缸筒深孔鏜削工藝改進前后工藝特點分析

□ 都 軍 □ 賈國憲 □ 董恩榮 □ 尹存東

1.遼寧通用煤機裝備制造股份有限公司 遼寧調(diào)兵山 112700

2.遼寧鐵法能源集團 機械制造有限責(zé)任公司 遼寧調(diào)兵山 112700

3.鐵法能源聯(lián)發(fā)公司 遼寧調(diào)兵山 112700

我公司于2000年開始加工煤礦井下液壓支架立柱千斤頂缸筒，先后購置4臺T22系列深孔鏜床，并且利用舊車床改造了兩臺深孔鏜床。隨著深孔鏜削技術(shù)的發(fā)展，尤其是鏜削刀具、滾壓方式的多次改進，缸筒的鏜削工藝也不斷深化，缸筒加工的效率、質(zhì)量不斷提高，對深孔鏜削技術(shù)的認識、理解也不斷的加深。

1 原始的缸筒深孔鏜削工藝

我公司缸筒鏜削加工原始工藝為：粗鏜-半精鏜-精鏜（浮動鏜削）-滾壓，這種工藝效率低，質(zhì)量相對穩(wěn)定，但成本高。

1.1 原始工藝過程主要特點

原始鏜削工藝需要4把刀具，即粗鏜刀、半精鏜刀、精鏜刀（浮動鏜刀）和滾壓頭，完成一個缸筒鏜削需要反復(fù)更換4次刀具。粗鏜刀是將硬質(zhì)合金塊焊接在圓柱刀體上，如果鏜刀磨損后刀體也將一起更換，而且刀具刃磨也非常不方便，特別是浮動鏜刀的刃磨要求更高。精鏜時用的浮動鏜刀需要專用的工具磨床進行刃磨，刃磨后還需要研磨。刃磨刀具的角度、直線度要求均較高，對操作者的技術(shù)水平要求也較高，稍有不慎就會影響整批工件的質(zhì)量。批量加工時采用原始工藝，缸筒需要在深孔鏜上裝卡4次才能完成最后滾壓加工。

在剛開始引入深孔鏜削技術(shù)時，由于對深孔鏜削工藝特點了解不夠，操作者經(jīng)驗不足，缸筒加工成品率低，質(zhì)量不穩(wěn)定，效率低。為進一步提高鏜削質(zhì)量，對工藝路線進行了改進，工藝路線為粗鏜-半精鏜（浮動鏜削）-精鏜（浮動鏜削）-滾壓。相對原始工藝路線粗鏜去除的余量要大一些，同時對待加工缸筒的直線度、壁厚均勻度和熱處理硬度要求更嚴格一些，其中半精鏜采用了浮動鏜削方式，其目的主要是去除粗鏜過程中產(chǎn)生的加工硬化，從而減少精鏜時浮動鏜削打刀等問題的發(fā)生。但是改進后裝卡次數(shù)仍是4次，只是鏜削后的缸筒質(zhì)量有了一些提高，但浮動鏜刀刃磨精度要求較高。

后來又進行了一次改進，將粗鏜刀、半精鏜刀安裝在一個刀體上，這樣粗鏜、半精鏜在一道工序中完成，工序改為粗鏜-精鏜（浮動鏜削）-滾壓。通過這次改進減少了一次裝卡，提高了鏜削效率。但是這種鏜削方式由于當(dāng)時對深孔鏜削理論和實踐的認識深度還不夠，鏜削出來的缸筒出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，實施時間較短。

1.2 浮動鏜削的特點

上述幾種方式中精鏜都是采用浮動鏜削，浮動鏜削是利用鏜刀塊在鏜刀桿的方孔槽中能精確滑動的特點，對所加工的孔進行自動定心定位，由于浮動鏜刀在刀桿中不作強迫定心，這樣就能補償安裝時中心線存在的偏差，從而獲得良好的孔形精度和表面質(zhì)量，磨損后刀具可以調(diào)整補償。

但是采用浮動鏜削有以下幾點不足：1）鏜刀制造精度高；2）對操作者的技術(shù)水平要求高；3）鏜刀更換成本高，因為硬質(zhì)合金刀片與鏜刀體是焊接在一起的，刀片損壞后刀體也需要更換。

1.3 原始工藝路線的滾壓方式

原始深孔鏜削工藝的滾壓頭主要由圓錐滾子、錐套和保持架組成 （見圖1）。圓錐滾子錐角一般在30°30′±5″，材質(zhì)一般為 Gr15，淬火硬度為60HRC，其前端倒圓半徑3 mm，該滾子與錐度為30°的錐套裝配在一起，并使?jié)L子獲得1°的后角，滾子均勻分布在錐套圓周上，均布的滾子外徑構(gòu)成工作直徑，滾壓時軸向力向右，通過錐套傳遞給止推軸承。滾壓結(jié)束后，滾壓頭從所加工的孔中退出，滾子受到向左的軸向力作用，傳給保持架，再作用到彈簧上，這樣滾子相對錐套向左運動，使整體滾壓頭工作直徑減小，從而保證滾壓頭退回時滾子不劃傷已加工表面。滾壓頭完全退出所加工的孔時，在彈簧力的作用下，它重新獲得原有的工作直徑，為下次滾壓做好準(zhǔn)備。

