滑閥偶件精密配套技術研究

摘 要：滑閥產品生產，在單個零件制造完成后，偶件精密孔、軸間隙配套的成功與否是產品能否順利出廠交付的關鍵，由于航空精密液壓控制系統滑閥偶件的配合精度要求較高，一般要求配合間隙公差均在0.0025以下，有的甚至僅為0.001，在目前的技術狀況下，這樣的配套精度難于實現互換性配套。在生產工藝過程中，通常先將閥套零件加工合格，并將孔尺寸差標定在配合間隙公差的一半范圍內，采用以孔尺寸作為基礎配做閥芯外徑尺寸實現配套，由于配做閥芯外徑尺寸主要采用精密配磨工藝直接磨削保證要求，配磨尺寸的精度和尺寸穩(wěn)定性是配套成功的關鍵所在。長期以來，由于配磨尺寸不穩(wěn)定，配套合格率較低不能有效實現配套，所以庫存未配套成功的零件越來越多，造成大量半成品積壓庫存。不但造成大量反復加工、半成品積壓、生產資金占用，而且嚴重影響準時交付率。

關鍵詞：閥套零件；閥芯外徑；精密液壓滑閥偶件；圓磨床；磨削；研磨

1. 技術方案的調研與論證

精密液壓滑閥偶件是航空燃油和控制系統的關鍵零件，在系統工作中作為運動部件，要求運動靈活具有較高的可靠性，除單個零件要保證較高的精度外，保證配套精度是最為關鍵的環(huán)節(jié)。經調研咨詢，常用配套的工藝主要有以下幾種方式。

1. 1 互換性配套

即將孔、軸分別控制在某一尺寸范圍內，配套時不用核對零件編號和尺寸，任意將孔軸零件組合就能實現配套保證配套間隙。一般應用在大批量生產，專用加工設備精度較高、檢測自動化的民用行業(yè)，如汽車、工程機械等行業(yè)，

1.2選配配套

無法實現互換性配套精密偶件，將孔、軸尺寸分別控制在某一尺寸范圍內，配套時根據測量數據進行一對一的配套方法，配套成功后偶件間的所屬零件不得相互串混，必須保持原有配套關系不變。一般應用在大批量生產，如汽車、燃機中的噴油器偶件等。

1.3配磨配套

采用以孔尺寸作為基礎，根據孔尺寸計算出需要配套芯的外徑尺寸，采用精密配磨工藝配磨閥芯外徑實現配套，這種工藝方法，配套間隙公差為0.004左右時配套合格率較高，間隙公差小于0.003后合格率較低，其主要原因是受機床摩擦力、爬行現象影響機床實際進給值與輸入指令會存在或多或少的差異（如S21的X向重復定位誤差約為0.0004）及加工、測量環(huán)境等諸多因素的影響造成加工出的零件不是需要的尺寸。

1.4配研配套

與配磨配套工藝相似，采用以孔尺寸作為基礎，閥芯外徑預留一定的加工余量，再根據配套尺寸采用研磨磨工藝研磨閥芯外徑實現配套，這種工藝方法，可以實現較高的配套精度，常應用于單件或中小批量生產時的精密或超精密配套或產品明確要求閥芯表面必須為壓應力狀態(tài)的配套，缺點是效率低、勞動強度大，而且對加工者的技能要求相對較高。

結合目前我廠滑閥產品配套精度較高，屬于中小批量生產的特點，根據實踐經驗，認為使用以上某種單一配套工藝方法都不太適合，最后決定采用精密磨削加配研兩種方法組合的配套工藝方法，即在精密磨床S21上磨削時使用在線測量系統MOVMATIC ES124監(jiān)測磨削尺寸，如能達到配套要求就直接保證配套尺寸，如不達能到配套要求時允許在配套尺寸基礎上加大適當余量，最后采用精密配研方法保證配套要求。

2. 研究工作

2.1 測量系統起用與調試

用于閥芯零件精密配套磨削的S21數控外圓磨床僅配置有軸向在線測量功能，無徑向在線測量功能，而閥芯精密配磨必須要將軸向測量功能改為徑向在線測量功能，通過控制系統MOVMATIC ES124控制測具CR100實現對閥芯配套外徑的準確測量。為此，我們反復與設備供應商協調咨詢其可行性和改造方案，進行了測量系統通道轉換改裝、輸入動作調試及輸入控制指令與機床運動響應匹配等技術服務并對操作者及相關人員進行了技術培訓，完成了測量系統起用與調試工作。

