滚挤压工艺在提升器壳体液压缸孔加工上的应用

2020-09-26东风设备制造有限公司湖北十堰442022朱仕海

金属加工(冷加工) 2020年9期

■东风设备制造有限公司（湖北十堰 442022）朱仕海石力

■东风商用车有限公司（湖北武汉 430056）王海华沈海平

本公司承接某拖拉机提升器壳体国产化项目，其中φ100H8×162mm液压缸孔表面质量要求很高，要求表面粗糙度值Ra=0.2μm。该零件在国外加工为珩磨工艺。

1. 零件技术要求

图1所示为提升器壳体零件，材料为HT250，硬度187～241HBW，零件的加工尺寸如图2 所示。φ100H8液压缸孔深度L＝178－1 6 ＝1 6 2（m m）。该液压缸孔为不通孔，液压缸孔底部有φ102×16mm的退刀孔，内孔表面粗糙度值Ra=0.2μm，加工方法要求珩磨，为重要项；液压缸孔与基准面的夹角为20°。

图1 提升器壳体零件

图2 提升器壳体零件的加工尺寸

2. 加工工艺路线的确定

该提升器壳体为国产化零件，在国外的生产工艺中，液压缸孔的加工采用立式珩磨工艺，其余各面及孔采用加工中心进行加工。

零件在国产化过程中存在的问题：①采用珩磨工艺，需投入珩磨设备，投资较大，周期长。②单独珩磨液压缸孔将增加工序和人工成本，导致整个零件成本增加。

要求液压缸孔在活塞运行中减少阻力和密封不漏油，即可保证精度及功能要求。

（1）φ100+0.054+0mm液压缸孔加工方案的确定图样要求表面粗糙度值Ra=0.2μm。如何满足表面粗糙度及孔的圆度是难点。方案一是选择在卧式加工中心上进行精加工的工艺：粗镗→半精镗孔→精镗孔或铰孔；方案二是选择滚挤压加工工艺：粗镗→半精镗孔→精镗孔→滚挤压孔。两种方案的对比如下。

1）方案一采用精镗孔，φ100+0.054+0mm孔的孔径公差比较容易达到，但表面粗糙度值达不到Ra=0.2μm的要求。孔的几何公差也比较容易达到。如果是在精镗完成后再进行铰削加工，一般单边留0.10～0.15m m的铰削余量，虽然孔径及几何公差很容易达到，但存在表面粗糙度达不到要求的现象。

2）方案二中，精镗φ100H8孔表面粗糙度值一般可达到Ra=0.8～1.6μm，单边留滚挤压余量可以控制在0.02～0.06mm，表面粗糙度值可以达到Ra=0.2μm。采用这种方案投资成本低，只需要增加滚挤压刀具，并且滚挤压头的滚针是可以更换的。

综合分析认为方案二可以满足滚挤压的要求，故选择采用方案二进行加工。鉴于提升器壳体与基准A面有20°夹角，根据零件特点，确定φ100H8孔在卧式加工中心上加工，这样有利于一次装夹完成全部加工内容，也有利于排屑和实现滚挤压。

（2）零件加工工艺路线的确定确定具体的工艺路线为：OP10（铣基准A面，镗、钻和攻孔系）→OP20（镗、钻和攻A面背面及孔系）→OP30（铣镗侧面及孔系）→OP40（镗、滚挤压液压缸孔）。

3. 设备的选择

根据工艺方案，选用韩国威亚KH630G卧式加工中心，主轴最大转速4 500r/min，主轴锥度BT50。

4. 滚挤压工艺

滚压工具能在常温下利用金属的塑性变形，降低工件表面的微观不平度，从而达到改变表层结构、机械特性、形状和尺寸的目的。无论用何种金属加工刀具加工，在零件表面总会留下微细的刀痕，出现交错起伏的峰谷现象。滚压刀加工是利用机械挤压的原理，获得光洁如镜的金属表面的一种无切削的塑性加工方法。

滚挤压是一种压力光整加工，利用金属在常温状态的冷塑性特点，采用滚压工具对工件表面施加一定的压力，使工件表面产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，从而降低表面粗糙度值。由于被滚压的表面金属产生塑性变形，使表面层组织冷硬化、晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，使硬度和强度同时提高，从而达到光整加工及表面硬化两种目的，这一点是磨削和车削无法做到的。

滚压工艺所使用的润滑液为机械油。应注意的是：滚压前必须把工件内孔清理干净；过盈量要灵活掌握，若工件材料硬度高、壁薄，原始表面粗糙度值低，则过盈量应小一些，反之可大一些。

铸铁滚挤压的表面粗糙度值可达Ra=0.2～0.4μm。

刀具分为通孔型和盲孔型。本文采用的是盲孔型。

滚挤压头的调整方式为：滚挤压头中有微调装置，调整刻度为0.002 5mm。

5. 滚挤压工艺的实施

工件材料为灰铸铁，牌号为HT250，其抗拉强度≥250MPa，硬度为187～241HBW。其化学成分见表1。

表1 工件材料的化学成分（质量分数）（%）

提升器壳体φ100H8孔的具体加工工艺为：粗镗→半精镗→精镗。在10序、20序加工完成后，在专用夹具上将零件的φ100H8孔放置呈水平状态，这样进行粗加工并精镗孔，半精镗孔的几何公差将影响最后的滚挤压精度。通过精镗孔，达到单边0.01～0.05m m进行调整试验。通过几轮试验最终确定参数，保证φ100H8孔径及表面粗糙度要求。

精镗孔达到的精度要求为表面粗糙度值Ra=0.2μ m，孔径φ99.94～φ99.98mm。

将零件的孔抬起20°，通过夹具实现水平放置。

在卧式加工中心上的滚挤压加工如图3所示。

滚挤压φ100H8孔的工艺参数见表2。

图3 在卧式加工中心上进行滚挤压加工示意

表2 滚挤压φ100H8孔的工艺参数

6. 滚挤压加工注意事项

滚挤压加工时，应注意以下几点：①滚挤压前孔壁不应有较深的刀痕，刀纹应均匀。②滚挤压前的表面粗糙度值Ra应≤0.8μm。③应保证滚挤压工具具有足够的硬度。④刀具工作4h后应进行清洗、退磁，磨损后应更换滚针等。⑤滚挤压前的零件表面粗糙度、滚挤压余量和几何公差等都直接影响滚挤压质量。

实践证明，滚挤压φ100H8孔的挤压余量应控制在0.02～0.06mm，过大将加快滚挤压头的磨损，过小则上道工序残留的刀痕难以消除，达不到所要求的表面粗糙度。精镗孔的几何公差、圆度和直线度也直接影响滚挤压后孔的质量。被挤压的孔口倒角必须按照20°加工，倒角利于滚挤压工具顺利地进行滚压。同时还要注意滚压前孔内不能有切屑等杂质。