液压机液压缸柱塞杆表面缺陷分析及工艺策略.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 01 2 0 4 0 0 2 9 0 2 液 压 机 液压 缸柱 塞杆 表 面 缺 陷分 析 及 工 艺 策 略 王 圣 莲 。 陆红 ， 胡 海 燕 徐 州 压 力 机 械 有 限公 司 ， 江 苏徐 州2 2 1 0 0 4 摘 要 锻 压 液压机 液压 主缸 柱 塞杆 的表 面质 量对 其耐 磨性 、疲 劳 强度及 耐蚀 性 能等具 有极其 重 要 的作 用 。本 文针对 柱 塞杆表 面 关键加 工 工序 ， 对 常见 的精加 工缺 陷做 了分 析 并提 出应对 工 艺策略 。 关键 词 机 械 制造 ； 液 压机 ； 柱 塞 杆 ； 磨 削加工 ； 加工 硬 化 ； 表 面烧 伤 中 图 分 类 号 T G3 1 5 ． 4 文 献 标 识 码 B 锻 压 液 压 机 液 压 主 缸 柱 塞 杆 图 1 的 表 面 质 量 ， 对其 耐磨 性 、 疲劳 强度 及耐蚀 性 能有 极其 重 要 的 作用 。 因此 有效 掌控 柱塞 杆外 圆表 层 的物理 性 能 ， 是 保 障液 压机使 用 寿命 和运 行精 度 的关键 之一 。本文 针对 柱 塞杆 表面关 键 的车 磨加 工工 序 ，对 常见 的精 加工 缺 陷做 深层 分析并 提 出应对 工 艺策 略 ，以保持 液 压 主 缸 柱 塞 杆 成 品 高 度 稳 定 的 质 量 水 准 。 HRC 5 0 图 1 柱 塞杆零件 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 0 3 作 者简 介 王圣莲 1 9 7 5 一 ， 女 ， 工程 师， 从事机械制造 工艺及工装 的 设计 * ** *“ * “ 1不 当加 - 1 - 硬 化 柱塞 杆外 圆表层 在 进行 车磨 削加工 时 ，由于切 削加 工 的应 力 作用 ，从 而使得 金属 微 观 晶格扭 曲拉 长 ， 形 成表 层不 易恢 复 的塑性 变形 ， 造成 表层 的非正 常加 工硬 化 。 经检 测 ， 由此 引发 的平 均硬化 深度 约为 2 0 ～ 4 0 1．z m、 平 均 硬 化 程 度 增 加 约 2 5 ％左 右 。 不 当加 工 硬化 的原 因及其 改善 工艺 为 ①磨 削 力 过 大使 表层 金属产 生 塑性变 形 ，造成 表层 不 当硬 化 程 度及 硬化层 厚度 的增 加 。所 以应适 当降低后 期 精 磨 的进 给量 厂和深 度 ，通过 调 整加 工 工 艺参 数 来 减少 柱塞 杆硬 化层 的厚 度 ，从 而将 前期 产 生 的硬 化层 控 制在磨 削余 量 之 内 ，并保 证在 精磨 成 形之 前 去 除非 正常 硬化 层 。 ② 当冷却 不 良和进 给量偏 大 时 ， 极 易 因表 面 磨 削温 度 过 高 而使 金 属产 生 微 观 相变 ， 发 生 明显 的冷作 硬化 。对 此应在 充分 冷却 和磨 削 工 艺参 数 合理 的前 提下 ， 针对 不 同金属 材质 ， 正 确选 择 砂 轮磨 具 的磨 料 、 粒度 粗 细和 自锐性 “ 硬度 ” 。 图 2给 出 了磨 削 速度 、进 给量 和磨 削深度 的相 [ 2 ] 张元越， 陆红．液压机滑块的结构设计及其计算．锻压装备与制 造技术 ， 2 0 0 9 ， 4 ． [ 4 】 [ 3 ] 实用新型专利 液压机油缸可回转换位机构 ． 专利号 Z L 2 0 1 1 Ke y de s i g n A bst ract As m ov abl e” pr o ces s b e e n t r o d uc e d b r i e fly ． K eyw ords C 2 0 0 7 8 3 4 8 ．4． 王卓 ， 陆红． 锻压液压机的“ 点八 五” 关联度简约设计便览． 锻 压装备与制造技 术 ， 2 0 1 2， 1 ． 关 工艺 参数 曲线 ， 的 参 考 价 值 。 菡 对 于控制 磨削 加工硬 化具 有 一定 3 ． 1 磨 削加工 量 磨削速度对加工 硬化的影响 图 2 { 进给量对加工 磨削深度对加工 硬化 的影响 硬化 的影响 加工参数对加 工硬化 的影响 2表 面 烧 伤 柱 塞 杆 外 圆 经 中频 淬 火 后 ，其 表 面 层 为 硬 度 4 0 HRC以上 的马 氏体金 相组 织 。