2.2 零件精密磨削

選取滑閥配套工藝中具有代表性的零件（圖1）的配套試驗情況進行介紹，組件配套間隙為0.0102～0.0127，其中閥套零件設計圖孔尺寸為φ14.275+0.025，閥套內孔標定配套尺寸差為0.0012；閥芯零件，配套尺寸要求按極限尺寸原則計算，即應滿足外徑尺寸差為0.0012max。下面以該閥芯的配套過程為例對滑閥配套過程中精密磨削加工工藝及配套步驟進行說明。

圖1

2.2.1 研磨中心定位孔

精密配磨零件工藝中，中心定位孔的上的缺陷會直接反映到磨削零件外徑的形狀公差（如圓度）中，所以，中心孔的質量好壞是能否加工出高質量合格零件的關鍵。通常在車工就要嚴格保證其內60°錐面不得有橢圓產生而且達到Ra0.8以上的光潔度，磨削加工前應安排研中心孔工序專門在儀表車床上用灰口鑄鐵錐體研磨器精研中心孔，保證60°內錐面全部研圓且達到Ra0.4以上的光潔度。

2.2.2 磨削砂輪選用

由于閥芯零件材料主要含鉻、鉬元素的440C高硬不銹鋼，經大量試驗，單晶剛玉材質的陶瓷結合劑砂輪較適合加工此類材料，加工中切削性能好，不易產生磨削燒傷裂紋。建議使用與Norton合資生產的圣戈班（Saint-Gogain）品牌或進口的Winterthure及Tyrolit品牌砂輪。砂輪粒度方面，半精加工時，建議選用100～120#粒度，加工效率高；精密磨削加工時，需選用180#粒度砂輪，能在去除小余量的同時得到較高的尺寸精度及表面質量。

2.2.3 粗磨外圓去余量

粗磨外圓主要是為精密磨削加工時去除較大的加工余量，消除零件磨削表面跳動、橢圓等對精磨的影響，一般粗磨后留精加工余量0.05左右。

2.2.4 精磨外圓

精密磨削外徑工藝分為半精磨削和精密磨削兩個階段。

2.2.4.1 半精磨削加工

半精磨削加工中采用勻速橫向（X向）進給和縱向（Z向）沖程進給方式磨削，為了達到較好的切削能力，保證加工的表面質量和精度，此時修整砂輪應采用快速修整方式，縱向走刀為200mm/min，推薦采用加工參數為：砂輪線速度： 35m/s。

經過以上磨削參數加工，留精密加工余量為0.01，此時，零件尺寸精度可達到0.005、表面粗糙度可達到Ra0.2、圓度可達到0.003左右，為下一步精密磨削作好了準備。

2.2.4.2 精密磨削加工

精密磨削加工是在半精磨削加工基礎上進一步提高零件精度和表面質量，達到配套要求的各項精度指標。砂輪修整應采用慢速修整方式，具體縱向走刀速度為100mm/min。磨削進給時應采用逐漸遞減或分段逐漸遞減的方式進給，加工時推薦采用加工參數為：砂輪線速度： 35m/s。

經過以上磨削參數加工，零件尺寸精度可達到0.0012、表面粗糙度可達到Ra0.05、圓度可達到0.0008左右，一般配套間隙公差在0.003左右的組件可以實現配套。

2.3 精密磨削配套效果

2.3.1 配套單要求

以閥套孔尺寸作為基準，按配套間隙0.0102～0.0127要求，計算得出滿足配套要求的閥芯尺寸，計算公式為：閥芯max=孔max-軸min；閥芯min=孔min-軸max

2.3.2 零件檢測結果

經對配套磨削的21件閥芯進行檢測，尺寸標定，根據檢測結果，零件的圓度、直線度、粗糙度指標都達到了要求，單個零件外徑極限尺寸差大部份控制在0.0015max范圍內。

配套情況

2.3.3 原因分析及措施

從零件加工質量本身可以看出，零件的形狀精度（包括圓度、直線度、錐度）及表面質量均合格，要求配套直徑尺寸的尺寸差異滿足0.0012max，只是大小范圍沒有剛好與要求的尺寸相吻合而配不上套。

a. 所加工零件的形狀精度（包括圓度、直線度、錐度）及表面質量均合格，圓度可以保證在0.0008內，綜合考慮到錐度等因素影響，尺寸差異可以保證在0.0012內，是滿足配套要求的。可以說明配磨加工中的調整、加工操作方法及加工參數的選用是較為合理的。

