基于液壓缸內孔加工用刮削滾光技術

江 華

(徐州徐工液壓件有限公司，江蘇徐州221004)

對工程機械液壓傳動系統而言，液壓缸是將液壓能轉變成機械能，產生往復直線運動，以實現預定的功能[1］。對于采用熱軋無縫鋼管材料的液壓缸早期的內孔加工方法主要有鏜削滾壓和鏜削珩磨[2］，此外，由于冷拔鋼管材料在液壓缸上的逐步應用，其內孔加工也常采用珩磨，但加工效率都較低。隨著工程機械液壓缸不斷規?；l展，傳統的內孔加工方法已不能適應其批量制造的需求，于是產生了一種效率與質量兼顧的加工技術——刮削滾光。它通過一次裝夾即可完成鏜孔、刮削和滾光三道加工過程，是一種極具潛力的加工技術[3］。刮削滾光技術在提高液壓缸內孔加工精度及質量的同時，可縮短制造周期，大幅提升效率。

1 鏜削與滾壓

1.1 鏜削

鏜削是一種用刀具擴大孔或其它圓形輪廓的內徑切削工藝，通過旋轉的鏜刀把工件上的預制孔擴大到一定尺寸，使之達到規定要求的精度。

如圖1所示，鏜削時，工件安裝在工作臺或機床夾具上，鏜刀裝夾在鏜桿上(也可與鏜桿制成整體)，由主軸驅動旋轉。當采用鏜模時，鏜桿與主軸浮動聯接，加工精度取決于鏜模的精度；不采用鏜模時，鏜桿與主軸剛性聯接，加工精度取決于機床的精度。鏜削分粗鏜、半精鏜和精鏜，加工精度一般可達IT9～7，表面粗糙度可達Ra2.5～0.2 μm。

1.2 滾壓

滾壓是將表面硬度高且光滑的滾柱在金屬表面形成滾壓接觸，并作無滑動的滾動，使金屬表面層產生一定量的塑性變形，修正金屬表面微觀幾何形狀誤差，將凸起部分碾壓至凹陷狀態從而減小金屬表面粗糙度值而進行的一種精加工[4］。如圖2所示，A區為滾壓轉入區，即滾柱和已切削面開始接觸，并緩慢進行滾壓加壓；B區為滾壓金屬塑性變形區，即滾壓接觸壓力超過金屬材料的屈服極限，使其發生局部塑性變形；C區為滾壓平滑漸離區，由于金屬材料的微量性復原特性，滾柱平滑的從金屬加工面離開滾壓。加工中在金屬工件表面上形成3個變形區域:滾壓前工件終加工表面的微觀幾何形狀誤差在滾壓時的變形量△h、滾壓時工件表面材料的塑性變形量△r、滾壓后工件表面材料的彈性變形恢復量△δ。

與切削不同，滾壓是一種塑性加工，不僅具有加工精度高、時間短、無切屑等優點，而且金屬表面經過滾光后，其表層得到強化，使用和抗疲勞性能、耐磨和耐腐蝕性都有明顯提高[5］。

2 刮削滾光

2.1 加工原理

刮削滾光是鏜削和滾壓兩種工藝的組合，先通過粗鏜刀快速去除工件表面的加工余量，然后通過刮削刀將工件表面刮平整，緊接著進行滾壓，最終加工達到滿足使用要求[3］。粗鏜主要是迅速去除較大的加工余量，并使內孔初步成形，為后續刮削做準備，滾光主要是光整，減小表面粗糙度值，進一步提高精度。

如圖3所示，刮削滾光機床主要由主軸、鏜桿、刮削滾光刀頭以及對工件起支撐與固定作用的托架、錐盤組成，其中，起頂緊作用的錐盤位于工件兩端，主軸帶動刀頭旋轉進行加工。

2.2 加工特點

刮削滾光是世界上目前最快的內孔加工方法，從毛坯內孔到成品內孔只需一次加工就可完成，加工速度非?？欤瑥V泛用于鋼管內孔加工，特別適用于各類液壓缸制造行業。其具有如下顯著特點:

(1)加工精度非常高，可以達到鏡面效果，表面光潔度非常好，粗糙度可達Ra0.3～0.03 μm。

(2)經刮削滾光加工后金屬表層留有殘余壓應力，有助于形成表面微小裂紋的封閉，并阻礙侵蝕作用的擴散，從而提高表面抗腐蝕能力，并能延緩疲勞裂紋的產生與擴大，提高疲勞強度；此外，表面形成的冷作硬化層，提高了耐磨性，從而延長液壓缸的使用壽命。

