立車加工超大口徑重載液壓缸缸體的技術(shù)探索

Abstract：Inthispaper，howtousetheadvancedCNCverticallathetechnology toefcientlyprocessthesuper-large-diameter and heavy-duty hydrauliccylinderbodyina specific industrial environment is discussed.Byaccuratelycontroling keyparameters，designingspecialtoolsandformulatingscientifictechnologicalscheme，trialprocesing isrealizedandechnicaldifficultiesaresolvedsuccesfully.Thisresearchresults willprovide valuable experienceforrelatedindustriesandlay afoundation for large-scale production in the future.

Keywords：vertical lathe processng;super-large-diameter;heavy-duty hydrauliccylinder;cylinder body machining

面對國家戰(zhàn)略需求的召喚，本企業(yè)決定在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進行試制加工超大口徑重載液壓缸缸體，以保障關(guān)鍵設(shè)備的正常運行。這一舉措不僅為企業(yè)積累了大口徑、大噸位液壓缸加工制造的寶貴經(jīng)驗，更標(biāo)志著企業(yè)在超大口徑重載液壓缸缸體加工領(lǐng)域取得了重大突破，填補了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的空白。

1零件結(jié)構(gòu)分析

1. 1 零件概述

360主油缸缸體，作為液壓系統(tǒng)中的核心部件，承擔(dān)著傳遞動力和承受高壓的重要職責(zé)。其尺寸為Φ1748mm×Φ1345mm×3400mm ，采用 35CrMo 優(yōu)質(zhì)合金鋼材料制成，具有良好的綜合機械性能，能夠滿足高強度和高韌性的工作要求，見圖1。缸體重量為18.3t（未纏繞鋼絲前的重量），體現(xiàn)了其龐大的體積和重量，這也對其加工和運輸提出了更高要求。

1.2關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

1.2.1 缸體直徑

缸體直徑是決定液壓缸性能的關(guān)鍵參數(shù)之一。在360主油缸缸體中，外徑 Φ1748mm 和內(nèi)徑 Φ1345 mm的精確控制對于確保液壓缸的密封性能和承載能力至關(guān)重要。直徑的微小偏差都可能導(dǎo)致液壓缸在工作過程中的泄漏或失效，因此，加工過程中必須采用高精度的測量和加工設(shè)備，確保直徑尺寸的精確性。

1.2.2 壁厚均勻性

缸體壁厚的均勻性直接影響到液壓缸的穩(wěn)定性和耐用性。在360主油缸缸體中，由于其內(nèi)外徑尺寸較大，壁厚的不均勻可能導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，從而影響整體結(jié)構(gòu)的可靠性。因此，在加工過程中，需要嚴(yán)格控制材料的均勻性和加工的一致性，確保壁厚分布的均勻性，避免因壁厚不均導(dǎo)致的潛在問題。

1.2.3 表面粗糙度

表面粗糙度是衡量液壓缸表面質(zhì)量的重要指標(biāo)。在360主油缸缸體中，內(nèi)孔表面粗糙度要求達到 Ra0.4 ，這對于提高液壓缸的密封性能和減少磨損具有重要意義。高表面粗糙度可以有效減少密封件的磨損，延長使用壽命，同時也能夠提高液壓缸的工作效率。

2技術(shù)要求與挑戰(zhàn)

2.1 圓柱度和圓度

360主油缸缸體內(nèi)孔的圓柱度 ?0.06mm 、圓度?0.06mm ，這對加工設(shè)備的精度提出了極高的要求。在加工過程中，需要采用高精度的數(shù)控機床和先進的加工工藝，確保內(nèi)孔的幾何形狀滿足嚴(yán)格的公差要求。

2.2 強度與硬度

主缸作為單作用缸，需要能夠承受高達 42Mpa 的工作壓力和 50Mpa 的試驗壓力，這對材料的強度和硬度提出了嚴(yán)格要求。 35CrMo 合金鋼因其優(yōu)異的力學(xué)性能而被選為制造材料，但在加工過程中還需要通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噥磉M一步強化材料的性能。

2.3加工能力與時間

考慮到360主油缸缸體的龐大體積和重量，以及對加工精度和質(zhì)量的高要求，如何在有限的時間內(nèi)完成加工任務(wù)成為一大挑戰(zhàn)。工廠現(xiàn)有的機床加