b. 實際配磨尺寸大小不能剛好相吻合，尺寸不穩(wěn)定而配不上套，主要是配套要求尺寸精度高，零件的形狀公差基本擠占完了配套尺寸公差的空間，使尺寸加工公差幾乎為零。STUER S21作為頂級精密磨床，圓度可以保證0.0004，由控制執(zhí)行系統控制的砂輪X向進給重復定位誤差約為0.0004，磨削零件時反應在直徑方向尺寸有0.0008的尺寸不確定變動范圍，而機床可控制的尺寸范圍必須大于形狀精度和尺寸精度的和，也就是說如果閥芯配套尺寸差范圍超過0.002時尺寸就可控，配磨加工的配套合格率就會很高。

c. 由于系統定位精度不能滿足需要，在加工中雖然將基準尺寸值作為參考正確地輸入了加工余量（電訊號脈沖值），但磨頭可能在直徑方向0.0008范圍內不確定變動到任一隨機位置停下，不一定真實進給到指定位置，配套率的高低主要由落到配套尺寸范圍內的隨機機率而定。

鑒于上述原因，綜合論證分析認為，在小批量組織生產而滑閥配套間隙公差小于0.003時，閥芯外圓配套尺寸的加工不適宜直接采用外圓磨削作為最終配套工藝方法。可以考慮在配磨的基礎上，將不能配套成功的零件采用研磨配套等其它方法進行配套。

2.4 外圓研配配套

對于配磨后不能成功配套的零件，我們采用研修配套的方法進行補充加工配套，根據試驗的結果，直接配磨不能配套的零件應嚴格控制研修余量。根據S21磨削加工的可控尺寸精度為0.002～0.003的特點，將需要研配零件的尺寸在精密配磨時控制在加大0.003max左右為宜。

研磨操作方法及步驟：

a.研磨膏選用：金剛石微粉W5研磨膏，光度可達Ra0.04

b.研磨套的選擇：研磨套長一般長短搭配選擇，長的為2倍直徑長左右，短的一般為直徑的80～130%。

c.研磨套的修整：修研研磨套的質量是加工合格零件的關鍵，一般使用已正常使用過的長內孔研磨套進行，最好用研磨該配套閥套正在使用的內孔研磨套修研。

d.研磨零件：研磨零件時，零件轉速控制在200～300rpm，使用機油稀釋研磨膏。

通過配研后的尺寸再次配套合格9套。

3. 效果評估及執(zhí)行方案

閥芯H10366603按上述方案采用精密配磨加精密研磨工藝方法配套，共進行配套21件組件，實際配套成功17件（80.9%），其中直接磨削配成8件，配套成功38.09%；未配上的13件采用研配方法配套成功9件，占總配套數的42.8%（為13件中的69.2%）。

采用此配套方法對另一相似組件進行配套，組件配套間隙與上述相似，為0.0140～0.0165（配套間隙公差為0.0025）。

閥芯按上述方案采用精密配磨加精密研磨工藝方法配套，共進行配套24件組件，實際配套成功20件（83.3%），其中直接磨削配成9件，配套成功37.5%；未配上的15件采用研配方法配套成功11件，占總配套數的45.8%（為15件中的73.3%）。

4. 結論

通過對滑閥配套精密磨削配套及研修配套的大量工藝試驗，獲取了大量的精密配磨工藝參數，如砂輪的磨料、結合劑、粒度對磨削的影響；磨削中余量的控制、磨削參數（進刀量、沖程速度）對磨削質量的影響以及在線測量系統系統Movomatic ES124的應用等；在配研過程中結合外圓磨床控制精度對配磨不能直接配套而需使用研磨補充加工

配套的零件的留研余量進行了優(yōu)化，要求可預留0.003max余量進行最后研配，解決了由于研磨余量大，研磨可能產生塌邊缺陷，加工勞動強度大效率低的問題。外圓精密配磨加外圓精密修研的偶件配套方法大量經過試驗和批生產的考驗，證明是可行、可靠的中小批量生產精密偶件配套方法，達到了減少重復磨削工作，提高配套率，降低了配磨配套不成功零件積壓庫存量的目標。現已將該工藝方法納入GE公司產品的工藝規(guī)程中，在外貿滑閥生產中推廣使用，隨著此配套工藝方法的推廣使用，外貿將會普遍采用這種配套方法，長期困擾滑閥配套率低，庫存大量積壓待配套零件的難題將會得到明顯改善。

作者簡介：廖翔，1978年出生，女，漢族，湖南漣源，機械工程師，貴州紅林機械有限公司 本科，精密液壓滑閥類零件的加工工藝。