(zhì)的支架，已成為大多數(shù)支架企業(yè)追求的目標(biāo)。日常工作中，企業(yè)也通過(guò)降本提效、修舊利廢等手段，作為增加其運(yùn)營(yíng)成本的必要手段，在資金回籠不足時(shí)，可有效增強(qiáng)企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，保證企業(yè)正常運(yùn)營(yíng)。

人工智能技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中，以煤礦機(jī)械為例，其使用的液壓支架已經(jīng)很好地實(shí)現(xiàn)了信息智能化，液壓支架中的推移液壓缸活塞桿，其深孔內(nèi)部裝有傳感設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于液壓支架中，使礦工不用在礦井中實(shí)際查看，也能夠更好地掌握液壓支架等設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況。在眾多結(jié)構(gòu)的深孔活塞桿中，三深孔活塞桿的加工及生產(chǎn)要求最高，花費(fèi)更大，同時(shí)精度也最難保證。

1 項(xiàng)目主要解決的主要問(wèn)題

1.1 深孔活塞桿的結(jié)構(gòu)

活塞桿是支持活塞運(yùn)動(dòng)并為液壓缸提供行程的零件，常被應(yīng)用為液壓缸的執(zhí)行部件。在液壓缸的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，活塞桿起到了一個(gè)力的傳遞作用。液壓支架的推移液壓缸活塞桿通過(guò)推桿與工作面運(yùn)輸機(jī)相連，使刮板運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)與液壓支架進(jìn)行全面推進(jìn)運(yùn)動(dòng)，如圖1 所示，推移活塞桿大部分具有深孔結(jié)構(gòu)，一般有單深孔、雙深孔及三深孔3種深孔式結(jié)構(gòu)。其深孔內(nèi)部放置電磁伸縮位移傳感器，它采用內(nèi)部非接觸的測(cè)量方式，測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸，不至于被摩擦、磨損，可以有效且精確地檢測(cè)出磁環(huán)的位置，可靠性高，安全性好，便于自動(dòng)化工作，在惡劣的工作環(huán)境下，也能正常應(yīng)用于油缸位移測(cè)量，從而確定液壓支架等設(shè)備在移動(dòng)時(shí)的實(shí)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(dǎo)向套等幾部分組成，活塞桿的加工質(zhì)量好壞，直接影響液壓千斤頂?shù)膲勖涂煽啃?。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(yán)格。

1.2 三深孔活塞桿的加工問(wèn)題

近幾年，經(jīng)過(guò)改進(jìn)推移液壓缸的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，三深孔式活塞桿也被應(yīng)用于很多高端產(chǎn)品中，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由于加工過(guò)程中，深孔作為加工外圓及各行孔的加工基準(zhǔn)，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(jìn)口端面精度、平整度等影響，目前有以下幾點(diǎn)問(wèn)題，嚴(yán)重影響著推移千斤頂?shù)恼w質(zhì)量。

圖2 三深孔活塞桿的結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

隨著液壓支架的支護(hù)高度越來(lái)越高，活塞桿的規(guī)格和長(zhǎng)徑比也越來(lái)越大，其外圓在熱處理后會(huì)出現(xiàn)彎曲變形的情況，后續(xù)以深孔為基準(zhǔn)精加工外圓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法車(chē)圓的情況。

由于結(jié)構(gòu)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(xiàn)同軸度超差，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)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(wú)形中增加了采購(gòu)成本。

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

2 針對(duì)三深孔活塞桿加工問(wèn)題的改進(jìn)措施

通過(guò)不斷改進(jìn)工藝及加工方式，對(duì)該類(lèi)活塞桿問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤，最終嘗試著取消二次反向擴(kuò)深孔，改為雙向鉆通深孔，改進(jìn)機(jī)床和零件的轉(zhuǎn)向，引進(jìn)工具導(dǎo)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(diào)整、檢測(cè)工裝及加工工裝等方面，對(duì)三深孔活塞桿進(jìn)行工藝優(yōu)化，最大程度提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1 取消二次擴(kuò)孔，制作同軸度檢測(cè)工裝，解決折鉆頭問(wèn)題

