大型圓錐破碎機液壓缸襯套關鍵加工工藝研究

梁志理，張 雁，徐俠劍，趙 軍，高 偉

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471000

2智能礦山重型裝備全國重點實驗室 河南洛陽 471000

大型圓錐破碎機是一種用于物料破碎的重型破碎設備，在礦山領域應用日趨廣泛，其采用液壓技術和圓錐破碎原理，能夠高效地破碎大型石料，滿足不同行業的破碎需求。作為破碎礦石的關鍵設備，大型圓錐破碎機在建材、化工及選礦等領域發揮著重要作用[1]。液壓缸作為圓錐破碎機中的關鍵部件之一，結構復雜，在整機試壓時經常出現漏油的現象。通過對圓錐破碎機液壓缸的結構分析，對出現漏油的液壓缸部件進行檢查、分析，確定漏油問題是由于液壓缸襯套沒有滿足液壓缸使用特性的要求。為此，需要對液壓缸襯套加工的關鍵工藝過程進行研究、攻關，以提升產品質量。

1 液壓缸

液壓缸主要由缸體、柱塞、液壓缸襯套、缸底等部件組成，如圖1 所示。液壓缸在制造廠總裝完成后，要求進行壓力測試，試驗壓力為 7.5 MPa，至少保證 48 h 內無泄漏。

圖1 液壓缸結構Fig.1 Structure of hydraulic cylinder

液壓缸襯套材質為 QT700-2，壁厚較薄，最薄處為 20 mm，與缸體配合的外圓粗糙度為Ra1.6，與柱塞配合內孔的粗糙度為Ra0.4，如圖2 所示。液壓缸襯套外圓及內孔圓柱度均為 0.02 mm，加工精度要求達 6 級精度。液壓缸襯套作為液壓缸部件中的耐磨、密封件，其內、外圓均要求做磁粉探傷，保證工作面無細微裂紋，以滿足液壓缸的使用要求。

圖2 液壓缸襯套Fig.2 Hydraulic cylinder bushing

2 材料特性

QT700-2 球墨鑄鐵是一種以珠光體為主基體組織的鑄鐵[2]，按照 GB/T 1348—2009 標準，其力學性能如表1 所列。

表1 QT700-2 力學性能Tab.1 Mechanical properties of QT700-2

相比于普通鋼，球磨鑄鐵具有的良好機械性能和耐磨性，比灰鑄鐵的強度及韌性更高，且其綜合生產成本較低。球磨鑄鐵耐磨性受珠光體含量的影響較大，其珠光體含量越高，則耐磨性就越好，但其可加工性就越差[3-4]。

QT700-2 球墨鑄鐵的硬度較大，強度較高，耐磨性好，但難以加工。若采用一般的硬質合金刀具進行切削，刀具磨損速度較快，使用壽命較低；同時，匯聚在球狀石墨周圍的游離鐵素體，在加工過程中產生高溫時，會對刀具產生化學侵蝕，影響刀具壽命[5]。因此，球墨鑄鐵在精加工時要不間斷地使用切削液進行冷卻、潤滑；另外，球墨鑄鐵內部含有較多石墨成分，加工時也起到了切削潤滑的作用。

球墨鑄鐵中的鑄造缺陷主要有疏松、縮松、縮孔、夾渣、夾雜物、裂紋、砂眼以及氣孔等，這些缺陷采用一般的超聲波檢測手段難以發現[6-7]，對于鑄件表面以下 3～4 mm 之內的缺陷，即使采用表面檢測手段 (磁粉或者渦流檢測)，也難以發現缺陷[8]。

綜上所述，液壓缸襯套因其材料特性以及結構特點，加工制造難度較高，液壓缸襯套在制造過程中外圓、內孔的粗糙度以及加工尺寸的變形控制是保證液壓缸襯套質量的關鍵。同時，液壓缸襯套內部組織致密性對整個液壓缸的承壓水平也起到舉足輕重的作用。

3 高效均質-耐壓復合檢驗

液壓缸襯套在液壓缸工作時，其內孔須承受 7.5 MPa 工作壓力。液壓缸襯套精加工完成后，若內部仍存在疏松、縮松、縮孔、夾渣、夾雜物，工作表面若仍存在裂紋、砂眼以及氣孔等鑄造缺陷，則直接導致液壓缸在試壓過程中出現漏油現象，最終影響液壓缸的產品質量。

相較于其他液壓缸零件，液壓缸襯套尺寸較大且壁薄，鑄造時不可避免地出現各種較為復雜的鑄造缺陷。液壓缸襯套精加工前，若采用著色滲透檢測方法，雖在一定程度上能檢測出工件內部組織的致密性(內部是否存在疏松、縮松、縮孔、夾渣、裂紋、氣孔等)，但從生產制造實際來看，錯檢概率也較大。同時，著色滲透檢測方法的檢測時限過長 (著色滲透檢測時長一般為 24～36 h)，會對液壓缸襯套的加工制造周期產生較大影響。著色滲透檢查液壓缸襯套的方法如圖3、4 所示。

