液壓支架電液控制閥主閥加工工藝設(shè)計(jì)與研究

馬翠蘭

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 屯留 046000)

液壓支架用電液控制系統(tǒng)是保證液壓支架在煤礦井下正常工作的重要元部件，是支架中最精密、最關(guān)鍵的部位[1-2]。支架電液控制系統(tǒng)中的電液控制閥由于使用高水基乳化液作為傳動(dòng)介質(zhì)，所以通常采用不銹鋼作為加工材料。不銹鋼一般被認(rèn)為是切削加工性能較差的金屬材料，1Cr18Ni9Ti不銹鋼尤為突出，與45號(hào)鋼相比，其相對(duì)可切削性?xún)H為0.3～0.5，是機(jī)械加工中比較難加工的材料[3]。除了電液控制閥材料的難加工性，由于閥體裝配要求較高，對(duì)閥體的加工精度要求也相應(yīng)較高。當(dāng)有批量生產(chǎn)需求時(shí)在滿(mǎn)足加工精度要求下高效地加工電液控制閥閥體，具有重要意義。

1 主閥閥體特征

圖1為電液換向閥主閥閥體結(jié)構(gòu)圖。閥體的主要加工特征是以孔和螺紋為主。有一部分孔口所在的平面需要與先導(dǎo)閥進(jìn)行平面裝配，要求有效好的平面密封性，因此，對(duì)于這些平面的平面度要求也就很高。為防止閥芯在閥孔內(nèi)卡死，閥孔的垂直度要求也較高。換向閥主閥屬于滑錐閥，閥口關(guān)閉時(shí)，要求錐面閥口具有可靠的密封性，所以，閥體中錐面閥口的加工也尤為關(guān)鍵。

圖1 電液換向閥主閥閥體結(jié)構(gòu)圖

2 閥體工藝分析

2.1 復(fù)雜群孔加工工藝分析

2.1.1 群孔結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件分析

電液換向閥主閥閥體的局部剖視圖如圖2所示。閥體中分布的孔結(jié)構(gòu)相同，對(duì)于直徑38 mm的孔，要求加工公差在0.02 mm以?xún)?nèi)，且需要安裝密封圈。為保證密封性，此處孔需要在鉆孔或擴(kuò)孔后進(jìn)行鏜孔。而對(duì)于直徑40 mm的孔，則精度要求不那么高，是高壓液流過(guò)的孔。對(duì)于圖中1×60°的倒角，需要用到定制的成形刀進(jìn)行加工，刀具的走刀路徑為繞著閥孔中心的圓形。M42×1.5的螺紋，需要用銑螺紋的方式進(jìn)行加工，因?yàn)椴讳P鋼粘度很高，難以加工，如果采用攻絲的形式加工螺紋，會(huì)造成絲錐堵塞，嚴(yán)重的還會(huì)造成絲錐斷裂，破壞已加工表面，造成廢品。另外，對(duì)于閥孔，要求圓柱度≤0.015 mm，軸孔與孔口平面垂直度≤0.04 mm.

圖2 主閥的局部剖視圖(mm)

2.1.2 定位基準(zhǔn)分析

選用長(zhǎng)方體不銹鋼鍛塊作為加工毛坯，選用平口鉗作夾具，為保證加持穩(wěn)固，需要將鍛塊毛坯夾持面先進(jìn)行預(yù)加工，加工后的裝夾面可以保持平行，可以作為定位基準(zhǔn)，可緊貼平口鉗裝夾。閥體主要加工以孔特征為主，將孔口所在面與機(jī)床主軸垂直進(jìn)行裝夾，同時(shí)保證夾持面積較大的面，即閥體長(zhǎng)380 mm的棱邊與機(jī)床Y軸平行。

2.1.3 工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)

閥體加工工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)要考慮基面先行、工序集中、先粗后精的原則[6]。先銑削孔口平面(基面)，裝夾面是閥體側(cè)面，無(wú)論毛坯的孔口平面是否與機(jī)床工作臺(tái)平行，因?yàn)槊驺姷杜c主軸保持垂直，所以銑削毛坯的孔口平面后，上表面就會(huì)保持與夾持面垂直。銑削完基面后，驗(yàn)證下平面的平面度。對(duì)于孔的加工，為了減少換刀次數(shù)，減少輔助加工時(shí)間，避免頻繁換刀降低加工效率，盡可能將使用相同刀具的工序安排在一起，即刀具共用。閥體中相同結(jié)構(gòu)的閥孔重復(fù)出現(xiàn)，對(duì)于樣件，可以先從頭到尾加工出一個(gè)孔的所有特征，然后檢驗(yàn)尺寸和公差是否合格，即試切。待工藝沒(méi)問(wèn)題后，多個(gè)孔的同一工序全部完成，再進(jìn)行下一工序的加工，這樣可以保證共用刀具、工序集中。粗加工的目的是快速去除材料，而精加工則要保證加工精度，材料去除量小，切削力小，變形小，從而保證較高的加工表面質(zhì)量。因此，選用先粗后精進(jìn)行工藝安排[4-6]。閥體加工工序步驟如表1所示。