在保證零件精度和設(shè)計(jì)尺寸允許的前提下，對(duì)鉆深孔偏差進(jìn)行試驗(yàn)，取消原中心深孔雙向二次擴(kuò)孔工序，優(yōu)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(xiàn)刀具剛性不夠?qū)е碌募庸け砻娲植诙群凸畈环弦?、出現(xiàn)刀紋等問(wèn)題，未排除上述困難，最終決定將深孔從雙向鉆通，以最常見(jiàn)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(jìn)口鉆φ20mm深孔，再?gòu)姆聪蚓纫蟾叩拿芊庑锌锥?，用?5mm 鉆頭鉆通深孔，預(yù)留各行孔加工余量，形成臺(tái)階圓，接刀位置位于各行孔位置，同時(shí)制作同軸度檢測(cè)小軸，如圖3 所示，為同軸度檢測(cè)工裝圖，通過(guò)對(duì)已加工的臺(tái)階深孔進(jìn)行檢測(cè)，以檢測(cè)出的φ20mm 深孔偏斜量，推測(cè)后續(xù)外圓預(yù)留量，在此偏斜量的基礎(chǔ)上，是否能夠車(chē)圓，如果偏斜量合格，則進(jìn)入下一道工序，保證最后外圓能夠車(chē)圓。

圖3 同軸度檢測(cè)工裝圖

這種加工方式，可一定程度修正深孔鉆偏對(duì)密封孔的影響，防止后續(xù)因?yàn)樯羁足@偏導(dǎo)致外圓車(chē)不圓、孔鉆不圓的問(wèn)題，在最初工序即可檢測(cè)出雙向通孔加工質(zhì)量是否合格，是否對(duì)后續(xù)工序有太大影響，以此來(lái)約束深孔的加工質(zhì)量，直接取消二次反向擴(kuò)深孔，在以深孔為基準(zhǔn)加工各孔時(shí)，再利用尺寸公差適宜的導(dǎo)向鉆頭，以深孔為導(dǎo)向，加工推移傳感器磁環(huán)密封等各處行孔，并用導(dǎo)向絲錐，以密封孔為導(dǎo)向加工螺紋，滿(mǎn)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(kuò)孔，深孔加工難度大大降低，同時(shí)省去一道工序，加工效率明顯提高，也避免了二次擴(kuò)孔折鉆頭和同軸度不夠造成的報(bào)廢問(wèn)題，圖4為深孔加工后的狀態(tài)。

圖4 三深孔狀態(tài)圖

2.2 改進(jìn)機(jī)床和零件的轉(zhuǎn)向

通過(guò)雙向鉆通深孔的工藝方式，再對(duì)加工好的深孔用工裝銷(xiāo)軸進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，仍有部分小外圓端為進(jìn)口的深孔偏斜量不合格，為了解決該問(wèn)題，決定從深孔鉆機(jī)床的加工方式入手，通常深孔鉆床在加工過(guò)程中，會(huì)采用零件不動(dòng)而鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)的方式加工深孔，考慮到深孔鉆機(jī)床的特性，將深孔鉆床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，由于卡盤(pán)為三爪自定心設(shè)計(jì)，所以在零件和鉆頭同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，可對(duì)深孔軌跡起到修正作用，經(jīng)過(guò)調(diào)整，從小外圓端面為進(jìn)口的深孔，經(jīng)過(guò)工裝銷(xiāo)軸檢測(cè)得出，深孔鉆削直線度更好，經(jīng)過(guò)批量生產(chǎn)的檢驗(yàn)，后續(xù)基本深孔偏移量是合格的，保證了后續(xù)外圓加工的余量滿(mǎn)足圖紙需求。

