我國(guó)工程機(jī)械液壓缸加工工藝及裝備解析

胡 健 李永亮 張可平

（機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院，中國(guó) 重慶400039）

0 引言

油缸也稱液壓缸，是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，其功能就是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。油缸作為工程機(jī)械各種機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械行業(yè)中。

在工程機(jī)械行業(yè)中，液壓油缸主要作為工作裝置（如：裝載機(jī)動(dòng)臂、翻斗油缸）、支撐（泵車(chē)、汽車(chē)吊垂直支腿油缸）及轉(zhuǎn)向（裝載機(jī)及礦車(chē)轉(zhuǎn)向油缸）動(dòng)力部件使用。材質(zhì)上可分熱軋管、冷拔管兩種，支腿、臂架、變幅等工作壓力較高產(chǎn)品使用熱軋毛坯，裝載機(jī)動(dòng)臂、翻斗、伸縮、轉(zhuǎn)向等工作壓力較低油缸常使用冷拔毛坯。

隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康快速發(fā)展，重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入新的發(fā)展高潮，工程機(jī)械需求量大幅度增長(zhǎng)，液壓油缸作為各種工程機(jī)械、煤礦機(jī)械、特種車(chē)輛和大型機(jī)械的專用部件，市場(chǎng)潛力巨大。而且當(dāng)前世界制造業(yè)向我國(guó)轉(zhuǎn)移，我國(guó)油缸行業(yè)有著非常有利的發(fā)展機(jī)遇。

1 總體加工工藝流程簡(jiǎn)介

工程機(jī)械液壓缸雖然種類較多，但是總體工藝流程大致相同，其流程如下：

缸筒主要加工工藝流程：

下料→熱處理 （調(diào)質(zhì)）→粗車(chē)→法蘭焊接→車(chē)導(dǎo)向→內(nèi)孔加工→車(chē)管口→鉆油孔→清洗→焊接缸底→清洗→裝配。

活塞桿分三種結(jié)構(gòu)形式，即：有桿頭活塞桿、無(wú)桿頭（如垂直直腿油缸）或后焊桿頭（如韓國(guó)挖掘機(jī)油缸工藝）活塞桿和長(zhǎng)缸活塞桿（起重機(jī)伸縮缸）。主要加工工藝流程：

有桿頭活塞桿：

下料→熱處理 （調(diào)質(zhì)）→校直→粗車(chē)→焊桿頭→表淬→精車(chē)→磨外圓→拋光→電鍍→鍍后拋光→清洗→裝配。

無(wú)桿頭或后焊桿頭活塞桿：

常見(jiàn)的溫水性魚(yú)類在水溫10℃以下時(shí)就有明顯的停食表現(xiàn)，大部分漁農(nóng)也習(xí)慣不再給魚(yú)投喂飼料了。經(jīng)過(guò)我們對(duì)鯉、草、鯽、鳙在水溫低于10℃時(shí)做過(guò)的多次試驗(yàn)表明，這些魚(yú)類每天給極少量的餌料，在短時(shí)間內(nèi)仍能很快吞食。由此可見(jiàn)，魚(yú)兒冬季的停食時(shí)間越晚越好，即使在停食之后，選擇在晴朗的午后投喂少量的飼料也是有好處的。因此加強(qiáng)后期飼養(yǎng)，催肥增膘準(zhǔn)備越冬。魚(yú)類入越冬池后要搭設(shè)餌料臺(tái)繼續(xù)投喂，直到水溫6℃魚(yú)不吃食為止，同時(shí)注意及時(shí)清除殘餌。

下料→熱處理→校直→粗車(chē)→粗精車(chē) （含垂直支腿活塞桿車(chē)球頭）→無(wú)心拋磨外圓→電鍍→鍍后無(wú)心拋磨外圓→清洗→焊接桿頭→裝配。

長(zhǎng)缸活塞桿（如起重機(jī)伸縮缸活塞桿）生產(chǎn)尺寸較長(zhǎng)，采用空心結(jié)構(gòu)，工藝流程與普通活塞桿工藝有所區(qū)別，其主要工藝流程為：

