精密液壓閥滑閥副的制造加工

魯超英

●（上海海岳液壓機(jī)電工程有限公司，上海 200031）

精密液壓閥滑閥副的制造加工

魯超英

●（上海海岳液壓機(jī)電工程有限公司，上海 200031）

對(duì)某公司生產(chǎn)的滑閥副加工的難點(diǎn)進(jìn)行了分析，通過工藝流程設(shè)計(jì)、工藝方法探索和改進(jìn)，總結(jié)出了一套合理的加工工藝方法，解決了該滑閥副生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題。

滑閥副；閥體；滑閥加工

0 引言

滑閥副是液壓元件中的典型零件，常用于各類高精度液壓產(chǎn)品中。由于其尺寸精和形狀位置公差要求高、配合間隙小、形狀復(fù)雜、熱處理后容易發(fā)生變形，因此加工難度很大。本文通過對(duì)某公司制造的一種滑閥副加工難點(diǎn)的分析和探討，經(jīng)實(shí)踐中不斷摸索和改進(jìn)，總結(jié)出了一套行之有效的加工方法。經(jīng)二年來(lái)的生產(chǎn)驗(yàn)證，采用該工藝方法加工的產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，滿足了用戶的使用要求。

1 工藝難點(diǎn)分析

圖1 滑閥副示意圖

滑閥副由閥體和滑閥組成（圖1）。閥體材料為35鋼鍛件，主孔孔徑φ40mm，內(nèi)有4條環(huán)形槽，加工完成后須進(jìn)行壓力為30MPa泵壓試驗(yàn)，5min內(nèi)不得有任何滲漏、裂縫和永久變形。滑閥材料為 40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理，滑閥副的配合間隙在 15μm~20μm之間，壓力為15MPa時(shí)，內(nèi)泄漏量不大于120ml/min。

1.1 滑閥

1.2 閥體

閥體總長(zhǎng)尺寸為268mm，主孔尺寸為φ40mm，孔內(nèi)有 4條環(huán)形油道槽，主孔的圓柱度≤7 μm，表面粗糙度Ra0.2μm，要求非常高，閥體上交叉孔較多，加工時(shí)應(yīng)保證其相對(duì)位置尺寸。為了保證滑閥副的配合間隙，主孔的尺寸公差和形位公差必須嚴(yán)格控制，根據(jù)間隙 15μm~ 20μm要求，閥體與滑閥的公差帶之和應(yīng)嚴(yán)格控制在5μm之內(nèi)。加工完成后閥體內(nèi)的交叉口孔應(yīng)嚴(yán)格去除毛刺并清洗干凈。

2 工藝方案設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

綜合上述加工難點(diǎn)分析，依據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一、逐步去除余量的原則，設(shè)計(jì)工藝流程見表1、表2。

表1 滑閥加工工藝流程

表2 閥體加工工藝流程

續(xù)表2

2.2 工藝方案設(shè)計(jì)說明

1）閥體主孔加工。鉆、擴(kuò)主孔預(yù)孔，留2mm余量。粗、精鏜主孔。為了保證主孔的直線度，采用支承鏜工作臺(tái)進(jìn)給方法加工[1]，這種方法由于是支承鏜，其刀尖撓度很小，加工后主孔的直線性好，尺寸公差小，一致性好。這臺(tái)鏜床由于沒有連續(xù)冷卻循環(huán)系統(tǒng)，加工時(shí)容易造成零件過熱引起變形，為此我們自制了一套冷卻循環(huán)系統(tǒng)用于加工時(shí)的零件冷卻。鏜加工參數(shù)為 n=125r/min，f=0.37mm/r，刀具材料為硬質(zhì)合金 M20，留0.05mm~0.10mm精鉸余量。然后用尺寸范圍為40mm~45 mm的AC型硬質(zhì)合金可調(diào)節(jié)浮動(dòng)鉸刀精鉸內(nèi)孔，加工參數(shù)為 n=50r/min，f=0.13mm/r。經(jīng)檢測(cè)主孔的尺寸公差在0.008mm~0.010mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。最后粗、精割主孔內(nèi)的4條環(huán)形槽，該鏜床自帶5μm精度的光柵數(shù)顯表，足以滿足閥體內(nèi)孔的軸向尺寸加工要求。加工參數(shù)為n =64r/min，f=0.13mm/r，刀具材料為W18Cr4V。

