油缸導向帶開口間隙加工工藝

□ 武增榮 □ 岳佳宏 □ 姚強強 □ 連鑫源 □ 李志偉

山西航天清華裝備有限責任公司 山西長治 046012

1 研究背景

導向帶用于防止油缸活塞與缸筒或活塞桿與導向套內壁之間在運動過程中的接觸磨損[1],同時還具有吸收作用于油缸的側向力,確保液壓缸運動精度的功能。傳統(tǒng)上,油缸的支承和導向都是采用金屬導向套來實現(xiàn)的,因此需要大量有色金屬和機械加工。隨著科學技術的發(fā)展,逐步實現(xiàn)采用由非金屬材料制作的支承導向帶作為油缸的支承和導向元件,避免金屬之間的直接摩擦,節(jié)約大量昂貴的有色金屬,這樣既具有超強的耐磨性和補償能力,又具有一定的吸收振動功能。筆者以1010尼龍棒材料導向帶為例,對油缸導向帶開口間隙的加工工藝進行研究。

2 1010尼龍棒材料特性

1010尼龍棒材料作為代替銅和其它金屬的高分子材料,已廣泛應用于化工、機械、科研等多種行業(yè),具有質量輕、耐腐蝕、價格低等特點,是一種很有前途的新材料,深受用戶歡迎。

1010尼龍棒材料主要有五方面特性。

(1) 具有突出的耐磨性,摩擦因數(shù)在一般情況下為0.1～0.3,約為酚醛塑料的1/4、巴氏合金的1/3,是一種自然滑性材料。

(2) 具有良好的機械性能,表面硬度高,并具有較高的抗張性、抗彎曲強度、沖擊強度、延展性,抗壓強度與金屬不相上下,疲勞強度與鑄鐵和鋁合金等金屬材料處于同等水平。

(3) 具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性,接觸弱堿、醇、酯、銅、碳氫化合物油脂等化學物均不受影響。

(4) 具有耐寒性,在-60 ℃溫度下能夠保持一定的機械強度。

(5) 密度低,在1.05～1.15 g/cm3之間,代替紫銅管能直觀觀察液體的流動情況,并能根據用戶需要自由彎曲。

3 導向帶結構

導向帶結構如圖1所示,內圓直徑為194+0.1150mm,在圓周方向有5 mm寬、45°的開口間隙。

4 導向帶加工難點

4.1 剛性差

導向帶為1010尼龍棒材料,加工時首先車導向帶內外圓尺寸,然后采用3.5 mm銑刀銑5 mm寬、45°的開口間隙。3.5 mm銑刀如圖2所示。導向帶密度低、剛性差,壁最薄處僅為4.5 mm。加工時,導向帶受切削力,高速旋轉時還會受到離心力等作用,極易產生變形。特別是當導向帶接近尺寸要求時,導向帶壁變薄,在徑向切削力增大的情況下,容易產生彎曲和變形,壁厚尺寸精度難以保證[2-3]。

4.2 吸水性

導向帶采用1010尼龍棒材料,常溫放置時,隨著時間的推移,直徑方向尺寸將膨脹1%～2%,之后達到穩(wěn)定狀態(tài)。導向帶裝配在活塞與缸筒或活塞桿與導向套內壁之間,在運動過程中容易受環(huán)境溫濕度影響,所以導向帶開口間隙會受導向帶自身材料膨脹的影響,開口間隙的技術要求難以保證[4]。

圖2 3.5 mm銑刀

4.3 尺寸檢測

受導向帶剛性差的影響,在尺寸檢測時,壁薄易變形,并且處于開口狀態(tài),給尺寸檢測帶來極大難度,無法準確測量內外徑、溝槽及開口尺寸。

5 加工工藝

5.1 裝夾方案

在切削過程中,選擇合理的裝夾方案,改進導向帶的裝卡方法,采用芯模和套模,如圖3、圖4所示,由此提高導向帶的剛性,將切削過程的彎曲變形降到最小。輔具的正確使用,對保證切削加工的順利進行和提高導向帶的加工質量起重要作用[5-9]。

圖3 芯模

圖4 套模

5.2 吸濕膨脹率

若導向帶所用1010尼龍棒材料從坯料加工到導向帶成品時間較短,則導向帶的尺寸在加工后有可能會因膨脹而發(fā)生變化,根據計算,導向帶周長方向可增大6～12 mm。筆者采取廠內人工加速增濕的方式摸索1010尼龍棒材料的導向帶吸水飽和時間及膨脹量[10],試驗溫度為70 ℃,將導向帶完全浸入水中,試驗相關數(shù)據變化曲線如圖5所示。

由圖5可知,導向帶采用1010尼龍棒材料,在溫度為70 ℃的環(huán)境下完全浸水,吸水飽和時間約為60 h,導向帶周長平均增大15.2 mm,質量平均增大5.9 g,寬度平均增大1.3 mm,厚度變化不大。

圖5 導向帶試驗數(shù)據變化曲線

導向帶在溫度為70 ℃的環(huán)境下完全浸水,通過人工增濕飽和,然后自然放置于無水的干燥環(huán)境中,再次對導向帶進行檢測,檢測數(shù)據見表1。

表1 導向帶檢測數(shù)據

通過查閱相關資料,對試驗數(shù)據進行分析,1010尼龍棒材料導向帶的含濕量與外界大氣的濕度相平衡,尺寸穩(wěn)定性在使用過程中會隨著環(huán)境溫度和濕度的變化而明顯變化。在自然環(huán)境放置初期,尼龍分子含有酰胺基,容易與水分子形成氫鍵而吸濕,吸水后膨脹。當1010尼龍棒材料處于干燥環(huán)境時,會褪濕而回縮。

為防止導向帶膨脹至無切口間隙后繼續(xù)膨脹,導向帶凸起與外缸筒部件產生摩擦,發(fā)出聲響。依據試驗結果計算得到導向帶吸濕膨脹率為2.5%,由此得到開口間隙尺寸應加工為10.2 mm。

5.3 檢測過程措施

設計導向帶尺寸檢測工裝,如圖6所示。在導向帶加工完成后,將導向帶套在工裝上,能夠簡便準確地對導向帶進行檢測。

圖6 導向帶尺寸檢測工裝

6 結束語

油缸導向帶開口間隙加工時,導向帶自身和加工系統(tǒng)剛性較差,切削力、吸濕膨脹對導向帶的機械加工精度影響較大。對此,筆者在加工過程中采取合適的芯模和套模,摸索計算準確的吸濕膨脹率,將導向帶開口間隙尺寸由5 mm增大至10.2 mm,消除導向帶彎曲變形和吸濕膨脹的影響,成功加工出符合圖紙要求的導向帶開口間隙。導向帶經裝配試驗考核,滿足設計技術指標要求。

通過對油缸導向帶開口間隙加工工藝的研究,探索總結出導向帶開口間隙成熟的加工工藝方案,為導向帶開口間隙的加工提供了較好的技術支持,同時對1010尼龍棒材料零件加工水平的提高也具有積極的推動作用。