車(chē)外圓、活塞位→磨拋外圓→電鍍→拋外圓→車(chē)堵頭→焊接桿頭。

表1 工程機(jī)械部件活塞桿生產(chǎn)工藝對(duì)照表

2 缸筒加工工藝及裝備

2.1 車(chē)削工藝及設(shè)備

液壓缸缸筒車(chē)削工序包括粗車(chē)、車(chē)導(dǎo)向、車(chē)管口加工工藝。

表2 液壓缸缸筒車(chē)削工藝內(nèi)容表

缸筒車(chē)削工序除采用普通臥式車(chē)床外（一端三爪卡盤(pán)夾緊，另一端尾座采用專用傘狀頂錐定位），也可采用專用油缸車(chē)床（兩端機(jī)）及管螺紋車(chē)床。專用油缸車(chē)床設(shè)備一般斜床身車(chē)床進(jìn)行改造（如：長(zhǎng)城機(jī)床L系列油缸車(chē)床），主軸及尾座上安裝專用內(nèi)漲式三爪卡盤(pán)，加工時(shí)以工件內(nèi)孔定位進(jìn)行加工，還可配置兩個(gè)或多個(gè)刀塔，可編程尾座及中心架。管螺紋車(chē)床在鋼管制造業(yè)中應(yīng)用較多，該設(shè)備主軸內(nèi)孔徑較大（最大加工直徑￠508mm），剛性足，缸筒可直接主軸中心伸出，用于缸筒法蘭焊接前車(chē)管口；若配置上下料鏈排，可實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)上下料。從設(shè)備投入上比較、臥式車(chē)床投資最少，一臺(tái)經(jīng)濟(jì)系型數(shù)控臥車(chē)CK6163×3000價(jià)格約在15萬(wàn)左右，若采用數(shù)控管螺紋車(chē)床內(nèi)徑孔徑230mm左右，價(jià)格約80萬(wàn)，若采用數(shù)控油缸車(chē)床（加工范圍￠630×3000）價(jià)格約在200萬(wàn)元以上。從設(shè)備使用情況上講，普通車(chē)床剛性較差，管螺紋車(chē)床應(yīng)用范圍相對(duì)較小（管口段的加工），油缸車(chē)床剛性足，應(yīng)用范圍最廣，相對(duì)價(jià)格也最高。

2.2 內(nèi)孔加工工藝及設(shè)備

內(nèi)孔加工作為油缸行業(yè)的關(guān)鍵工藝，其工藝水平的好壞直接決定了企業(yè)的的工藝技術(shù)水平。

2.2.1 刮削滾光工藝

傳統(tǒng)內(nèi)孔加工普遍采用鏜＋珩磨工藝或鏜＋滾壓工藝，該工藝加工效率較低，且需要兩次裝夾。隨著缸筒毛坯質(zhì)量的不斷提高（一般工程機(jī)械大批量產(chǎn)品的管料冷拔毛坯單邊余量在1～2mm左右，如自卸車(chē)油缸毛坯單邊余量更?。?，刮削滾光工藝SRB（Skiving Roller Burnishing，簡(jiǎn)稱刮滾工藝）在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛采用。刮削滾光工藝采用復(fù)合刀具（采用多數(shù)能裝2-8片可轉(zhuǎn)位刀片，后部有4-50顆滾珠的滾壓刀具，并有相應(yīng)的聚氨酯防震墊），一次裝夾完成內(nèi)孔加工。采用刮削滾光工藝加工，表面粗糙度非常穩(wěn)定，可達(dá)Ra0.1～0.8，并可通過(guò)調(diào)節(jié)滾柱壓力進(jìn)行預(yù)設(shè)定[1]。其加工方式有如下兩種：

單回轉(zhuǎn)加工方式：工件固定，刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給加工。雙回轉(zhuǎn)加工方式：工件旋轉(zhuǎn)，刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給加工。單回轉(zhuǎn)加工方式分兩種：空刀返回及輥壓返回?？盏斗祷丶庸し绞剑汗蜗鬏伖鈾C(jī)床(SRB)是刀具進(jìn)給進(jìn)入內(nèi)孔時(shí)先對(duì)缸筒內(nèi)孔進(jìn)行粗精鏜削加工及輥壓加工、到終點(diǎn)空刀返回。

輥壓返回加工方式：刮削輥光機(jī)床(SRB)是刀具進(jìn)給進(jìn)入內(nèi)孔時(shí)先對(duì)缸筒內(nèi)孔進(jìn)行粗精鏜削加工、到終點(diǎn)返回時(shí)對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行輥壓加工。

