模锻伺服液压机全生产过程的关键质量控制

文／饶晓轩，周文龙，周磊，王飞·武汉新威奇科技有限公司

模锻伺服液压机是一种新式金属模锻成形设备，靠液压油缸驱动施力挤压成形，目前市场上主要有单向伺服液压机和双向伺服液压平锻机。液压机面临的主要考验是如何保证连续生产过程的稳定性，即降低漏油、拉缸、卡阀、泵损坏等常见工程性故障。而这些问题多数是由于在液压机制造过程中细节原因造成的，通过制定一系列关键生产过程质量控制点并加以实施，能够有效的预防和控制伺服液压机“带病出厂”，大幅降低以上常见故障的发生。

模锻伺服液压机的关键过程

按伺服液压机的制造过程可分为零部件的关键过程和装配的关键过程。

⑴零部件的关键过程：模锻伺服液压机的核心部件有机身框架（主要以焊接机身为主）、油缸、液压单元（含阀组），围绕以上三大部件主要开展的关键生产流程有机身钢板下料及焊接；油缸零件加工及组装、测试；液压单元油箱的焊接及清洁、阀块的加工及清洁、液压管路的清洁及组装、系统的测试。

⑵伺服液压机的关键装配过程：液压单元与油缸的连接配管、焊接及清洗；整个油路系统的串油冲洗；整机设备的调试及出厂测试。

模锻伺服液压机关键生产过程的质量控制点

机身框架（含焊接毛坯及加工）

⑴机身框架主要以钢板焊接机身为主，机身是设备承力的基础框架，需保证焊接质量可靠，刚度稳定，在制造过程中重点质量控制点为钢板的下料及后续的焊接。

1)下料需要严格按图纸执行，保证下料尺寸和剖口（图1）符合要求，尤其是剖口的形式及表面粗糙度的控制。

图1 较好的剖口质量

2)焊接属于特殊过程，需提前策划好工艺并进行焊接工艺评定，施工过程“三定”原则控制，即定人员、定设备、定工艺。焊接人员要持证上岗、焊接设备可靠、焊接工艺可操作。焊接工艺要指定焊材、焊接速率、焊接电流、焊接电压及气保流量。

⑵机身的加工质量是保证油缸、导轨组装精度的前提，重点控制工作台面基准水平、垂直/水平油缸法兰孔及导轨座相对工作台面的垂直度和平行度。控制好这些形位尺寸才能保证装配精度，避免油缸运行中偏载，损坏密封。这些形位公差尺寸控制也属于关键过程，因不便于后续监控或测量加以验证，即需要通过与焊接过程一样的手段，即“三定”原则来保证过程实施的可靠性。

油缸(含零件加工及部装)

油缸是整个液压机的执行机构，油缸工作稳定才能保证液压机的运行可靠。油缸长期的运行考核中常见拉缸、内外泄漏等问题，一旦出现这些故障基本是周期较长的大修，严重影响设备的使用效率，所以对于组装完毕而看不见的油缸内部需要通过一定的过程控制保证油缸质量。

⑴油缸的加工质量控制：如缸体、活塞杆、端盖，这些关键零件决定油缸的密封效果和安全稳定性。缸体需重点控制内径尺寸及表面粗糙度(图2)，活塞杆重点控制外径尺寸、密封/导向带沟槽加工尺寸及表面粗糙度(图3)，端盖重点控制密封/导向带沟槽尺寸及表面粗糙度。缸体内孔与活塞杆外圆最好使用珩磨或滚压精密加工，保证加工精度，降低表面粗糙度和提升耐磨性。另外活塞杆若通过镀铬提升表面硬度，需保证涂层的厚度均匀，镀前的加工基底很关键，会影响镀层质量，镀后需精加工进一步降低表面粗糙度，见图3。

