高壓力活塞式液壓缸缸體與銅套冷裝工藝的研究及應(yīng)用

曾滿俊 何遠(yuǎn)鋒

摘要：高壓力活塞式液壓缸的缸體與銅套為異種材料，二者之間為大過(guò)盈量配合，常規(guī)的裝配工藝滿足不了裝配過(guò)盈量要求，導(dǎo)致了液壓缸裝配后缸體與銅套之間松動(dòng)、液壓油泄漏，影響了成套設(shè)備的安全運(yùn)行。為確保裝配過(guò)盈量，對(duì)液壓缸銅套在不同溫度下的熱脹冷縮量進(jìn)行了試驗(yàn)分析，選取了合適的冷凍設(shè)備，設(shè)定冷凍條件，規(guī)范組裝工序，確保了大過(guò)盈量配合，滿足了裝配要求，組裝效率也大幅提高。

關(guān)鍵詞：冷裝工藝;過(guò)盈配合;冷凍;裝配

0? ? 引言

高壓力活塞式液壓缸是一種通過(guò)高壓力液壓油推動(dòng)液壓缸內(nèi)部活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與活塞導(dǎo)軸相連接部件實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件，在可調(diào)動(dòng)葉式軸流風(fēng)機(jī)等大型設(shè)備中廣泛應(yīng)用。若液壓缸缸體與銅套之間的組裝達(dá)不到大過(guò)盈配合的要求，缸體內(nèi)部高壓力液壓油極易泄漏而使液壓缸失效，影響成套設(shè)備的正常運(yùn)行。如圖1所示，本文對(duì)相對(duì)體積大的厚壁件缸體1與相對(duì)體積小的薄壁件銅套2之間進(jìn)行裝配時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)大過(guò)盈量配合的裝配工藝進(jìn)行了研究分析，確定了一種簡(jiǎn)單高效的裝配工藝，取得了良好的實(shí)際效果。

1? ? 裝配工藝分析

在傳統(tǒng)的過(guò)盈配合裝配中，熱裝和壓裝的裝配方式因其方便實(shí)用得到了廣泛應(yīng)用。熱裝的基本原理是熱脹冷縮，通過(guò)加熱帶基孔的零件，基孔直徑受熱膨脹而增大，套入常溫軸類零件實(shí)現(xiàn)。壓裝則是在常溫狀態(tài)下，將軸類零件強(qiáng)行壓入基孔零部件內(nèi)部，通過(guò)擠壓方式實(shí)現(xiàn)過(guò)盈配合[1]。然而，此兩種裝配工藝，用于圖1中相對(duì)體積大的厚壁件缸體與體積小的薄壁件銅套之間的裝配，均不能滿足過(guò)盈配合要求。

熱裝工藝廣泛應(yīng)用于帶基孔、相對(duì)壁厚較小的薄壁零部件與軸類零部件過(guò)盈配合裝配，對(duì)于圖1中基孔尺寸小、壁厚相對(duì)大的缸體而言，加熱不易得到理想的基孔尺寸，還極易造成缸體變形。另一方面，缸體為高強(qiáng)鋼，銅套為銅合金。在熱裝過(guò)程中，銅套較高的熱傳導(dǎo)及熱脹特性，極易造成在組裝過(guò)程中，還未組裝到位就因熱脹效應(yīng)而卡死，導(dǎo)致裝配失敗，銅套報(bào)廢。

壓裝工藝在應(yīng)用過(guò)程中，需要定制專用工裝，使用專用壓機(jī)，相互配合的零部件間材質(zhì)硬度應(yīng)盡可能接近，不然材質(zhì)相對(duì)較軟的零部件極易被刮削掉一部分母材。圖1中的缸體與銅套就屬于不同材質(zhì)間的裝配，材質(zhì)相對(duì)較軟的銅套（銅合金）壓入材質(zhì)相對(duì)硬的缸體（高強(qiáng)鋼）基孔時(shí)，銅套會(huì)被刮削掉母材而無(wú)法得到理想的過(guò)盈配合。