刮削滾光機(jī)床使用專用復(fù)合刀具,加工范圍從￠50～450mm；機(jī)床加工最大直徑￠500，加工工件長(zhǎng)度500mm～15000mm。

以20t履帶式挖掘機(jī)油缸為例，生產(chǎn)節(jié)拍在7～12min，若采用傳統(tǒng)工藝，加工時(shí)間則40min以上（包括珩磨時(shí)間），生產(chǎn)效率相當(dāng)于傳統(tǒng)工藝的數(shù)倍。在批量生產(chǎn)中，采用傳統(tǒng)工藝的生產(chǎn)線需要數(shù)倍設(shè)備及操作工。如1臺(tái)引進(jìn)刮削滾光機(jī)（加工直徑￠300×3000）采購(gòu)價(jià)格約70至80萬(wàn)歐元，1臺(tái)數(shù)控深孔鏜TK2130價(jià)格約120萬(wàn)元，1臺(tái)臥式強(qiáng)力珩磨機(jī)2M2130價(jià)格約在80～100萬(wàn)元之間。刮滾工藝在批量產(chǎn)品生產(chǎn)中，投入產(chǎn)出比更有優(yōu)勢(shì)。

目前，TACCHI，AIOH-TEC，SIERRA，SHINSUNG等進(jìn)口刮削滾光機(jī)床占據(jù)我國(guó)絕大部分市場(chǎng)。與此同時(shí)，如：德州普利森、上海重型、三一精機(jī)、中科機(jī)電等國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)均在近年推出結(jié)合德國(guó)WOMROLL、ECOROLL技術(shù)的刮削滾光機(jī)床。

2.2.2 傳統(tǒng)內(nèi)孔加工工藝

傳統(tǒng)油缸內(nèi)孔加工工藝在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用范圍越來(lái)越小，但是無(wú)法完全被刮滾工藝代替。如泵車(chē)、汽車(chē)吊變幅油缸等產(chǎn)品由于缸徑較大（超過(guò)450mm），或是需要缸底網(wǎng)紋的特殊產(chǎn)品仍采用傳統(tǒng)加工工藝。

泵車(chē)輸送缸等特種缸筒，由于采用熱軋毛坯，加工余量較大，無(wú)法采用刮滾刀具一次加工完成 （刮滾刀具的加工余量一般在5mm以內(nèi)），可采用先粗鏜，然后刮滾的生產(chǎn)工藝，只是采用上述工藝的時(shí)候注意工件的調(diào)質(zhì)硬度（粗鏜加工后，工件表面由于冷作硬化引起的表面應(yīng)力大大提高，影響刮滾加工質(zhì)量）。

2.3 焊接工藝及設(shè)備。

焊接管口法蘭及油嘴。法蘭焊接工位一般采用二氧化碳或混合氣保護(hù)焊的自動(dòng)焊機(jī)和焊接機(jī)器人（如廈門(mén)思爾特提供缸筒焊接專機(jī)）。由于油嘴與缸筒外壁對(duì)接焊縫焊高變化范圍較大，采用普通自動(dòng)焊機(jī)難以達(dá)到焊接，一般企業(yè)采用人工焊接或機(jī)器人焊接。

3 活塞桿加工工藝及裝備

3.1 活塞桿車(chē)削加工

活塞桿車(chē)削加工包含以下幾道工序：車(chē)端面及打中心、外圓粗精車(chē)及活塞位加工。采用臥式車(chē)床加工即可。但采用臥式車(chē)床存在以下問(wèn)題：1）若工件長(zhǎng)度較長(zhǎng)，檢測(cè)不變；2）工件車(chē)削過(guò)程中需要反復(fù)調(diào)頭，工人操作量大。