图2 缸体内孔表面粗糙度测量

图3 活塞杆镀层及表面粗糙度

⑵油缸的装配质量控制：油缸的组装是关键过程(图4)，也是全靠人工操作的过程，需注重细节，在组装过程中应避免铁屑、毛刺、杂质等异物混入油缸内腔拉伤缸体和活塞杆，避免蛮力安装切坏密封圈及导向带。首先，装配前必须对各零件仔细清洗，将加工的毛刺、铁屑去除干净，必要时打磨处理。其次，要正确安装各处密封，防止装错、装反，垂直安装避免切坏密封圈及导向带。若活塞杆下落过程存在卡滞不得盲目敲击、硬憋使其下落。装配完毕后，活塞杆移动时应无阻滞感和阻力大小不均等现象，应在低压情况下进行往复运动，以排出缸内气体。已装配完的液压元件暂不进行组装时，应将所有的油口用塑料塞子堵住防止进杂物。

图4 油缸组装

⑶油缸的测试：组装好的油缸，内部注油，需进行动作及耐压测试(图5)，确保活塞杆运动流畅、油缸无内外泄漏现象。耐压测试按照国标执行：额定压力不小于20MPa，耐压测试压力为其1.25 倍，保压时间不少于10分钟，不得有渗漏、永久变形及损坏。进行耐压测试最好制作专业试验工装，用于承担油缸负载，避免将活塞推至端部靠端盖，使其承受负载造成螺栓损坏。

图5 耐压测试

液压单元

液压单元是整个设备的动力机构，主要用于给执行单元油缸提供能量，其通过外部的管路系统与数个液压油缸相连以控制多组阀门、油箱、油泵和蓄能器组成的独立密封动力油源系统。液压单元长期的运行考核中常见连接管路漏油、泵损坏、卡阀、油质清洁度问题。下面主要围绕液压单元的油箱、阀组、组装过程进行质量管控。

⑴油箱是液压单元的储油容器，分为焊接质量和清洁质量控制。

1)油箱的焊接：焊缝必须保证牢固可靠，焊缝饱满，无气孔、裂纹等缺陷。焊接过程属于特殊过程，参照前面钢板焊接机身的焊接过程控制。焊接完成后所有焊缝需打磨光亮、去除表面氧化皮、焊渣飞溅等杂质。所有焊缝在完工后需刷石灰做煤油渗漏检测(图6)。重要焊缝必要时进行MT 或UT 探伤，防止内部缺陷，导致焊缝开裂及漏油。另外充液阀连接法兰的中心高需充分保证与设计图纸相符，若偏差过大导致与充液阀管路对接无法贴平切坏避震喉橡胶或螺栓松动漏油。

图6 油箱焊缝渗漏检测

2)油箱的清洁：注油前需反复确认油箱内部的清洁度，内壁钢板全部打磨抛光去除氧化皮，焊缝打磨出金属光泽并去除焊接飞溅，用面粉沾油箱内部确保整个内部无异物(图7)。

图7 油箱内部清洁检测

⑵液压阀块是将液压阀及阀门之间的管道连接集成在阀块上，不仅节约大量的管道接头，减少泄漏点，还便于安装调试和维修。由于液压阀属于精密部件，油液存在铁屑、杂质会影响阀的运行、造成卡阀，阀块的加工和组装需要非常关注清洁的控制。

1)阀块加工主要控制孔径、密封槽的尺寸以及表面粗糙度，液压阀、法兰、管接头的安装面上不得有划线痕迹和其他缺陷，否则造成渗漏。阀块的机加工完成后，必须要倒棱、去刺，阀块中所有的流道，尤其是相贯流道的交叉处必须彻底清除毛刺，这与整个液压系统的可靠性息息相关，切不可忽视。

2)阀块进入组装前必须彻底清洗(图8)，最好使用专用清洗设备，清洗液宜采用防锈清洗液，冲洗时有一定的压力，所有流道特别是盲孔必须清洗干净，不留任何铁屑和杂质。清洗后的阀块应马上组装，否则涂上防锈油并将接口盖住，防止锈蚀和再次污染。

