滾擠壓工藝在提升器殼體液壓缸孔加工上的應(yīng)用

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本公司承接某拖拉機(jī)提升器殼體國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，其中φ100H8×162mm液壓缸孔表面質(zhì)量要求很高，要求表面粗糙度值Ra=0.2μm。該零件在國(guó)外加工為珩磨工藝。

1. 零件技術(shù)要求

圖1所示為提升器殼體零件，材料為HT250，硬度187～241HBW，零件的加工尺寸如圖2 所示。φ100H8液壓缸孔深度L＝178－1 6 ＝1 6 2（m m）。該液壓缸孔為不通孔，液壓缸孔底部有φ102×16mm的退刀孔，內(nèi)孔表面粗糙度值Ra=0.2μm，加工方法要求珩磨，為重要項(xiàng)；液壓缸孔與基準(zhǔn)面的夾角為20°。

圖1 提升器殼體零件

圖2 提升器殼體零件的加工尺寸

2. 加工工藝路線的確定

該提升器殼體為國(guó)產(chǎn)化零件，在國(guó)外的生產(chǎn)工藝中，液壓缸孔的加工采用立式珩磨工藝，其余各面及孔采用加工中心進(jìn)行加工。

零件在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中存在的問(wèn)題：①采用珩磨工藝，需投入珩磨設(shè)備，投資較大，周期長(zhǎng)。②單獨(dú)珩磨液壓缸孔將增加工序和人工成本，導(dǎo)致整個(gè)零件成本增加。

要求液壓缸孔在活塞運(yùn)行中減少阻力和密封不漏油，即可保證精度及功能要求。

（1）φ100+0.054+0mm液壓缸孔加工方案的確定 圖樣要求表面粗糙度值Ra=0.2μm。如何滿足表面粗糙度及孔的圓度是難點(diǎn)。方案一是選擇在臥式加工中心上進(jìn)行精加工的工藝：粗鏜→半精鏜孔→精鏜孔或鉸孔；方案二是選擇滾擠壓加工工藝：粗鏜→半精鏜孔→精鏜孔→滾擠壓孔。兩種方案的對(duì)比如下。

1）方案一采用精鏜孔，φ100+0.054+0mm孔的孔徑公差比較容易達(dá)到，但表面粗糙度值達(dá)不到Ra=0.2μm的要求?？椎膸缀喂钜脖容^容易達(dá)到。如果是在精鏜完成后再進(jìn)行鉸削加工，一般單邊留0.10～0.15m m的鉸削余量，雖然孔徑及幾何公差很容易達(dá)到，但存在表面粗糙度達(dá)不到要求的現(xiàn)象。

2）方案二中，精鏜φ100H8孔表面粗糙度值一般可達(dá)到Ra=0.8～1.6μm，單邊留滾擠壓余量可以控制在0.02～0.06mm，表面粗糙度值可以達(dá)到Ra=0.2μm。采用這種方案投資成本低，只需要增加滾擠壓刀具，并且滾擠壓頭的滾針是可以更換的。

綜合分析認(rèn)為方案二可以滿足滾擠壓的要求，故選擇采用方案二進(jìn)行加工。鑒于提升器殼體與基準(zhǔn)A面有20°夾角，根據(jù)零件特點(diǎn)，確定φ100H8孔在臥式加工中心上加工，這樣有利于一次裝夾完成全部加工內(nèi)容，也有利于排屑和實(shí)現(xiàn)滾擠壓。

（2）零件加工工藝路線的確定 確定具體的工藝路線為：OP10（銑基準(zhǔn)A面，鏜、鉆和攻孔系）→OP20（鏜、鉆和攻A面背面及孔系）→OP30（銑鏜側(cè)面及孔系）→OP40（鏜、滾擠壓液壓缸孔）。

3. 設(shè)備的選擇

根據(jù)工藝方案，選用韓國(guó)威亞KH630G臥式加工中心，主軸最大轉(zhuǎn)速4 500r/min，主軸錐度BT50。

4. 滾擠壓工藝

滾壓工具能在常溫下利用金屬的塑性變形，降低工件表面的微觀不平度，從而達(dá)到改變表層結(jié)構(gòu)、機(jī)械特性、形狀和尺寸的目的。無(wú)論用何種金屬加工刀具加工，在零件表面總會(huì)留下微細(xì)的刀痕，出現(xiàn)交錯(cuò)起伏的峰谷現(xiàn)象。滾壓刀加工是利用機(jī)械擠壓的原理，獲得光潔如鏡的金屬表面的一種無(wú)切削的塑性加工方法。

滾擠壓是一種壓力光整加工，利用金屬在常溫狀態(tài)的冷塑性特點(diǎn)，采用滾壓工具對(duì)工件表面施加一定的壓力，使工件表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)，填入到原始?xì)埩舻牡桶疾ü戎?，從而降低表面粗糙度值。由于被滾壓的表面金屬產(chǎn)生塑性變形，使表面層組織冷硬化、晶粒變細(xì)，形成致密的纖維狀，并形成殘余應(yīng)力層，使硬度和強(qiáng)度同時(shí)提高，從而達(dá)到光整加工及表面硬化兩種目的，這一點(diǎn)是磨削和車削無(wú)法做到的。

