液压支架电液控制阀主阀加工工艺设计与研究

马翠兰

(潞安环能股份公司 常村煤矿，山西 屯留 046000)

液压支架用电液控制系统是保证液压支架在煤矿井下正常工作的重要元部件，是支架中最精密、最关键的部位[1-2]。支架电液控制系统中的电液控制阀由于使用高水基乳化液作为传动介质，所以通常采用不锈钢作为加工材料。不锈钢一般被认为是切削加工性能较差的金属材料，1Cr18Ni9Ti不锈钢尤为突出，与45号钢相比，其相对可切削性仅为0.3～0.5，是机械加工中比较难加工的材料[3]。除了电液控制阀材料的难加工性，由于阀体装配要求较高，对阀体的加工精度要求也相应较高。当有批量生产需求时在满足加工精度要求下高效地加工电液控制阀阀体，具有重要意义。

1 主阀阀体特征

图1为电液换向阀主阀阀体结构图。阀体的主要加工特征是以孔和螺纹为主。有一部分孔口所在的平面需要与先导阀进行平面装配，要求有效好的平面密封性，因此，对于这些平面的平面度要求也就很高。为防止阀芯在阀孔内卡死，阀孔的垂直度要求也较高。换向阀主阀属于滑锥阀，阀口关闭时，要求锥面阀口具有可靠的密封性，所以，阀体中锥面阀口的加工也尤为关键。

图1 电液换向阀主阀阀体结构图

2 阀体工艺分析

2.1 复杂群孔加工工艺分析

2.1.1 群孔结构及技术条件分析

电液换向阀主阀阀体的局部剖视图如图2所示。阀体中分布的孔结构相同，对于直径38 mm的孔，要求加工公差在0.02 mm以内，且需要安装密封圈。为保证密封性，此处孔需要在钻孔或扩孔后进行镗孔。而对于直径40 mm的孔，则精度要求不那么高，是高压液流过的孔。对于图中1×60°的倒角，需要用到定制的成形刀进行加工，刀具的走刀路径为绕着阀孔中心的圆形。M42×1.5的螺纹，需要用铣螺纹的方式进行加工，因为不锈钢粘度很高，难以加工，如果采用攻丝的形式加工螺纹，会造成丝锥堵塞，严重的还会造成丝锥断裂，破坏已加工表面，造成废品。另外，对于阀孔，要求圆柱度≤0.015 mm，轴孔与孔口平面垂直度≤0.04 mm.

图2 主阀的局部剖视图(mm)

2.1.2 定位基准分析

选用长方体不锈钢锻块作为加工毛坯，选用平口钳作夹具，为保证加持稳固，需要将锻块毛坯夹持面先进行预加工，加工后的装夹面可以保持平行，可以作为定位基准，可紧贴平口钳装夹。阀体主要加工以孔特征为主，将孔口所在面与机床主轴垂直进行装夹，同时保证夹持面积较大的面，即阀体长380 mm的棱边与机床Y轴平行。

2.1.3 工艺路线设计

阀体加工工艺路线设计要考虑基面先行、工序集中、先粗后精的原则[6]。先铣削孔口平面(基面)，装夹面是阀体侧面，无论毛坯的孔口平面是否与机床工作台平行，因为面铣刀与主轴保持垂直，所以铣削毛坯的孔口平面后，上表面就会保持与夹持面垂直。铣削完基面后，验证下平面的平面度。对于孔的加工，为了减少换刀次数，减少辅助加工时间，避免频繁换刀降低加工效率，尽可能将使用相同刀具的工序安排在一起，即刀具共用。阀体中相同结构的阀孔重复出现，对于样件，可以先从头到尾加工出一个孔的所有特征，然后检验尺寸和公差是否合格，即试切。待工艺没问题后，多个孔的同一工序全部完成，再进行下一工序的加工，这样可以保证共用刀具、工序集中。粗加工的目的是快速去除材料，而精加工则要保证加工精度，材料去除量小，切削力小，变形小，从而保证较高的加工表面质量。因此，选用先粗后精进行工艺安排[4-6]。阀体加工工序步骤如表1所示。

表1 阀体加工工序

2.2 深长孔加工工艺分析

2.2.1 深长孔结构及技术条件分析

如图3所示，主阀前后有两个D20 mm、深380 mm的通孔，并且通孔两端各有M22 mm×1.5 mm、深14 mm的螺纹。由于通孔与上述群孔贯通，为避免刀具在加工深长孔时受到冲击，通孔的加工应先于群孔加工。

图3 深长孔剖视图(mm)

2.2.2 深长孔加工工序划分

对于阀体中的长孔，如果直接选用较长的钻头钻削，钻头太长则刚度就会变差，而且，不锈钢材料粘刀现象严重，排屑困难，容易导致钻头尖部温度过高，从而钻头断裂。因此，采用双向对向钻孔。同时，为了提高钻孔的效率和钻孔质量，采用U钻代替麻花钻。用D17 mm带中心冷却的钻头钻出D17 mm的底孔，再用D12 mm铣刀铣D17 mm孔至D20.05 mm，最后用D20 mm枪钻钻出深192 mm的孔，通过旋转机床工作台，将钻头调转至孔的另一端，用同样的方法加工另一半孔。由于调转方向是通过机床工作台旋转完成的，而不是通过重新装夹阀体完成，所以可以保证孔的中心度。这也是采用一次装夹完成多工序加工，减少重复定位产生误差的优势。工序加工步骤如表2所示。

表2 深长孔加工工序

2.3 细长孔加工工艺分析

如图3所示，主阀阀体中分布长380 mm、D3 mm的细长孔。对于细长孔的加工，传统的钻孔难度很大。首先，3 mm刃长的硬质合金钻头很难加工，成本很高；再者，钻头刚性差，很难加工不锈钢材料。因此，采用电火花加工。电火花是一种放电加工方式，可以加工硬度很高的材料，很适合加工没有精度要求的孔。

3 阀体加工准备

3.1 设备选择

带回转摆动工作台的五轴铣削最新定义新型高动态性能的DMU85monoBLOCK，是DMG新一代多元化紧凑型五轴联动数控加工中心。最高转速可达18 000 r/min，具有链式刀库，可存储30把刀具，工作台加工空间为850 mm×850 mm×650 mm.机床如图4所示。

图4 DMU 85 monoBLOCK 立式加工中心

3.2 切削试验

将毛坯装夹到机床上进行切削加工，得到产品如图5所示。总加工用时10 h.

图5 主阀加工成品

3.3 技术检验

在三坐标测量仪上对成品进行尺寸公差和形位公差的检验。D22 mm孔的轴线与主阀阀体孔口水平面的垂直度为0.004 6 mm≤0.04 mm，满足要求。D30 mm孔与D25 mm孔的轴线平行度为0.005 4 mm≤0.1 mm.加工表面质量要求符合图纸标注，证明工艺路线合理有效，主阀阀体试切产品合格。

4 结 语

通过先进制造设备的引进，为主阀工艺设计及研究创造了条件，为首次试切积累了很多经验，后续加工还需在此基础上不断改进，优化加工程序，不断缩短加工时间，提高加工效率，为批量生产总结出一套高效可靠的加工工艺。