為了達(dá)到理想的裝配效果，最好的方法就是采用冷裝工藝，將銅套冷卻至一定溫度，再裝入缸體基孔內(nèi)，依靠銅套的冷縮熱脹達(dá)到過(guò)盈配合需求。然而，冷卻介質(zhì)液氮的溫度在-180 ℃左右，對(duì)環(huán)境、設(shè)備、安全條件等提出了極高的要求，也不適于大批量使用[2]。為了獲取更高效適用的方法，對(duì)銅套及缸體之間的冷裝工藝條件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2? ? 冷裝工藝試驗(yàn)分析

為了得到不同規(guī)格銅套在不同溫度下外徑尺寸的變化，選取了規(guī)格為？準(zhǔn)150、？準(zhǔn)122、？準(zhǔn)100的銅套，在不同的溫度下，測(cè)量記錄下各自的尺寸值，如表1、表2、表3所示。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行推算，得出結(jié)論如下：

（1）外徑？準(zhǔn)150的銅套，溫度每下降5 ℃，尺寸減小約為0.016 mm。

（2）外徑？準(zhǔn)122的銅套，溫度每下降5 ℃，尺寸減小約為0.013 mm。

（3）外徑？準(zhǔn)100的銅套，溫度每下降5 ℃，尺寸減小約為0.010 5 mm。

在高壓力活塞式液壓缸產(chǎn)品系列中，缸體與銅套之間的過(guò)盈配合量主要有兩種：？準(zhǔn)100的銅套與缸體配合的最大過(guò)盈量為0.093 mm;？準(zhǔn)150的銅套與缸體配合的最大過(guò)盈量為0.125 mm。要滿足這兩種過(guò)盈配合要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到銅套冷卻溫度的變化量：

（1）？準(zhǔn)100銅套冷卻溫度變化量Δt=（0.093÷0.010 5）×5≈44.29 ℃;

（2）？準(zhǔn)150銅套冷卻溫度變化量Δt=（0.125÷0.016）×5≈39.06 ℃。

根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及理論推算，要滿足液壓缸缸體與銅套之間的最大過(guò)盈配合量，至少要保證銅套冷卻時(shí)溫度變化量為45 ℃。

3? ? 冷裝工藝的制定及實(shí)際應(yīng)用

由于液壓缸缸體與銅套組裝時(shí)所處的環(huán)境溫度不會(huì)低于10 ℃，只需要將銅套冷卻至-35 ℃就能滿足裝配要求。為此，采用一臺(tái)普通工業(yè)用冰箱（冷卻溫度達(dá)-40 ℃），實(shí)施方法如下：

（1）工業(yè)冰箱（-40 ℃）開機(jī)2 h，等待冰箱內(nèi)部溫度達(dá)到-40 ℃;

（2）將銅套放入冰箱，冷凍4 h以上，確保銅套冷縮到位;

（3）將冷凍的銅套取出，迅速放入液壓缸缸體的基孔內(nèi)，裝配到位;

（4）待銅套溫度自然上升到與缸體相同，形成過(guò)盈緊配合，滿足裝配要求。

工業(yè)冰箱冷卻銅套方式方便實(shí)用，省去了液氮、干冰等常規(guī)冷卻用介質(zhì)的制備或采買，在制造過(guò)程中適用性很強(qiáng)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)高壓力活塞式液壓缸缸體與銅套這兩種異種材料零部件裝配過(guò)程中如何采用冷裝工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究，找到了有一種有針對(duì)性的適用性極強(qiáng)的冷裝工藝，拋開了液氮、干冰等不易制備且具有安全隱患的冷卻介質(zhì)，適用性強(qiáng)，簡(jiǎn)單方便，在批量生產(chǎn)制造中效率高，是一種適用方便的冷裝工藝。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 楊平，馬馳.冷裝工藝在減速機(jī)裝配中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械工程師，2014（6）：267-268.

[2] 包永剛.液氮冷縮裝配的應(yīng)用[J].四川水泥，2004（2）：44.

收稿日期：2020-04-28

作者簡(jiǎn)介：曾滿俊（1985—），男，四川廣漢人，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)備裝配及產(chǎn)品包裝防護(hù)等。