2）閥體主孔研磨。為了提高主孔的尺寸和形位公差精度，降低內(nèi)孔表面粗糙度值，采用可調(diào)式研磨工具。研具采用錐形襯套式，研磨套材料為鑄鐵，內(nèi)孔為1∶50錐體，外圓開有螺旋槽，套體沿軸向切開以便漲縮。錐芯軸為合金工具鋼經(jīng)淬火處理，有良好的剛性。研磨套鑄鐵材料的基體是鐵素體，周圍是珠光體，且均勻分布出片狀石墨；表面無(wú)砂眼、氣孔、發(fā)亮雜質(zhì)和硬點(diǎn)，組織均勻；硬度為HB 140~170。粗研時(shí)磨料選用W10白剛玉研磨膏，精研時(shí)選用W5氧化鉻研磨膏。操作要點(diǎn)：（1）研磨前先用修整器按零件內(nèi)孔尺寸修整研磨套工作表面，必須全部修出，修整質(zhì)量是決定研磨質(zhì)量的主要因素；（2）研磨過程中，研具作旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且經(jīng)常調(diào)頭研磨，消除錐度；（3）保持零件與研具清潔，每工作一個(gè)循環(huán)后，零件必須用汽油清洗干凈，再添加新研磨膏，防止劃傷零件表面；（4）選用適合的研磨壓力，壓力過大容易形成干摩擦，劃傷內(nèi)孔和抱死，壓力過小則造成內(nèi)孔不圓，影響形位公差，所以應(yīng)選擇適當(dāng)。一般粗研壓力大些，精研壓力小些。

3）滑閥的加工。粗車外形再調(diào)質(zhì)處理。一夾一頂裝夾，精車外圓各檔尺寸留磨量。為了保證滑閥兩端各檔內(nèi)孔在一直線上，所有加工都以外圓定位，一端用三爪卡盤（軟爪）夾緊，另一端用中心架定位支承，分別校正兩端跳動(dòng)量和總長(zhǎng)的直線度，均應(yīng)≤0.02mm，分別車兩端內(nèi)孔，各檔尺寸留磨量。表面淬火后，在數(shù)控內(nèi)圓磨床上夾外圓校正內(nèi)孔，分別精磨兩端各檔內(nèi)孔，加工參數(shù)為磨頭轉(zhuǎn)速n=18000r/min，工件轉(zhuǎn)速n=100r/min，橫向進(jìn)給速度V=0.15mm/min，縱向進(jìn)給f=2μm/次，砂輪為A60LV。采用上述方法校正跳動(dòng)量和總長(zhǎng)直線度均≤0.01mm，分別車兩端悶頭的中心孔，保證在外圓同一基準(zhǔn)條件下加工中心孔，再以中心孔定位，根據(jù)閥體主孔尺寸，用數(shù)控外圓磨床徑向配磨滑閥外圓，保證間隙15μm ~20μm。加工參數(shù)為：磨削方式為橫向走刀方式，砂輪線速度V=30m/s，工件線速度V=10m/min，粗磨橫向進(jìn)給V=150mm/min，縱向進(jìn)給f=0.01mm/次，精磨橫向進(jìn)給V=80mm/min，縱向進(jìn)給f=2μm/次，用B-TS-1070B主動(dòng)測(cè)量?jī)x檢測(cè)，砂輪為PA80KV。磨削時(shí)，仔細(xì)校正機(jī)床導(dǎo)軌的直線度，500mm全長(zhǎng)范圍直線度≤0.005mm，砂輪靜平衡后上機(jī)床修整，修整后再拆下平衡一次砂輪。兩頂尖裝夾時(shí)不易過緊或過松，夾緊力應(yīng)適當(dāng)。工件的中心孔應(yīng)仔細(xì)研磨，不達(dá)要求不能上機(jī)床磨削。保證冷卻液的清潔，及時(shí)更換冷卻液和過濾紙。