(3)效率是傳統珩磨加工的十倍以上，并可有效避免傳統珩磨加工所引起金屬表面的燒傷。

(4)沒有破壞性更強的尖銳溝峰，在液壓缸使用過程中即使經過長時間的運動摩擦，磨損也不會很大，不會損傷液壓缸內的密封，從而提高了密封的使用壽命，這點在液壓傳動上特別重要。

值得注意的是，從今年10月份開始，農業農村部副部長于康震在調研疫情時曾表示，要加速豬肉供應鏈由“調豬”向“調肉”轉變。這也被業內解讀為今后生豬流通格局和豬肉供應鏈將有重大調整。

2.3 常見形式

刮削滾光按其刀具組合形式有三組合式和雙組合式，按其刮削刀刃數量有三刀刃式和雙刀刃式。

(1)如圖4所示，三組合刮削滾光由粗鏜、精鏜、滾壓三道工序組成[6］，一次加工可以快速去除較大的加工余量，最大一般能達到6～8 mm，三組合刮削滾光對工件自身的要求不高，適合加工內孔余量較大的熱軋無縫鋼管；此外，在加工過程中，由于刮削與滾壓部位不能浮動，其可在一定程度上修正鋼管內孔的直線度。

(2)如圖5所示，雙組合刮削滾光沒有前置粗鏜，只由刮削和滾光兩道工序組成，對工件自身要求比較高，一般工件的壁厚偏差要求小于1 mm，內孔刮削余量小于3 mm，適用于冷拔鋼管和經過粗加工的熱軋無縫鋼管。由于其刮削與滾壓部位可以浮動，在旋進過程中，不局限于一個圓周刮削，前后有可能是兩個圓周刮削，這有利于隨彎就彎加工，從而消除工件自身彎曲對加工的不利影響[3］。雙組合刮削滾光是適應精密冷拔鋼管內孔加工而出現的，冷拔鋼管越精密，其應用范圍就越廣。

(3)如圖6所示，三刀刃刮削滾光在其圓周方向上有相互間隔120°的三片切削刀刃，加工時，由于三刃切削刀座受力不均勻且其合力方向不共線，因此，易導致工件內孔失圓[7］，特別是在毛坯內孔圓度較差的情況下，內孔失圓的發生幾率很大。

(4)如圖7所示，雙刀刃刮削滾光在圓周方向上有兩片相互對稱的切削刀刃，加工時，兩片切削刀刃徑向上產生的力可相互抵消，工件最終內孔直徑尺寸和表面精度由切削刀徑向尺寸保證，不會產生內孔失圓問題[7］，很好地保證了最終成形尺寸。

2.4 機床介紹

隨著刮削滾光技術在液壓缸制造業普遍應用，刮削滾光機床也得到了快速的發展。目前，國內采用的進口刮削滾光機床主要有以下四種:

(2)美國Sierra(西拉)。西拉機床的刀具是自主設計生產，整機價格非常高，在國內市場早期占有率一般，特別是自意韓日等國的刮削滾光機床進入中國市場后，很少再有企業購買西拉機床，目前基本談出國內市場。

(3)韓國新成技術。新成技術機床可根據客戶要求選擇德國ECOROLL刀具和韓國自主設計生產的刀具，配備日本法蘭克系統，整機價格相對塔基和西拉要低，市場占有率尚可，但自日本刮削滾光機床進入國內市場后其面臨著較大的競爭壓力。

(4)日本株式會社AIOH-TEC(艾歐特克)。艾歐特克產品系列豐富，有單旋轉、雙旋轉刮削滾光機床，是日本本土各大型建機企業和其配套商主要的刮削滾光機床供應商，最晚進入國內市場，但由于價格適中、故障率低、人性化等特點，深受好評，目前在國內已成為眾多液壓缸制造企業在使用其機床，其市場占有率在逐步提升。

近年來，隨著我國機床工業的高速發展以及加工性能和穩定性不斷提高，針對各類液壓缸內孔加工需求，我國自行研發出了數控刮削滾光機床，并采用組合刀具高效實現工件內孔粗鏜、刮削和滾光一次加工完成，填補了國內空白[8］。其切削余量、加工效率及精度等均可與進口刮削滾光機床相媲美，而且整機價格相對進口刮削滾光機床要低很多，給國內相關企業帶來了一定的效應。

3 結語

刮削滾光技術解決了液壓缸制造業內孔加工對機床精度和效率的雙重要求，也獲得了市場的高度認可，正被越來越多的企業采用。鑒于刮削滾光加工節拍快、質量高且過程穩定，相比傳統珩磨加工，具有一系列的優勢，故其是當前液壓缸內孔加工的首選，有著廣闊的應用空間與發展前景，同時能夠創造很好的經濟效益。