圖1 滾壓示意圖

2 第一次改進后的缸筒鏜削工藝

我公司深孔鏜削工藝第一次實質(zhì)性改進是在2005年，當(dāng)時引進了鏜滾頭，加工工藝路線為：粗鏜—鏜滾壓，只需工件在深孔鏜床上裝卡兩次就可完成缸筒的鏜削要求，效率明顯提高。這次改進與原始工藝路線最明顯的區(qū)別：1）沒有采用浮動鏜削的加工工藝；2）滾壓沒有采用圓錐滾子和錐套配合的方式，而是采用直套與腰鼓形滾子配合滾壓方式，并且滾壓頭的退出方式也與原始滾壓方式明顯不同。

2.1 鏜滾一體刀具的鏜滾特點

鏜滾一體刀具（如圖2所示）就是把半精鏜、精鏜、滾壓3道工序合并為1道工序（也有將粗鏜、半精鏜、精鏜、滾壓4道工序合并為1道工序的）。利用加工時工件對鏜滾壓頭上滾柱的反作用力來支承鏜頭，鏜滾過程中鏜刀后面的滾柱起支承和導(dǎo)向作用，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大減小了摩擦力，滾柱的使用壽命遠高于以往的硬質(zhì)合金塊和膠木條導(dǎo)向。滾柱的支承、導(dǎo)向是過盈的，而硬質(zhì)合金，膠木條的支承和導(dǎo)向是間隙的。所以滾柱的導(dǎo)向精度更高，這既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，又達到了簡化結(jié)構(gòu)的目的。

圖2 鏜滾一體刀具（TGG鏜頭）結(jié)構(gòu)圖

2.2 鏜刀頭設(shè)計

鏜滾壓頭前端的面裝有兩把主偏角為75°的鏜刀頭，該鏜刀的設(shè)計滿足了粗鏜和精鏜的要求，副偏角為6°，刀體上裝有正方形或菱形涂層不重磨硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片。

2.3 滾壓部分

滾柱位于鏜刀的后面，前后兩排，呈腰鼓形。最開始滾柱也是采用圓錐滾柱，但是圓錐滾柱承載能力較差，經(jīng)常損壞，而腰鼓形滾柱承載能力明顯好于圓錐形滾柱，它們除了起精整孔型和壓光表面的作用外，還在鏜削過程中起著支承和導(dǎo)向作用。由于本鏜滾壓頭前后兩排均采用腰鼓形圓柱滾柱，更增加了鏜刀切削過程的穩(wěn)定性。在其它條件相同的情況下，有效提高了預(yù)制孔的表面粗糙度，為滾壓后孔的表面粗糙度進一步提高創(chuàng)造了條件。采用滾柱體滾壓較圓錐體滾壓作用面積大，能承受較大的滾壓力，可選用較大的進給量，從而提高生產(chǎn)率。導(dǎo)向內(nèi)套與鏜桿一般有0.01～0.02 mm的間隙，這樣就保證了滾道同其它配合面的同軸度，提高了鏜滾壓頭的制造精度。導(dǎo)向內(nèi)套后滾道直徑比前滾道直徑徑向尺寸大0.02 mm，使后排滾柱沿圓周分布的外輪廓徑向尺寸大0.02 mm，增加了后排滾柱支承穩(wěn)定性。如果滾子直徑變小，需要對滾住進行更換，每種鏜滾頭的滾壓直徑是不可調(diào)的。第1排滾柱的作用是使被加工表面發(fā)生應(yīng)有的塑性變形，第2排滾柱的作用是對被加工表面發(fā)生的彈性變形進行修正并使被加工表面得到強化。

滾柱數(shù)量增多可減小表面粗糙度值，但所需壓力增大，這里前滾柱取6個，后滾柱取12個，一般當(dāng)直徑大于300 mm時，前滾柱取8個，后滾柱取16個，加大滾柱后角a可減小表面粗糙度，但a過大易形成冷硬狀態(tài)，破壞表面層，一般取a≤1°。

滾壓完成后，壓縮前壓蓋5與半環(huán)4之間的彈簧柱銷，卸下半環(huán)4，將兩排滾柱退落到退刀槽內(nèi)，滾徑變小，即可退出鏜滾頭，避免劃傷已加工表面 （見圖2）。

3 Φ 200mm缸筒鏜削加工工藝改進前后切削參數(shù)對比

φ200 mm缸筒是加工中比較常見的一種規(guī)格，無論采用哪種加工工藝，基本思路都是在粗鏜時盡量去除缸筒的表面硬化層及不均勻余量，二次鏜削去除余量一般比較均勻，如果采用浮動鏜削，加工余量一般在0.2～0.25 mm，滾壓前的缸筒應(yīng)保證在粗糙度值Ra3.2～6.3 μm以下，滾壓余量一般在0.01～0.03 mm。

