立柱中缸熔覆工藝研究探討

張 超

山東萊蕪煤礦機(jī)械有限公司 山東濟(jì)南 271100

液 壓支架是綜采工作面的支護(hù)設(shè)備，是支護(hù)頂 板、維護(hù)安全作業(yè)空間、推移采運(yùn)設(shè)備[1]。立柱是承載頂板壓力的重要部件之一，連接液壓支架頂梁和底座，承受頂板載荷并調(diào)節(jié)支護(hù)高度。因其長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，應(yīng)滿(mǎn)足合理的工作阻力和可靠的工作特性，具備足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度和良好的密封性能。立柱中缸、外缸和活柱配合工作，加工精度與防腐要求高，制作工藝復(fù)雜，需要特殊處理工藝。

1 中缸熔覆工藝

中缸由中缸筒、中缸底構(gòu)成，內(nèi)徑 270 mm 中缸結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。目前中缸通用的防腐工藝是內(nèi)孔電鍍銅錫合金，外圓采用激光熔覆工藝。激光熔覆技術(shù)是利用高能量、高密度的激光束輻射在基體表面，把合金粉末快速融化和凝固熔覆在基體表面后，使基體表面性能得到改善[2]。缸筒激光熔覆使用不銹鋼金屬粉末，熔覆分為普通熔覆和快速熔覆。普通熔覆前，基體粗糙度大于Ra6.3，成品熔覆層大于 0.5 mm，表面硬度大于 50HRC?？焖偃鄹睬?，基體表面粗糙度小于Ra0.8 (外圓需采用磨削加工)，車(chē)削后熔覆層有效厚度為 0.10～ 0.25 mm，硬度大于 50HRC。激光熔覆后熔覆層孔隙率應(yīng)小于 5 點(diǎn)/dm2，且孔隙直徑小于 0.2 mm。采用普通熔覆還是快速熔覆，根據(jù)中缸現(xiàn)場(chǎng)使用條件進(jìn)行選擇，若使用工況較好，推薦快速熔覆，該工藝具有施工快、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，但目前大多礦方傾向使用普通熔覆工藝。在普通熔覆工藝的生產(chǎn)實(shí)踐中，技術(shù)人員遇到了大量的熔覆質(zhì)量問(wèn)題，筆者在施工操作過(guò)程中找到了一些具體的解決方法。

圖1 內(nèi)徑 270 mm 中缸結(jié)構(gòu)示意

2 熔覆前內(nèi)孔加工要考慮熔覆收縮量

缸筒外圓采用普通熔覆，需要的激光功率大熱量高，缸筒在熔覆熱量高溫輸入下會(huì)膨脹，熔覆結(jié)束冷卻后收縮，受熱與冷卻速度不一致導(dǎo)致內(nèi)孔尺寸變化，表現(xiàn)為內(nèi)孔普遍收縮。選取 5 個(gè)缸筒做熔覆后內(nèi)孔收縮實(shí)驗(yàn)，測(cè)得收縮數(shù)據(jù)如表 1 所列。通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，5 個(gè)中缸熔覆后均比熔覆前尺寸收縮了12～ 16 μm，導(dǎo)致的結(jié)果是缸筒內(nèi)孔尺寸達(dá)不到電鍍前的正常尺寸，電鍍后成品內(nèi)孔尺寸均在公差以下。這使得活柱活塞上安裝的導(dǎo)向環(huán)與中缸筒之間由間隙配合變成了過(guò)盈配合，不僅造成活柱導(dǎo)向環(huán)的摩擦加劇，而且收回活柱時(shí)，導(dǎo)向環(huán)經(jīng)過(guò)中缸筒收縮量最大部位時(shí)，會(huì)擠碎聚甲醛導(dǎo)向環(huán)，而導(dǎo)向環(huán)失效會(huì)造成立柱的串液、劃傷缸體等危害，失去其功能作用。

表1 中缸筒熔覆后收縮數(shù)據(jù) mm

針對(duì)上述現(xiàn)象，熔覆前精鏜內(nèi)孔時(shí)應(yīng)考慮熔覆收縮量，根據(jù)壁厚范圍將內(nèi)孔收縮量進(jìn)行劃定，如表 2 所列。以 ZY9000/15/32D 架型為例，其立柱中缸筒壁厚為 35 mm，根據(jù)表 2 查得熔覆收縮量為 0.11～ 0.13 mm，取中間值 0.12 mm。鏜內(nèi)孔時(shí)再增加上內(nèi)孔收縮量，同樣取 5 個(gè)中缸做試驗(yàn)，測(cè)得最終熔覆后電鍍前尺寸完全在工藝要求公差范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所列。