当柱塞 杆表 层进行 高速 磨 削加工 时 ， 磨 削工 艺不 当导致 的瞬 时高 温 ， 将 造 成 多 种 金 相 组 织 发 生 不 良相 变 一 表 面烧 伤 。 ① 仅 当 磨 削 区 域 表 层 温 度 恰 好 升 到 温 度 Ac ， 7 2 0 C的临界 点 ，马 氏体则 发生 相变 转化 为奥 氏 体 。 若 此 时磨削 液未 能到达 冷却 磨削 区域 ， 相变 高温 即刻造 成表层 同有 硬度 急剧 下降 ， 这就是 所 谓 的“ 退 火 性 ” 表面烧 伤 。 ② 当磨 削区域 表层 温度超 过 了温度 Ac ， 7 2 0 ℃ 的临界 点 ， 但磨 削 液 随后 及 时 、 充 分 冷却 降温 时 ， 马氏体先 行相 变为 低硬度 的奥 氏体 ， 又 即刻 形成极 薄数 微米 厚度 二次 淬火 的高硬 度表 壳 。这种 “ 表 硬里 软 ” 的硬 度 差 异必 定 产 生浅 表层 脆 裂 的后 果 “ 淬 火性 ” 表 面烧伤 。③ 当磨 削区域 表层 温度 仅超 过 了马 氏体 的起 始转 变温 度 3 0 0 ℃ ， 并 未 到达 奥 氏体 的相 变温 度 Ac ， 7 2 0 C ， 与 此 同 时磨 削 液 的 冷却 又未 能充 分达 到迅速 降温 效能 时 ，则 马 氏体 就 会转 变为 回火 屈 氏体 或索 氏体 ，由此形成 了较低 硬 度 “ 回火 性 ” 表 面 烧 伤 。 探究 上述 表面 烧伤 的共 同根源 ，应 特别 注意 掌 控 表面精 磨工 序磨 具磨料 和 工艺参 数 的选定 ，绝 对 保 证磨 削 冷却 液 与磨 削进 给量 相 对 应 的 降温 效 能 ， 否则极 易在 精磨 的成 品阶段 产生 各种 “ 表 面烧伤 ” 而 报 废 。 3减 少 表 面 缺 陷 的 - - 艺 策 略 ① 磨 削 深 度 a e增 加 与柱 塞 杆 表 层 以下不 同 深 度 的 温 度 成 正 比 ， 在 半 精 磨 和 精 磨 阶 段 应 以 “ 少 量 多次 ” 为佳 。②纵 向进 给量 ． 形 成 的 柱 塞 杆 表 面 的加 工温 升 因素 较小 ， 但 是 对磨 削表 面粗 糙 度 的影 响很大 ， 仅 适用 于 在 较多 余量 的粗 磨 阶段 提 高 工效 。③工 件转 速 在导 致磨 削区域 温度上 升 的同 时 ，也 促 使 了磨 削 区域散 热 及 工效 的提 高 ， 但 对 直 径及 自重 较 大 的柱 塞 杆 必 须 注 意 有 限 度 选 定 。 3 ． 2 砂 轮磨料 砂轮 的“自锐性 ” 硬度 与磨 削 区域 的温 升是正 比 关系 ， 在保证 柱 塞杆精 磨表 面质量 的前 提下 ， 按 常规 应 首 选 “ 自锐 性 ” 较 好 的 树 脂 型 砂 轮 。 现 有 立 方 氮 化 硼及 金 刚石 型 的砂轮 ，综合 价格 成本 与磨 削质量 工 效 考 量 ， 具 有 广 阔 的发 展 应 用 前 景 。 3 ． 3磨 削 冷 却 磨 削冷却 液传统 的 喷洒方式 ， 低效 而 污染严 重 ， 已趋 于淘 汰行 列 。 目前在 不大 幅度改 变磨 床设 备构 造 的条件 下 ，采用增 压和 定 向射 流 的液体 及空气 冷 却方 式 ， 不失 为上乘 实用 之选 。 4结 语 锻 压 液 压 机 主 缸 柱 塞 杆 的 表 面 加 工 质 量 ， 直 接 关 系到设备无故 障周期 和设 备使用 寿命 。因此 ， 柱塞杆 成品 内在质量 的控制 ， 无论 对生产制 造企业 还是购买 使用企业 ， 都 具有显 著的经济价值 。作 为锻 压液压机 这类大 型设 备 中的柱 塞杆零件 ， 其优 良的品质某种 程 度上 可成 为设备供需双方发 展道路上 的坚 固基 石 。 【 参考 文献 】 [ 1 ] 王先逵 ， 编著． 机械制造工艺学 E 京 清华大学 出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 2 ] 叶宏 ， 主编 ．金 属热处理原 理与工艺 ．北 京 化学 工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ] 郑善 良， 编著． 磨削基础． 上海 上海科学技术 出版社 ， 1 9 8 8 ． [ 4 ] 王晋生． 3 0 MN水压机柱塞杆拉伤表面补焊新工艺．锻压装备与 制造技术 ， 2 0 1 1 ， 5 ． [ 5 ] 沈林健， 奚伟民， 王豪， 等． 液压机活塞杆表面渗漏油分析及防 止措施． 锻压装备与制造技术 ， 2 0 0 8 ， 2 ．