活塞桿在粗車(chē)工序前可增加一道專門(mén)端面加工工序。目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)銑端面打中心孔專機(jī)一次裝夾完成兩端面中心兩道工序任務(wù)。但采用該工藝存在端面工件外圓與端面交界處易出現(xiàn)飛邊的問(wèn)題，如果不去除影響下道序粗車(chē)外圓工序；粗車(chē)加工仍需要掉頭加工另一頭。為解決以上問(wèn)題，MAG，DANOBAT公司不約而同地在鐵路系統(tǒng)生產(chǎn)線車(chē)軸加工設(shè)備中增加了一個(gè)雙面加工專機(jī)。該類設(shè)備在傳統(tǒng)銑端面打中心孔專機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了鉆扭矩孔和車(chē)軸頸工序。兩個(gè)公司設(shè)備區(qū)別在于DANOBAT公司的SM AXLE ENDS MACHINE采用兩臺(tái)臥式加工中心對(duì)置布置，所有刀具均在刀庫(kù)內(nèi)；而MAG公司則在VDF 450 FC車(chē)削中心基礎(chǔ)上，增加了兩端可轉(zhuǎn)位6刀位刀塔。經(jīng)過(guò)上述設(shè)備加工之后，工件可在車(chē)床上完成粗精車(chē)加工而不用調(diào)頭加工，中間接刀。

活塞桿加工工藝精車(chē)工藝一般可分為兩種，一種是表淬前精車(chē)工件外圓及活塞位，表淬后精磨活塞桿外圓、活塞位及活塞位軸肩；另一種是采用表淬前精車(chē)外圓、粗車(chē)活塞位，表淬之后再精車(chē)活塞位及活塞位軸肩，最后磨外圓。上述兩種工藝均采用熱后精加工工藝流程，保證活塞位及外圓的同軸度。相對(duì)而言采用后一種工藝，效率更高，如小松活塞桿就采用上述加工工藝。

3.2 桿頭焊接

所有工程機(jī)械液壓缸活塞桿桿頭焊接均可采用氣保焊。但是，氣保焊速度慢，焊接廢氣及弧光，影響生產(chǎn)環(huán)境。而摩擦焊不存在焊材費(fèi)用、焊縫強(qiáng)度接近母體、無(wú)任何聲、光、氣、輻射污染，焊接速度快等優(yōu)勢(shì)，逐步應(yīng)用在活塞桿桿頭焊接工序。以挖機(jī)活塞桿為例，采用摩擦焊焊接時(shí)間2～3min，若采用普通環(huán)封焊接接近10min。

摩擦焊機(jī)在活塞桿生產(chǎn)線的引入，大大提高了生產(chǎn)效率及生產(chǎn)環(huán)境。

3.3 鍍前、鍍后精加工

活塞桿電鍍前、后需進(jìn)行外圓精加工。電鍍前精加工為避免工件表面的粗糙度較大，造成工件表面電位差造成電鍍不均勻、出現(xiàn)針孔等現(xiàn)象，電鍍鍍后拋光使工件達(dá)到表面粗糙度要求（Ra0.4）。

電鍍前精加工一般采用兩種工藝及裝備

一種工件桿頭小于桿徑（如支腿油缸）和后焊桿頭（如起重機(jī)伸縮缸）的工件可采用無(wú)心外圓磨磨外圓，然后使用通過(guò)式拋光機(jī)的工藝布置；另一種普通產(chǎn)品則采用外圓磨加雙頂式拋光機(jī)，普通雙頂式拋光機(jī)采用雙拋光頭（千葉輪、砂帶拋光頭），一般一次裝夾可完成工件。

4 工件轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備

在主機(jī)廠主要加工設(shè)備水平的趨近的情況下，工件轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備已經(jīng)成為提高生產(chǎn)效率的一條重要途徑。由于加工工件重量較大（一般超過(guò)30kg），且中短油缸加工工位密度大，為提高起吊設(shè)備密度，常采用KBK或者單軌葫蘆作為上下料的主要工具。工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)則可設(shè)置固定料架，操作工利用KBK設(shè)備往返取料。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的典型工藝及裝備的介紹，分析了我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)企業(yè)所使用工藝及裝備的現(xiàn)狀。

在我國(guó)工程機(jī)械液壓油缸加工裝備水平已趕上國(guó)際先進(jìn)水平的今天，在提高加工效率的同時(shí)，降低生產(chǎn)的人工成本、財(cái)務(wù)成本、物流成本已經(jīng)越來(lái)越受到各企業(yè)的重視。運(yùn)用自動(dòng)化專用設(shè)備、組建專用生產(chǎn)線，減小工序物流成本、人工成本、在制件財(cái)務(wù)成本已成為我國(guó)工程機(jī)械液壓件制造業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

［1］斯蒂夫·紐宣.刮削滾光——更好的液壓油缸內(nèi)孔精加工方法[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng),2007(2)∶134.