工能力和起重設(shè)備能力需要在嚴(yán)格保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，最大限度地發(fā)揮效率，以確保按時完成加工任務(wù)。

3制定模擬加工工藝方案

經(jīng)過研究和探討，結(jié)合以往的加工實際經(jīng)驗，確定了一套主缸缸體加工工藝的模擬流程：

3.1準(zhǔn)備工作

檢查設(shè)備狀態(tài)，確保所有設(shè)備處于良好運行狀態(tài)。

準(zhǔn)備原材料，按照規(guī)格要求，準(zhǔn)備足夠的原材料。

設(shè)定工藝參數(shù)，根據(jù)產(chǎn)品要求，設(shè)定好各項工藝參數(shù)。

3.2 粗加工階段

粗車各部尺寸，單邊留量 8mm 。

檢查毛壞余量，確保后續(xù)加工有足夠的空間。

3.3探傷階段進行超聲波探傷，確保材料內(nèi)部無缺陷。

3.4 調(diào)質(zhì)處理

進行調(diào)質(zhì)處理，硬度控制在 280-310HB 。

3.5劃線階段

以內(nèi)孔1345H 9及外圓1 6 3 6m m 找正，劃線標(biāo)記關(guān)鍵位置。

3.6 落地鏜階段

鏜鉆 4-M56×4，4-M36×3 底孔（吊裝用工藝孔）。

3.7鉗工階段攻絲，完成螺紋加工。

3.8數(shù)控立車階段

精車左端面，留量 3mm 。

精車外圓 Φ^1636mm×1800mm ，左端外圓Φ1748mm 單邊留量 2mm ，粗糙度 Ra6.3 。

車 20mm×4mm 環(huán)形面，粗糙度 Ra6.3 。

半精車內(nèi)孔 $＼$ 1345＼mathrm{ H 9 }$ 留量 $5 ＼mathrm { m m }$ 。

掉頭，接刀車外圓 Φ^{1636mm×2900mm} 成，車右 端面留量 3mm ，外圓 Φ^1748mm 單邊留量 2mm 。

車 20mm×4mm 環(huán)形面，粗糙度 Ra6.3 。

半精車接刀內(nèi)孔1345H 9 留量5m m 。

精車孔 Φ^1470H8×200mm 止口，單邊留量2mm ，粗糙度 Ra6.3 。

3.9纏繞鋼絲與防護罩安裝

纏繞鋼絲、包裹玻璃絲布刷環(huán)氧樹脂。

在鋼絲外表面組合 δ4mm 不銹鋼外防護罩。

沿防護罩縱向拼接接縫與缸體上兩處 4mm 臺階焊接。

3.10 精加工階段

精車左端面。

精車左端外圓 1748成，表面粗糙度R a3 . 2 。

精車內(nèi)孔尺寸134549，留磨量0 . 2m m ，表面粗糙度R a3 . 2，倒角3 0 1 5。

上電磨頭磨削內(nèi)孔達尺寸 1345H 9，上千葉輪拋光內(nèi)孔，表面粗糙度達 R a 0 . 4 。

掉頭車右端面，保證總長 3400mm 。

精車右端外圓 Φ^1748mm 成，表面粗糙度 Ra3.2 。

精車內(nèi)孔尺寸 ，留磨量0 . 2m m" ，表面粗糙度Ra3.2，倒角 2 51 5 。

上電磨頭磨削內(nèi)孔達尺寸 134549，上千葉輪拋光內(nèi)孔，表面粗糙度達R a 0" . 4 。

精車 Φ^1470H8×200mm 止口成，R10內(nèi)圓弧、C10×45^° 倒角成，表面粗糙度 Ra3.2 。

3.11 加工中心階段

鏜鉆 20×M56×4-7H 底孔。

鏜鉆 24×M36×3-7H 底孔。

3.12鉗工階段攻絲，完成螺紋加工。去毛刺，確保表面光滑。清洗，去除加工殘留物。

3.13 質(zhì)量檢驗

對成品進行全面檢查，確保符合設(shè)計要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.14 包裝與入庫

對合格的產(chǎn)品進行包裝，準(zhǔn)備入庫。

3.15 記錄與反饋

記錄整個加工過程的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的質(zhì)量控制和工藝改進。

3.16持續(xù)改進

根據(jù)加工過程中的反饋，不斷優(yōu)化工藝流程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