图8 阀块的清洗

⑶液压单元的管路组装控制：所有油管安装前必须进行清洗，可采用酸洗磷化方式，确保油管内部清洗干净、无任何铁锈或其他杂质。酸洗过程要防止过酸洗或欠酸洗。酸洗后的管路安装应铺设整齐，法兰连接处便于操作无干涉现象。提前测量好连接尺寸进行定位，管子与阀体应处于自由状态完全贴平安装，避免强行连接，法兰连接端面应接触均匀，无喇叭口。

⑷整个液压单元完整组装后，需进行出厂测试(图9)，包含外观及标识检验、耐压防漏测试，确保液压单元各个连接牢固可靠、泵/阀块动作运行正常。

图9 油管安装检验

液压单元与油缸的配管及清洗

焊接配管，即通过管路拼接的灵活方式将液压单元与油缸连接形成回路。由于管路压力大，需保证焊接质量，焊缝及法兰连接处不得出现任何漏油现象。

⑴焊接前的准备工作：首先，做好充分焊接工艺策划，尤其对于这种高压管路的焊接，对焊缝的质量要求非常高，按照特殊过程控制，参照机身焊接的“三定”原则，有效控制过程质量来降低焊接作业的风险；其次，测绘好液压单元出口与油缸进口的尺寸，要求机身、平台、油缸、液压单元都提前定好位置基准，保证水平，精准测量三维尺寸来配置管子走向及长度。

⑵焊接的施工要求：为防止管子焊接变形，管子配好长度后先点焊定型，并斜拉钢筋支撑固定，再取下来满焊，先用氩弧焊打底，再用电弧焊填充，焊缝应饱满，无咬边、气孔和裂纹；焊接完及时清除管内壁的焊接残渣、焊瘤，为下一步酸洗做好准备，焊接后的管子拿上去安装时不得产生错位，强行硬扯安装。

⑶配管的清洗：一般采用酸洗磷化方式，酸洗后的油管内部要清洗干净、无任何铁锈或其他杂质(图10)，酸洗过程要防止过酸洗或欠酸洗，酸洗完后必须涂防锈油防止反锈并封住端口防止二次污染。

图10 酸洗后的油管内壁

整个系统的投油冲洗及测试

⑴液压单元、油缸连接成完整的回路后，因在安装过程不可避免产生二次污染，故需对整个系统进行一次循环投油冲洗，确保在试机动作前整个油路系统是清洁干净的，控制要点如下。

1)投油管路连接方案设计：主油缸不参与串油，所有外置管道串联组成回路，可采用系统本身的工作泵站进行管道的循环冲洗，也可单独设计串油专用油箱、泵组、加热器、过滤器进行冲洗，见图11。

图11 串油示例

2)为达到效果，冲洗油的流速应使油呈紊流状态；其温度用高水基液时，不应超过50℃，用液压油时，不宜超过60℃。在上述温度限度内，冲洗油温度宜高。冲洗压力适当加大，增大管道压力提升冲击效果。用木锤或振荡器对管道的焊缝、弯角进行周期性的锤击，辅助投油。冲洗效果见图12。

图12 冲洗效果

3)要经常注意观察过滤器的污染情况，一旦达到污染程度应及时更换，直至过滤器经过一段时间冲洗后保持较为干净即可完成冲洗。

⑵整个伺服液压机完成装配后，需进行最后的调试及一系列出厂检验，确保设备各项功能达到设计预期要求，主要检验项目见表1。

表1 检验项目

结束语

对于设备制造型企业及设备的使用方来说，都应致力于追求设备的长期稳定可靠运行，能够为各自创造最大化的价值。伺服液压机在长期运行考核过程中常见的故障基本上是以上描述的类型，针对液压机这种较为“精密、娇弱”的设备在前期制造阶段就需要精细的质量策划、实施严格的过程控制、注重每个制造环节的细节，避免设备在制造环节留下隐患和风险，大幅降低售后故障频次。