3.1 原始鏜削工藝參數(shù)

φ200 mm缸筒毛坯料無縫管外徑245 mm，無縫管壁厚在25～30mm，因此內(nèi)徑一般在185～195 mm，無縫管彎曲等級分5級，F(xiàn)1～F5，對應(yīng)偏差為3 mm/m、2 mm/m、1.5 mm/m、1 mm/m、0.5 mm/m，需根據(jù)供料狀態(tài)確定鏜削加工工藝。

一般先通過粗鏜去除加工余量至φ198 mm，粗鏜的切深一般在4 mm，如果切深過大，不僅振動沖擊大，易打刀，而且不易斷屑，進給量一般在0.25 mm/r。半精鏜至φ199.5 mm，進給量0.4 mm/r，粗鏜與半精鏜的轉(zhuǎn)速一般為90 r/min。浮動鏜削至φ200+0.05 mm，轉(zhuǎn)速60 r/min，進給1 mm/r。最后滾壓至圖紙尺寸公差內(nèi)，一般為φ200+0.115 mm，滾壓轉(zhuǎn)速60 r/min，進給量1.5 mm/r，滾壓一般能去除的余量為0.02-0.03 mm（直徑）。

如果無縫管毛坯料壁厚均勻、直線度較好，可以采用粗鏜-半精鏜（浮動鏜）-精鏜（浮動鏜）-滾壓的工藝路線，粗鏜加工至φ199 mm，然后半精鏜至φ199.5 mm，精鏜至φ200+0.05 mm，最后滾壓至圖紙尺寸。這種加工方法雖然質(zhì)量可以保證，但是效率相對低一些，第一次浮動鏜主要去除粗鏜的加工硬化層。

3.2 改進后鏜滾一體鏜削工藝參數(shù)

鏜滾一體鏜頭加工時應(yīng)根據(jù)實際毛坯具體情況確定切削參數(shù)，以φ200 mm缸筒加工為例，如果缸筒毛坯料直線度及缸筒壁厚、硬度均勻，加工時可用鏜滾滾（TGG）一體鏜頭一次完成鏜滾加工，TGG鏜頭端面可安裝兩把刀體，刀體上分別安裝有菱形可轉(zhuǎn)位涂層刀片，一般前排鏜刀刀尖比后排鏜刀刀尖軸向超前1～1.5 mm，鏜頭前排鏜刀一次鏜削至尺寸197 mm，后排鏜刀鏜削至200+0.05 mm，然后通過前后兩排滾柱滾壓至200+0.115 mm，如果加工工件壁厚不均或直線度較差，可先用粗鏜刀進行半精鏜，然后再用TGG鏜頭加工，但是此時一般在TGG鏜頭上只安裝一把精鏜刀即可。

另外還有一種鏜鏜滾鏜頭（TTG），該鏜頭前面安裝一把鏜刀，后面裝有一排滾柱，在滾柱與前排鏜刀中間位置還安裝有一把鏜刀，這樣通過前后兩次鏜削一次滾壓即可完成缸筒的鏜滾加工，這種TTG鏜頭一般加工缸筒加工余量較大、余量硬度不均、直線度差的缸筒，效率較高。這種TTG鏜頭與TGG鏜頭雖然都是安裝兩把鏜刀，但是前后鏜刀的位置不同，鏜滾滾兩把鏜刀都是安裝在鏜滾頭端面上，但是刀尖在軸向錯開1～1.5 mm，而鏜鏜滾兩把鏜刀則一前一后布置，TGG組合刀適合加工余量在3 mm以內(nèi)（直徑）的油缸加工。而TTG則適合加工余量在3 mm（直徑）以上。

4 結(jié)束語

近年來，缸筒鏜削工藝經(jīng)歷過幾次較大的改進，每一次重大改進都是從鏜削刀具入手的。在生產(chǎn)實際會遇到很多實際問題，很多時候好的工藝方法也會有一些小瑕疵，只要在生產(chǎn)現(xiàn)場稍作改進，就會滿足生產(chǎn)現(xiàn)場要求。但是，有時候往往因為這一點點小的瑕疵，一個工藝上的重大變革就可能被否定了。深孔鏜削工藝不斷改進的過程從一個側(cè)面反映了一個新工藝、新技術(shù)從研發(fā)到推廣道路的曲折，也不斷提示企業(yè)負責(zé)人、工程技術(shù)人員、操作者對新工藝新技術(shù)應(yīng)該懷有不斷探索、實踐、執(zhí)著的心態(tài)，才能不斷的創(chuàng)新，企業(yè)的生產(chǎn)效率才能不斷的提高。

［1］ 王世清.深孔加工技術(shù)［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［2］ 王先逵.車削、鏜削加工［J］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.