表2 缸筒壁厚與熔覆收縮量的對(duì)應(yīng)關(guān)系 mm

表3 采取預(yù)收縮量加工后尺寸 mm

3 薄壁缸筒要考慮熔覆帶來(lái)的缸口橢圓

缸筒熔覆會(huì)出現(xiàn)內(nèi)孔收縮，導(dǎo)致缸筒內(nèi)孔橢圓，這是因熔覆過(guò)程中缸筒受熱不均而導(dǎo)致的。在熔覆過(guò)程中，缸筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)熔覆嘴在一定周期內(nèi)步距移動(dòng)，形成不間斷螺旋形的熔覆焊道。缸筒受熱和冷卻不等的部位會(huì)發(fā)生橢圓現(xiàn)象，通常發(fā)生在缸口位置；同時(shí)，缸口要加工車(chē)削矩形螺紋和靜密封配合面，加工后壁厚較厚的缸筒部位變薄，壁厚較薄的缸口部位橢圓度大。另外受其缺口效應(yīng)的影響，缸口處發(fā)生橢圓的現(xiàn)象更加突出。筆者以此開(kāi)展課題試驗(yàn)攻關(guān)，熔覆后測(cè)得缸口橢圓數(shù)據(jù)如表 4 所列。由表 4 可知，4 號(hào)中缸橢圓達(dá)到了 16.5 μm。

表4 中缸筒熔覆后橢圓數(shù)據(jù) mm

缸口部位安裝導(dǎo)向套，其橢圓導(dǎo)致靜密封處漏液，甚至出現(xiàn)導(dǎo)向套安裝不上的情況，需調(diào)整整體加工工序，以降低缸口橢圓。原缸筒加工工藝為：鋼管下料—(鐓粗)—熱處理—粗車(chē)工藝斜—粗鏜內(nèi)孔—高溫時(shí)效—精車(chē)工藝斜—精鏜內(nèi)孔—以?xún)?nèi)孔為基準(zhǔn)車(chē)外圓架位—車(chē)缸口部位及缸底止口—內(nèi)孔電鍍—焊接中缸底—精修底閥孔倒角—雙頂粗車(chē)外圓—精車(chē)缸體外圓至熔覆前尺寸及缸底密封部位—外圓熔覆加工至圖紙要求。

經(jīng)過(guò)理論研究與實(shí)踐數(shù)據(jù)分析后，把“缸筒熔覆前外圓尺寸加工與熔覆外圓”工序放在“精鏜內(nèi)孔”后，同時(shí)增加粗車(chē)缸口工序，在粗車(chē)缸口時(shí)留取后期精加工余量。工序調(diào)整的好處是熔覆外圓導(dǎo)致的缸口橢圓，可由精加工缸口部位工序來(lái)彌補(bǔ)。

調(diào)整后整體工藝路線(xiàn)為：鋼管下料—(鐓粗)—熱處理—粗車(chē)工藝斜—粗鏜內(nèi)孔—高溫時(shí)效—精車(chē)工藝斜—精鏜內(nèi)孔—以?xún)?nèi)孔為基準(zhǔn)粗車(chē)外圓—以?xún)?nèi)孔為基準(zhǔn)精車(chē)熔覆前外圓尺寸—粗車(chē)缸口—熔覆加工外圓 (留取磨量)—精修架位—精車(chē)缸口部位及缸底止口—內(nèi)孔電鍍—焊接中缸底—精修底閥孔倒角—精車(chē)缸體活塞密封部位—磨削外圓。

同樣取 5 個(gè)中缸按照調(diào)整后的工藝路線(xiàn)制作加工，其缸口橢圓數(shù)據(jù)記錄如表 5 所列，由表 5 可知，缸口橢圓降到了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的 5 μm 以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足使用要求。

表5 工藝調(diào)整后中缸筒熔覆后橢圓數(shù)據(jù) mm

4 制定合理的熔覆工藝臺(tái)

中缸外圓要安裝大導(dǎo)向套，導(dǎo)向套上安裝導(dǎo)向環(huán)、活塞桿密封、防塵圈，安裝過(guò)程中要防止尖銳異物及倒棱的磨損與劃傷密封件，因此中缸在端頭部位設(shè)計(jì)有R3 及 20°的倒角。

在熔覆過(guò)程中及熔覆加工后易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題：一是熔覆質(zhì)量不好出現(xiàn)熔渣；二是熔覆后加工R3 處出現(xiàn)露底的現(xiàn)象。其原因：一是在熔覆前，應(yīng)加工出 2 mm 的熔覆工藝臺(tái)，用來(lái)堆砌熔覆粉末；二是熔覆前，加工的工藝臺(tái)應(yīng)考慮R3 圓弧邊界，在此基礎(chǔ)上再減去單邊 0.5 mm 的熔覆層。中缸熔覆倒角如圖 2 所示，中缸熔覆倒角熔覆前加工尺寸如圖 3 所示。

圖2 中缸熔覆倒角

圖3 中缸熔覆倒角熔覆前加工尺寸

5 結(jié)語(yǔ)

熔覆導(dǎo)致的缸筒內(nèi)孔收縮和缸口橢圓是不可避免的，只能從優(yōu)化熔覆工藝與制作工藝上降低二者帶來(lái)的影響。在精鏜內(nèi)孔時(shí)考慮熔覆收縮量，以解決缸筒熔覆后出現(xiàn)的內(nèi)孔尺寸超差現(xiàn)象；采取調(diào)整工藝工序的方法，在控制缸口橢圓問(wèn)題上取得了較好效果；設(shè)置熔覆工藝臺(tái)，解決了中缸端頭熔覆質(zhì)量與露底問(wèn)題；而對(duì)于中缸筒熔覆后缸口橢圓較大的個(gè)別情況，可以采取壓力機(jī)矯正的措施，來(lái)降低橢圓帶來(lái)的影響。