表1 閥體加工工序

2.2 深長(zhǎng)孔加工工藝分析

2.2.1 深長(zhǎng)孔結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件分析

如圖3所示，主閥前后有兩個(gè)D20 mm、深380 mm的通孔，并且通孔兩端各有M22 mm×1.5 mm、深14 mm的螺紋。由于通孔與上述群孔貫通，為避免刀具在加工深長(zhǎng)孔時(shí)受到?jīng)_擊，通孔的加工應(yīng)先于群孔加工。

圖3 深長(zhǎng)孔剖視圖(mm)

2.2.2 深長(zhǎng)孔加工工序劃分

對(duì)于閥體中的長(zhǎng)孔，如果直接選用較長(zhǎng)的鉆頭鉆削，鉆頭太長(zhǎng)則剛度就會(huì)變差，而且，不銹鋼材料粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，排屑困難，容易導(dǎo)致鉆頭尖部溫度過(guò)高，從而鉆頭斷裂。因此，采用雙向?qū)ο蜚@孔。同時(shí)，為了提高鉆孔的效率和鉆孔質(zhì)量，采用U鉆代替麻花鉆。用D17 mm帶中心冷卻的鉆頭鉆出D17 mm的底孔，再用D12 mm銑刀銑D17 mm孔至D20.05 mm，最后用D20 mm槍鉆鉆出深192 mm的孔，通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)床工作臺(tái)，將鉆頭調(diào)轉(zhuǎn)至孔的另一端，用同樣的方法加工另一半孔。由于調(diào)轉(zhuǎn)方向是通過(guò)機(jī)床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)完成的，而不是通過(guò)重新裝夾閥體完成，所以可以保證孔的中心度。這也是采用一次裝夾完成多工序加工，減少重復(fù)定位產(chǎn)生誤差的優(yōu)勢(shì)。工序加工步驟如表2所示。

表2 深長(zhǎng)孔加工工序

2.3 細(xì)長(zhǎng)孔加工工藝分析

如圖3所示，主閥閥體中分布長(zhǎng)380 mm、D3 mm的細(xì)長(zhǎng)孔。對(duì)于細(xì)長(zhǎng)孔的加工，傳統(tǒng)的鉆孔難度很大。首先，3 mm刃長(zhǎng)的硬質(zhì)合金鉆頭很難加工，成本很高；再者，鉆頭剛性差，很難加工不銹鋼材料。因此，采用電火花加工。電火花是一種放電加工方式，可以加工硬度很高的材料，很適合加工沒(méi)有精度要求的孔。

3 閥體加工準(zhǔn)備

3.1 設(shè)備選擇

帶回轉(zhuǎn)擺動(dòng)工作臺(tái)的五軸銑削最新定義新型高動(dòng)態(tài)性能的DMU85monoBLOCK，是DMG新一代多元化緊湊型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心。最高轉(zhuǎn)速可達(dá)18 000 r/min，具有鏈?zhǔn)降稁?kù)，可存儲(chǔ)30把刀具，工作臺(tái)加工空間為850 mm×850 mm×650 mm.機(jī)床如圖4所示。

圖4 DMU 85 monoBLOCK 立式加工中心

3.2 切削試驗(yàn)

將毛坯裝夾到機(jī)床上進(jìn)行切削加工，得到產(chǎn)品如圖5所示?？偧庸び脮r(shí)10 h.

圖5 主閥加工成品

3.3 技術(shù)檢驗(yàn)

在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上對(duì)成品進(jìn)行尺寸公差和形位公差的檢驗(yàn)。D22 mm孔的軸線(xiàn)與主閥閥體孔口水平面的垂直度為0.004 6 mm≤0.04 mm，滿(mǎn)足要求。D30 mm孔與D25 mm孔的軸線(xiàn)平行度為0.005 4 mm≤0.1 mm.加工表面質(zhì)量要求符合圖紙標(biāo)注，證明工藝路線(xiàn)合理有效，主閥閥體試切產(chǎn)品合格。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)先進(jìn)制造設(shè)備的引進(jìn)，為主閥工藝設(shè)計(jì)及研究創(chuàng)造了條件，為首次試切積累了很多經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)加工還需在此基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，優(yōu)化加工程序，不斷縮短加工時(shí)間，提高加工效率，為批量生產(chǎn)總結(jié)出一套高效可靠的加工工藝。