2.3 制作端面密封工裝，減少毛料長(zhǎng)度預(yù)留量

由于深孔在加工過(guò)程中，鉆頭出口如果沒(méi)有封油措施，會(huì)出現(xiàn)噴油現(xiàn)象，對(duì)加工和現(xiàn)場(chǎng)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(huì)將粗車(chē)時(shí)的加工基準(zhǔn)—中心孔平掉，防止深孔鉆頭由于進(jìn)口導(dǎo)向受到影響，下料長(zhǎng)度會(huì)預(yù)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(chǔ)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(mǎn)足圖紙深度的前提下，預(yù)留至少10mm ～12mm，保證深孔出口不會(huì)鉆通噴油，在鉆深孔后再將預(yù)留量平掉，保證總長(zhǎng)尺寸，加上平端面下料馬蹄余量，總長(zhǎng)需要預(yù)留25mm 余量。無(wú)形中增加了材料和加工成本，為最大限度節(jié)能降耗，避免不必要的浪費(fèi)，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(shè)計(jì)，主要考慮端面耐摩擦系數(shù)等[2]。端面密封工裝在鉆深孔時(shí)，封在深孔鉆頭出口，圖6為端面密封工裝的使用位置，通過(guò)圖片可以看到，在鉆深孔時(shí)，將其放置于深孔出口處端面中心位置，由卡盤(pán)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(guò)程中出口不噴油，在工裝規(guī)格方面，考慮到由于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，常用規(guī)格較固定，所以通過(guò)定制不同規(guī)格的工裝，保證日常使用，將總長(zhǎng)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(xù)車(chē)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(wèn)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(zhǔn)，對(duì)外圓找正并進(jìn)行找正車(chē)削，為了保證材料表面的淬透層，增加零件強(qiáng)度，粗車(chē)為精車(chē)直徑留量不會(huì)太大，這就導(dǎo)致深孔一旦鉆偏過(guò)多，找正車(chē)削外圓時(shí)，無(wú)法車(chē)圓，不能確定下一步精加工的精基準(zhǔn)，一般三深孔零件會(huì)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(duì)激光熔覆的零件，優(yōu)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(chē)找正工序，在外圓激光熔覆前不再加工，在降低車(chē)間外圓找正的困難的同時(shí)，也減少了一次重復(fù)裝卡的車(chē)削工序，工序銜接更加合理，在降低加工難度和質(zhì)量的前提下，解決了外圓以深孔為基準(zhǔn)找正車(chē)削困難的難題，最大程度上提高了產(chǎn)能并節(jié)省生產(chǎn)工期，在激光熔覆時(shí)，要求最大功率不得超過(guò)4000W，防止由于受熱導(dǎo)致零件變形，增加材料內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的彎曲。

3 項(xiàng)目解決的問(wèn)題

通過(guò)采取以上措施，該項(xiàng)目解決了以下幾點(diǎn)問(wèn)題：1）在公司對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高的情況下，三深孔活塞桿的加工已成為比較棘手的問(wèn)題，中心深孔與螺紋孔及密封孔的同軸度超差嚴(yán)重，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)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(kuò)孔，二次擴(kuò)孔加工難度極高，工人需要反復(fù)調(diào)試加工參數(shù)，加工效率低，二次擴(kuò)孔每天只能加工幾根，同時(shí)二次擴(kuò)孔易折鉆頭，只能報(bào)廢重投，在訂單相對(duì)集中時(shí)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。3）為了滿(mǎn)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(wú)形中增加了產(chǎn)品的采購(gòu)成本、加工成本等。4）由于深孔加工偏心不易控制，導(dǎo)致后續(xù)根據(jù)深孔對(duì)外圓及端面的找正車(chē)削較困難，而大部分三深孔活塞桿都要求外圓激光熔覆，經(jīng)過(guò)對(duì)工藝優(yōu)化，大大降低了找正車(chē)削外圓的難度，并省去反復(fù)裝夾的時(shí)間。

4 達(dá)到的效果

通過(guò)三深孔活塞桿的加工工藝優(yōu)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(shí)端面下料余量減少1/2，省去了平端面的時(shí)間，針對(duì)激光熔覆的要求，工藝優(yōu)化后，直接節(jié)省了一步車(chē)外圓工序，降低了外圓找正車(chē)不圓的困難，三深孔活塞桿的報(bào)廢率大大降低，該工藝思路、改進(jìn)方式值得被應(yīng)用于單深孔、雙深孔活塞桿的加工過(guò)程，由于該類(lèi)結(jié)構(gòu)大部分被應(yīng)用于出口產(chǎn)品，因此，質(zhì)量要求很高。

5 結(jié)語(yǔ)

目前該改進(jìn)措施已被大量推廣應(yīng)用，有效地降低了產(chǎn)品的報(bào)廢率，同時(shí)大量節(jié)省了采購(gòu)成本、加工成本等，為公司產(chǎn)品質(zhì)量的提升添磚加瓦。因?yàn)樯羁准庸ぃ坏┏霈F(xiàn)二次擴(kuò)孔報(bào)廢，不包括勞務(wù)費(fèi)、設(shè)備磨損及、具費(fèi)、水電費(fèi)，在工人反復(fù)調(diào)試等各雜項(xiàng)費(fèi)用的前提下，節(jié)省的各項(xiàng)費(fèi)用也是可觀的。

在實(shí)踐中以不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量、服務(wù)等滿(mǎn)足客戶(hù)的需求為目標(biāo)，是我們質(zhì)量創(chuàng)新的核心，“合抱之木，生于毫末”，正是通過(guò)這種從細(xì)微上的改進(jìn)創(chuàng)新和節(jié)省，并貫穿于整個(gè)經(jīng)營(yíng)管理的全過(guò)程，大力挖掘降本空間，才能讓企業(yè)更加從容地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的變化，提高抵抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的能力。