4）零件的去毛刺和清洗。零件內(nèi)部的固體污染物不僅易堵塞滑閥副的孔口和間隙，造成滑閥副的卡死故障，而且當(dāng)顆粒尺寸接近間隙大小時(shí)，它會(huì)破壞油膜，引起零件表面磨損和劃傷，磨損又會(huì)產(chǎn)生更多的污染，加速零件的老化，使其性能下降失去正常工作能力。液壓系統(tǒng)中85%以上的故障是由于污染造成的，所以控制零件的清潔度極為重要，確保零件的高清潔度意味著獲得系統(tǒng)工作的高可靠性[2]。污染物主要來(lái)源于加工過程中殘留的細(xì)小鐵屑、邊角毛刺的脫落、雜質(zhì)和殘余研磨膏等。因此，零件的去毛刺和清洗是液壓元件制造中的重要環(huán)節(jié)。去毛刺主要使用風(fēng)動(dòng)工具和專用手工去毛刺工具進(jìn)行，重點(diǎn)清除外表各端面和內(nèi)部交叉孔處的毛刺、飛邊，去除后用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，確認(rèn)去除干凈后再轉(zhuǎn)入下道工序。清洗采用將零件放入加熱煤油中浸泡，再用汽油手工清洗，最后用SGR28-04四工位超聲波清洗機(jī)清洗。該清洗機(jī)有2個(gè)超聲波清洗槽，1個(gè)超聲波漂洗槽，1個(gè)熱風(fēng)烘干槽。加工參數(shù)為水劑清洗液加熱至55℃，超聲波功率12組×600W，超聲頻率為28kHz[3]。清洗過程應(yīng)注意：（1）保持清洗車間整潔、干凈，嚴(yán)禁吸煙；（2）在專用清洗臺(tái)上進(jìn)行；（3）清洗后的零件不準(zhǔn)用棉、麻、絲和化纖織品擦拭，防止纖維脫落，可用清潔干燥的壓縮空氣吹干零件；（4）清洗后的零件不準(zhǔn)隨意放在裝配工作臺(tái)上，而應(yīng)放入帶蓋子的容器內(nèi)；（5）暫不裝配的零件應(yīng)放入防銹油中保存。

3 初始工藝試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)閥體和滑閥的圓柱度值均為10μm左右，配合間隙在公差帶上限，滑閥副裝入液壓系統(tǒng)，在供油壓力為15MPa時(shí)，內(nèi)泄漏量指標(biāo)在40 ml/min~80ml/min，其中一套已達(dá)110ml/min，試驗(yàn)結(jié)果不理想。

4 工藝改進(jìn)

針對(duì)上述問題，我們仔細(xì)分析了各加工環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)影響滑閥副加工質(zhì)量的主要因素有磨床的砂輪主軸及工件主軸的旋轉(zhuǎn)精度，工作臺(tái)的校正精度，工藝系統(tǒng)的剛度，工件定位、裝夾、中心孔的精度，砂輪的選擇，尺寸的穩(wěn)定性，閥體內(nèi)孔的加工方式等。重新對(duì)數(shù)控外圓磨床進(jìn)行了檢測(cè)，砂輪主軸和工件主軸的旋轉(zhuǎn)精度符合要求，工藝系統(tǒng)的剛度足夠，工件采用兩頂尖定位，裝夾方式符合要求。所以我們決定在閥體主孔研磨前增加珩磨工序來(lái)提高閥體主孔的形位公差精度，在滑閥配磨前增加穩(wěn)定處理工序，來(lái)保證滑閥的尺寸穩(wěn)定性，提高頂尖質(zhì)量和機(jī)床校正精度，重新選擇配磨砂輪。

1）閥體內(nèi)孔的珩磨加工。珩磨加工是用可漲縮的珩磨油石壓向工件表面，以產(chǎn)生一定的接觸面積和相應(yīng)的壓力。在珩磨液的排屑和冷卻下，珩磨油石對(duì)被加工表面作旋轉(zhuǎn)和往復(fù)進(jìn)給的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到改善工件表面質(zhì)量，提高工件的尺寸和形位公差精度的目的，它是一種多刃切削的精密加工方法[4]。我們珩磨閥體內(nèi)孔時(shí)，裝夾采用立式方式。即工件垂直固定，珩磨工具浮動(dòng)連接在Z3050搖臂鉆床主軸上，用手輪手動(dòng)進(jìn)給。為了珩磨加工時(shí)幫助工件排屑和冷卻，我們自制了冷卻循環(huán)系統(tǒng)。珩磨頭上對(duì)稱裝有4根CBN油石，粒度為240#，油石長(zhǎng)度為190mm，珩磨頭轉(zhuǎn)速為100r/min，網(wǎng)紋交叉角θ=20o~30o，往復(fù)速度為2.6m/min，油石的工作壓力約0.5MPa，越程量為50mm。珩磨時(shí)應(yīng)注意：（1）閥體裝夾時(shí)，應(yīng)校正閥體內(nèi)孔垂直度，夾緊力應(yīng)適中，避免夾緊變形；（2）珩磨前，珩磨頭應(yīng)仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)閥體內(nèi)孔，不得偏斜過多；（3）切削時(shí)，對(duì)閥體內(nèi)孔用專用珩磨液充分冷卻；（4）油石表面應(yīng)鋒利，切削困難時(shí)要及時(shí)修整；（5）為保證閥體內(nèi)孔的直線度，要仔細(xì)調(diào)整越程量，并經(jīng)常將閥體調(diào)頭珩磨；（6）珩磨完成后要及時(shí)清洗。經(jīng)珩磨后檢測(cè)閥體內(nèi)孔尺寸公差為5μm~8μm，表面粗糙度Ra 0.4μm，為研磨打下了良好的基礎(chǔ)。