滾壓工藝所使用的潤(rùn)滑液為機(jī)械油。應(yīng)注意的是：滾壓前必須把工件內(nèi)孔清理干凈；過(guò)盈量要靈活掌握，若工件材料硬度高、壁薄，原始表面粗糙度值低，則過(guò)盈量應(yīng)小一些，反之可大一些。

鑄鐵滾擠壓的表面粗糙度值可達(dá)Ra=0.2～0.4μm。

刀具分為通孔型和盲孔型。本文采用的是盲孔型。

滾擠壓頭的調(diào)整方式為：滾擠壓頭中有微調(diào)裝置，調(diào)整刻度為0.002 5mm。

5. 滾擠壓工藝的實(shí)施

工件材料為灰鑄鐵，牌號(hào)為HT250，其抗拉強(qiáng)度≥250MPa，硬度為187～241HBW。其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 工件材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

提升器殼體φ100H8孔的具體加工工藝為：粗鏜→半精鏜→精鏜。在10序、20序加工完成后，在專用夾具上將零件的φ100H8孔放置呈水平狀態(tài)，這樣進(jìn)行粗加工并精鏜孔，半精鏜孔的幾何公差將影響最后的滾擠壓精度。通過(guò)精鏜孔，達(dá)到單邊0.01～0.05m m進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)。通過(guò)幾輪試驗(yàn)最終確定參數(shù)，保證φ100H8孔徑及表面粗糙度要求。

精鏜孔達(dá)到的精度要求為表面粗糙度值Ra=0.2μ m，孔徑φ99.94～φ99.98mm。

將零件的孔抬起20°，通過(guò)夾具實(shí)現(xiàn)水平放置。

在臥式加工中心上的滾擠壓加工如圖3所示。

滾擠壓φ100H8孔的工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

圖3 在臥式加工中心上進(jìn)行滾擠壓加工示意

表2 滾擠壓φ100H8孔的工藝參數(shù)

6. 滾擠壓加工注意事項(xiàng)

滾擠壓加工時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①滾擠壓前孔壁不應(yīng)有較深的刀痕，刀紋應(yīng)均勻。②滾擠壓前的表面粗糙度值Ra應(yīng)≤0.8μm。③應(yīng)保證滾擠壓工具具有足夠的硬度。④刀具工作4h后應(yīng)進(jìn)行清洗、退磁，磨損后應(yīng)更換滾針等。⑤滾擠壓前的零件表面粗糙度、滾擠壓余量和幾何公差等都直接影響滾擠壓質(zhì)量。

實(shí)踐證明，滾擠壓φ100H8孔的擠壓余量應(yīng)控制在0.02～0.06mm，過(guò)大將加快滾擠壓頭的磨損，過(guò)小則上道工序殘留的刀痕難以消除，達(dá)不到所要求的表面粗糙度。精鏜孔的幾何公差、圓度和直線度也直接影響滾擠壓后孔的質(zhì)量。被擠壓的孔口倒角必須按照20°加工，倒角利于滾擠壓工具順利地進(jìn)行滾壓。同時(shí)還要注意滾壓前孔內(nèi)不能有切屑等雜質(zhì)。

7. 創(chuàng)新點(diǎn)

該工藝的創(chuàng)新點(diǎn)在于：①成功地將滾擠壓工藝應(yīng)用于農(nóng)用機(jī)械提升器殼體的液壓缸孔中，代替了珩磨工藝。②通常滾擠壓工藝是應(yīng)用于塑性材料，而該工藝將滾擠壓工藝應(yīng)用于灰鑄鐵這種非塑性材料上，拓寬了滾擠壓加工范圍。③成功地在臥式加工中心上實(shí)現(xiàn)精鏜孔-滾擠壓工藝，提高了液壓缸孔的表面質(zhì)量。

8. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)提升器殼液壓缸孔的批量加工驗(yàn)證，滾擠壓后零件的表面粗糙度值Ra≤0.2μm，完全達(dá)到了圖樣要求，并且可滿足批量生產(chǎn)要求。該零件在國(guó)外進(jìn)行臺(tái)架壽命試驗(yàn)，以及在國(guó)內(nèi)進(jìn)行拖拉機(jī)總成在田間的各項(xiàng)試驗(yàn)，完全達(dá)到了各項(xiàng)試驗(yàn)要求。該工藝對(duì)其他類似殼體零件的內(nèi)孔加工具有很好的借鑒意義和推廣價(jià)值。

專家點(diǎn)評(píng)

滾擠壓工藝是一種成熟的塑性加工方法，可以獲得光潔如鏡的金屬表面，兼具光整加工和表面硬化兩種功能，這一點(diǎn)是磨削和車削無(wú)法做到的。

文中的3個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)都比較實(shí)用，成功地在臥式加工中心機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)灰鑄鐵殼體液壓缸孔的滾擠壓加工，對(duì)類似零件的內(nèi)孔精加工具有很好的借鑒意義。參考文獻(xiàn)：

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