通過以上流程，我們能夠確保主缸缸體的加工工藝方案既科學(xué)又嚴(yán)謹(jǐn)，為實際加工提供有力保障。

4 立車加工難點分析

4.1缸體外徑小且高導(dǎo)致的裝卡不穩(wěn)、剛性差問題

由于超大口徑重載液壓缸缸體的尺寸龐大，外徑較小且高度較高，這使得傳統(tǒng)的裝卡方式難以保證其穩(wěn)定性和剛性。裝卡不穩(wěn)會導(dǎo)致加工過程中的振動和誤差，影響加工質(zhì)量；剛性差則可能導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)變形，進一步影響缸體的整體性能。

4.2滑枕伸出過長帶來的剛性差和切削振動問題

在立車加工過程中，滑枕需要伸出較長距離以適應(yīng)缸體的加工需求。然而，滑枕伸出過長會降低其剛性，導(dǎo)致切削過程中的振動加劇，影響加工精度和表面質(zhì)量。同時，剛性差還會增加刀具磨損，縮短刀具壽命。

4.3缸體內(nèi)孔長度超出立車滑枕行程導(dǎo)致的調(diào)頭加工和接刀困難問題

超大口徑重載液壓缸缸體的內(nèi)孔長度往往超出了立車滑枕的行程范圍，這使得加工過程中需要進行調(diào)頭操作，增加了加工難度和時間成本。此外，調(diào)頭加工還會導(dǎo)致接刀處存在痕跡和誤差，影響內(nèi)孔的整體質(zhì)量和精度。

4.4缸體內(nèi)孔表面粗糙度Ra0.4，要求極高帶來的 加工困難

超大口徑重載液壓缸缸體的內(nèi)孔表面粗糙度要求極高，這對加工工藝和刀具選擇提出了更高的要求。如何在保證加工效率的同時，實現(xiàn)內(nèi)孔表面的高精度加工，是加工過程中的一大技術(shù)難點。

5設(shè)計專用吊裝工具

為了提高工作效率并減少輔助時間，我們根據(jù)缸體的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計了一套專用的吊裝工具，見圖2。該工具采用了先進的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠輕松應(yīng)對超大口徑重載液壓缸缸體的吊裝需求。在設(shè)計過程中，我們充分考慮了缸體的尺寸、重量以及吊裝過程中的穩(wěn)定性等因素，既滿足了吊裝和空中翻個的要求，又提高了工作效率，減少了輔助時間。確保工具在滿足安全要求的同時，能夠快速、準(zhǔn)確地完成吊裝任務(wù)。

6技術(shù)措施

6.1缸體外徑小且高，裝夾不穩(wěn)，剛性差

針對缸體外徑小且高導(dǎo)致的裝卡不穩(wěn)、剛性差問題，我們采取了改進裝卡方式的技術(shù)措施。

改進裝卡方式，采用上下兩層卡爪夾緊的方式，即缸體底部用四爪夾緊；中下部（ 1300mm ）位置處，先采用方箱與立車工作臺固定壓緊，再把方箱與連接體聯(lián)接，連接體與卡爪固定卡緊，從而增強了缸體的剛性，減少了加工變形。

通過優(yōu)化夾具設(shè)計，增加了夾具與缸體之間的接觸面積，提高了裝卡的穩(wěn)定性和剛性，從而保證了加工過程的平穩(wěn)進行。

6.2滑枕伸出過長剛性差，切削時易產(chǎn)生振動

針對滑枕伸出過長帶來的剛性差和切削振動問題，我們采取了減小徑向切削力的技術(shù)措施。具體措施為：

為減小徑向切削力，在不影響刀具強度的情況下，應(yīng)盡量增大車刀主偏角，車削缸體外圓及內(nèi)孔宜選用主偏角為 80^°～85^° 的硬質(zhì)合金刀具。

為減少切削力，應(yīng)選擇較大的前角 15^°～25^° 并保持鋒利。

為減小徑向切削力，應(yīng)選擇較小刀尖半徑（ Rlt; 0.3mm^? ）。倒棱的寬度也應(yīng)選得較小，取倒棱寬度f=0.5s 0

在刀架上裝加粗刀桿，以減少滑枕的伸出長度，從而保證了滑枕的剛性。

因缸體內(nèi)孔長，車刀車削時間長，為減小刀具磨損，保證產(chǎn)品尺寸精度和直線度，宜選用硬度高、耐磨性較好的YT15、YT30或帶涂層的硬質(zhì)合金車刀。