2）滑閥的穩(wěn)定化處理。由于滑閥是套筒類零件，在裝夾和切削過程中容易產(chǎn)生變形。為此，除減少精加工余量，調(diào)整合適的夾緊力，減小切削力外，還應(yīng)在合適的工序位置增加穩(wěn)定化處理，將機(jī)械加工中產(chǎn)生的應(yīng)力釋放出來(lái)，使滑閥制成后不再繼續(xù)變形。我們把穩(wěn)定化處理工序安排在配磨外圓工序前，加工參數(shù)為-70℃~-80℃冷處理2h，160℃低溫時(shí)效處理8h[5]。

3）滑閥磨削加工的改進(jìn)。在精密磨削過程中，頂尖的質(zhì)量、機(jī)床的校正、砂輪的選擇直接影響工件表面質(zhì)量。我們對(duì)上述問題進(jìn)行了改進(jìn)，請(qǐng)專業(yè)制造廠重新加工了高精度頂尖，采用頂尖的圓度≤2μm；對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌除500mm全長(zhǎng)校正，直線度≤5μm外，還在粗磨滑閥后，再進(jìn)行滑閥直線度校準(zhǔn)，要求≤2μm；重新選擇了精磨砂輪，牌號(hào)為PA150KV。此外，還加強(qiáng)了悶頭中心孔研磨質(zhì)量的檢查，要求中心孔圓度修研到＜2μm，粗糙度為Ra 0.2μm。經(jīng)上述改進(jìn)后，滑閥的加工質(zhì)量達(dá)到了圖紙要求。

5 改進(jìn)后的試驗(yàn)結(jié)果

通過上述改進(jìn)，經(jīng)檢測(cè)閥體內(nèi)孔和滑閥外圓的圓柱度值均在5μm~7μm之間，閥體和滑閥的尺寸公差均＜2μm，閥體內(nèi)孔和滑閥外圓的表面粗糙度分別為Ra 0.2μm和Ra 0.1μm，配合間隙大都集中在中限范圍。 將滑閥副裝入液壓系統(tǒng)試驗(yàn)，在供油壓力為15MPa時(shí)，內(nèi)泄漏量指標(biāo)均在20ml/min~40ml/min之間，一致性很好，滿足了技術(shù)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)滑閥副制造過程的分析和改進(jìn)，總結(jié)出了一套合理有效的加工方法。經(jīng)兩年來(lái)數(shù)十套產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了用戶使用要求。今后還應(yīng)對(duì)立式珩磨工藝?yán)^續(xù)改進(jìn)，使之能完全取代手工研磨，進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。

[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué). 機(jī)械制造工藝學(xué)[M]. 上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版社, 1980.

[2]趙靜波. 液壓系統(tǒng)油液污染控制[J]. 液壓氣動(dòng)與密封, 2007.

[3]張家港超聲波電氣有限公司. 超聲波清洗機(jī)使用說明書[Z].2006.

[4]李伯民. 現(xiàn)代磨削技術(shù) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.

[5]任光融. 電液伺服閥制造工藝 [M]. 北京: 宇航出版社, 1988.

Manufacture of Precision Hydraulic Slide Valve Pair

LU Chao-ying
(Shanghai Hydronew Electro-Hydraulic Engineering Co., Ltd., Shanghai 200031, China)

The difficulty of slide valve manufacture is analyzed. Through the design of the process flow, the exploration and improvement of the process method, a set of reasonable processing methods is summarized. The quality problem in production process of slide valve is solved.

slide valve pair; valve body; slide valve manufactur

TH162;TH137

A

魯超英（1958-），男，工程師。研究方向：精密機(jī)械加工和液壓元件制造。