《深孔精密加工工艺》
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[摘 要]伺服油缸、高压油缸、油气弹簧、摆动缸、高压高速储能器、高压多路阀等属于高精密深孔液压元件范畴.由于我国深孔精密加工技术不成熟,此类产品绝大部分依赖于进口,国内有为数不多的企业生产此类产品,但使用寿命较短.国产伺服油缸由于摩擦阻力大、频率响应低,达不到使用要求； 高压油缸、油气弹簧、摆动缸等使用一段时间后容易出现部件磨损或密封失效从而导致功能缺失.文中结合某公司伺服油缸、高压油缸、摆动缸等液压精密深孔元件的加工,通过对密封机制与密封失效的分析,阐述深孔精密液压元件深孔精密加工的重要性,提出深孔精密元件加工的工艺路线.
[关键词]油缸；精密元件；液压元件
中图分类号：G623.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）02-0156-01
1 深孔精密液压元件密封机制分析与密封失效分析
深孔液压精密元件指孔深 L 与孔径 d 之比 L/d≥5 的精密液压元件,主要有伺服油缸、高压油缸、油气弹簧、摆动缸、高压高速储能器、高压多路阀等.深孔元件被广泛应用到航天、军工、铁路、船舶、工程机械、压铸机等行业.这些深孔精密液压元件能否可靠地工作,在很大程度上取决于密封系统的设计和密封材料的选择.一般密封材料采用橡塑密封件,橡塑密封件的工作压力一般都能达到 50 MPa 以上,其耐用度取决于密封间隙的选择是否合适、工作介质的洁净度是否满足要求和橡塑材料的老化期等.一般在橡塑材料老化期内,在保证合理的间隙以及工作介质的洁净度满足要求的条件下,密封件一般不会损坏失效.
1.1 伺服油缸密封
伺服油缸有普通伺服油缸和高频率响应伺服油缸,普通伺服油缸密封采用低摩擦密封件密封,高频伺服油缸采用间隙密封,使用频率可达 150 Hz 以上.
1.2 高压油缸、摆动缸密封
高压油缸密封的一种密封形式,高压油缸不能有内漏,活塞端一般采取组合密封件,活塞杆端一般采用斯特封加 U 形封密封件； 摆动缸一般采用 组合密封加 U 形封来实现密封.
1.3 密封失效分析
密封的作用是阻止泄漏.伺服油缸、高压油缸、摆动油缸功能的失效 70% 都是由于密封失效产生泄漏而导致,通常人们分析的原因主要归结于密封件材料达不到要求或是油液清洁度达不到要求.经过某司长期的实验总结,发现不同工艺加工出的精密深孔缸筒所对应的产品使用寿命有较大区别.
经过该司的研究,产生以上现象的原因主要是由于用常规工艺加工的缸筒直线度达不到要求,间隙减小到一定程度之后装配时无法保证活塞杆、缸盖、活塞中心在同一轴线,因此出现卡死或是无法装配等,严重时直接拉花活塞杆表面.
高压油缸、摆动缸的密封失效绝大部分是由于密封件挤出或是拉伤所致.高压油缸失效的原因在于高压油缸瞬时冲击较高.同时密封间隙过大容易使颗粒或杂质进入密封件,造成密封件磨损加剧或是直接拉花密封件,但密封间隙过小时容易拉花活塞杆或缸筒表面； 对于摆动缸,失效的主要原因是由于两端的缸筒中心不在同一轴线上,即缸筒弯曲,设计密封间隙过大,密封件挤出导致泄漏,从而使摆动缸失效.精密深孔液压元件使用寿命短的主要原因是由于核心深孔零部件深孔精密加工達不到要求,特别是内孔的直线度要求.因此深孔加工工艺的研究对于深孔精密液压元件尤其重要.
2 深孔精密加工工艺的研究
深孔精密加工主要有通孔加工和盲孔加工,通孔精密加工要比盲孔加工简单得多,深孔加工的难点在于切削散热难、工艺系统刚性差、难排屑,对于液压深孔元件内孔精密加工主要采用的方法有珩磨和滚光.以图 1 所示的高频伺服缸的缸筒为例,来进行缸筒深孔加工工艺的研究.
以上工艺为常规生产液压缸的工艺,但是按照以上工艺根本无法达到图纸的设计要求,原因有两个：（1） 镗孔刀杆存在刚性问题,出来的底孔不直,珩磨或是滚光无法提高其直线度； （2） 深孔加工完毕之后再焊接,焊接变形量大.如果焊接完之后再加工内孔,珩磨或滚光无法到达缸筒底部,如图 2 所示.
通过常规工艺的分析可知,想要加工好图 1 所示的深孔,首先要保证油缸内孔精度的加工,其次要保证焊接无变形.经过该司长期的研究,提出了新的工艺：
在该司,内孔精密加工由专门的深孔精密加工机床保证,加工原理如图3所示,该司解决了主轴回转精度、轨道直线度、轨道刚度、高速刀杆的刚度、排泄、散热等问题,经该司专利技术加工出的缸筒的直线度可以达到 0. 02 mm/1 000 mm.
3 小结
深孔精密液压元件 70% 的失效都是由密封件失效造成,通过对国内高端精密深孔液压元件的密封与失效分析,得出制约深孔精密零部件发展的关键在于深孔的精密加工,特别是深孔的直线度加工.通过分析常规深孔加工工艺的弊端,结合某公司深孔加工专利技术,提出不同的深孔加工工艺,用此工艺生产的产品应用到航天、铁路、机器人、工程机械等行业,替代了进口产品,得到同行很多专家和企业的认可.
参考文献
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