圖3 著色滲透檢查Fig.3 Color penetration inspection

圖4 襯套內部組織致密性檢測Fig.4 Inspection of internal tissue density of bushing

為更好地檢查液壓缸襯套的內部組織致密性，在液壓缸襯套精加工前，需提前剔除內部組織不合格的零件。因此，根據液壓缸襯套的使用特性，提出了一種圓錐破碎機液壓缸襯套高效均質-耐壓復合檢驗的方法。該檢測方法可以替代著色滲透檢查，而且可以檢驗零件內部組織的均勻性、致密性，還可以檢驗零件的強度。結合液壓缸襯套的加工制造流程，該方法能夠快速、高效地檢測液壓缸襯套內部組織致密性是否滿足液壓缸的使用要求。

在液壓缸襯套半精加工后，通過設計專用試壓工裝對其內孔施加 7.5 MPa 的試驗壓力，進行均質-耐壓復合檢驗，檢驗液壓缸襯套是否滿足液壓缸工作壓力的要求，如圖5 所示。經過一定時間的保壓后 (保壓時長 15 min)，液壓缸襯套外圓無滲透痕跡，試驗壓力無泄壓壓降現象，則說明內部組織致密性合格、耐壓合格，從而確保液壓缸襯套產品質量滿足設計要求。如若經過一定時間的保壓后，液壓缸襯套外圓存在滲透痕跡、試驗壓力有泄壓現象，則說明液壓缸襯套內部存在疏松、縮松、縮孔、夾渣、夾雜物，工作表面存在裂紋、砂眼以及氣孔等鑄造缺陷，零件耐壓試驗不合格。

圖5 試壓工裝檢驗Fig.5 Inspection by pressure test tool

利用專用試壓工裝進行液壓缸襯套均質-耐壓復合檢驗的方法，可以提前剔除液壓缸襯套不合格的零件，提高液壓缸襯套的加工質量及成品合格率。

4 加工控制

4.1 液壓缸襯套加工變形控制

液壓缸襯套屬于薄壁套零件，且外形尺寸較大，單獨加工時難以保證其尺寸公差。通過利用工藝螺孔將液壓缸襯套固定在托盤上加工外圓，從而杜絕因機床裝夾夾緊造成的裝夾變形，避免影響液壓缸襯套的加工圓柱度，如圖6 所示。當外圓精加工完成后，再將液壓缸襯套裝配到液壓缸缸體內，精加工液壓缸襯套內孔，保證內孔粗糙度及幾何公差要求。

圖6 利用托盤加工及粗糙度檢測Fig.6 Using pallet for processing and conducting roughness inspection

4.2 液壓缸襯套內孔粗糙度保證

由于液壓缸襯套內孔粗糙度要求較高，刀具加工很難實現。通過對 3 種不同拋光方法的拋光效果進行測試，實現了液壓缸襯套尺寸、粗糙度及幾何公差各項指標均滿足圖紙設計的要求。3 種拋光試驗方法如下。

(1) 用 3M 拋光輪＋研磨膏普通拋光的方法進行多次拋光加工，粗糙度達到了Ra0.46～0.70，沒有達到圖紙要求的Ra0.4。

(2) 用勢必銳金屬表面晶體重塑光整儀進行多次試驗，光整后粗糙度雖能滿足圖紙要求，如圖7 所示，但光整并自然放置 48 h 后，由于工件內應力重新分布，致使工件內孔產生變形，內孔尺寸超差，最終無法滿足圖紙要求。

圖7 光整襯套內孔后效果及粗糙度檢測Fig.7 Effect and roughness inspection after finishing inner hole of bushing

(3) 在霧化切削液的輔助下，利用拋光工具＋研磨膏的拋光方法，對液壓缸襯套內孔進行多次粗拋光＋細拋光加工。在細拋光前，需要用煤油對內孔進行清洗，將黏附在內孔表面的金屬末擦洗掉后，再進行細拋光，該方法使液壓缸襯套內孔粗糙度達到了Ra0.4，局部也可達到Ra0.2～0.3 之間，如圖8～10所示。在細拋光完成并自然放置 48 h 后，復檢液壓缸襯套內孔粗糙度以及圓柱度，均滿足了圖紙設計要求，說明該拋光方法達到了預期效果。

圖8 霧化切削＋粗砂紙粗拋Fig.8 Using atomized cutting fluid and coarse sandpaper for rough polishing

圖9 霧化切削＋細砂紙精拋Fig.9 Using atomized cutting fluid and fine sandpaper for fine polishing

圖10 霧化切削＋3M 拋光輪＋800 目研磨膏精拋Fig.10 Using atomized cutting fluid,3M polishing wheel and 800 mesh grinding paste for fine polishing

5 結論

(1) 經過實踐應用對比，均質-耐壓復合檢驗確實比著色滲透檢查能更快、更準確地檢測液壓缸襯套內部組織致密性，而且還可以檢驗零件結構的強度。

(2) 通過試驗、攻關，液壓缸襯套加工變形得到控制，幾何公差滿足了產品的使用要求。

(3) 通過對 3 種不同拋光方法的拋光效果進行測試，確定了液壓缸襯套內孔工作面粗糙度提升措施及方法，為后續類似產品零件的加工制造提供了借鑒。

通過提升液壓缸襯套的加工質量，使得液壓缸在整體試壓時經常出現漏油的問題得到了解決，有效提高了圓錐破碎機的產品質量，為繼續深入研究分析大型圓錐破碎機的產品結構及使用特性提供了技術支撐。