通過調(diào)整車刀的主偏角和前角，以及合理選擇刀尖半徑，有效地降低了徑向切削力，減少了振動現(xiàn)象的發(fā)生，提高了加工質(zhì)量。

6.3缸體內(nèi)孔長度超出立車滑枕行程導(dǎo)致的調(diào)頭加工和接刀困難問題

我們采取了保證工作臺和等高墊鐵的平行度的技術(shù)措施。具體措施如下：

首先保證立車工作臺和四個淬火的等高墊鐵的平行度 ?0.02mm 。

為保證缸體內(nèi)孔的直線度，加工好一端內(nèi)孔的長度應(yīng)大于缸體長度的一半（ gt;1800mm ），以提高基準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

找正內(nèi)孔直線度 ?0. 03mm （兩個方向相差90^° ，用百分表上下拉表已加工表面找正或用百分表上下劃圓已加工表面找正）。

通過精確調(diào)整工作臺和等高墊鐵的位置，確保了加工過程中內(nèi)孔的直線度和圓度，避免了因接刀不當(dāng)而導(dǎo)致的質(zhì)量問題。

Φ460mm×40mm ，線速度為 36m/s ，磨削采用粗磨、精磨，粗磨選用顆粒度為46#的白鋼玉砂輪，內(nèi)孔磨削尺寸到 Φ1345.20mm ，精磨選用顆粒度為60#的白鋼玉砂輪，內(nèi)孔磨削尺寸到 1345.25m m，最后選用粒度細的千葉輪拋光內(nèi)孔達圖，表面粗糙度 R a" 0 . 4 。

7裝夾、加工過程中注意的事項

在裝夾缸體前，應(yīng)該提前作好八米數(shù)控立車調(diào)整的準(zhǔn)備工作，主要針對機床的幾何精度、滑枕與刀架導(dǎo)軌的配合精度（ ?0.04mm ）、工作臺的平面度（ ?0.02mm ）等。

因缸體壁薄，裝夾時夾緊力不宜過大，防止工件 回彈變形。

精加工時，應(yīng)保證缸體的溫度與機床的溫度一致，以減小溫差對尺寸的影響。

因滑枕伸出過長剛性差，磨削時砂輪外圓與缸體內(nèi)孔接觸面不宜過大（ 12～15mm ），切削用量宜采用低轉(zhuǎn)速、小進給、大走刀的原則， v=25～35mm min，ap=0.01～0.02mm，f=6～8mm/r_o

為保證砂輪有足夠的切削力，應(yīng)經(jīng)常用金剛石修磨砂輪使其保持鋒利。

為保證砂輪磨削的穩(wěn)定性、磨削前砂輪需做靜平衡實驗。

如磨削內(nèi)孔在大型臥式車床上加工，磨削前需將缸體外圓 Φ¹⁷⁴⁸×80mm 加工到 Φ¹⁷⁵⁴×80mm 否則缸體外徑防護罩將會與臥車托輥架發(fā)生干涉，影響加工精度。

8結(jié)論

通過上述工藝參數(shù)的選擇和實施，超大口徑重載液壓缸缸體的試制圓滿完成。在保證尺寸精度的前提下，缸體內(nèi)孔的表面粗糙度、直線度、圓度、圓柱度等關(guān)鍵指標(biāo)均達到了預(yù)期要求，實現(xiàn)了在超大口徑重載液壓缸缸體加工領(lǐng)域的重大突破。這一成果不僅展示了在技術(shù)創(chuàng)新和制造能力方面的強大實力，更為今后類似產(chǎn)品的加工積累了寶貴的工藝參數(shù)和操作經(jīng)驗。

6.4缸體內(nèi)孔表面粗糙度要求 ?Ra0.4 ，加工困難

針對缸體內(nèi)孔表面粗糙度要求極高帶來的加工困難，我們采取了選用粒度細的千葉輪拋光內(nèi)孔的技術(shù)措施。制作與滑枕和電磨頭相連接的聯(lián)接體，進行連接，可以使電磨頭符合加工需求。

電磨頭額定轉(zhuǎn)速 0～1500r/min ，選用砂輪直徑

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（責(zé)任編輯 郭曉勇）