液压机构精密级阀芯的加工工艺研究与探讨.pdf

工艺与检测 n 0 Io g y a n d T e s t 液压机构精密级阀芯的加工工艺研究与探讨 刘伟杰 西安西电高压开关操动机构有限责任公司， 陕西 西安 7 1 0 0 7 7 摘要 分析了液压弹簧操动机构中精密级换向阀阀芯的工艺难点 ， 提 出并探讨 了以车代磨 的工艺方案 ， 最 终成功将 以车代磨工艺应用于该阀芯零件的批量生产 ， 合格率高达 9 5 ％以上， 取得了显著的技术经 济效果。 关键词 液压机构精密级阀芯工艺研究与探讨 T h e Re s e a r c h a n d S t u d y o f Pr o c e s s T e c h n i c s f o r Hy d r a u l i c Or g a n i z a t i o n Ni c e t y Cl a s s Va l v e L I U We i j i e X i ’ a n XD C h i n a H i g h V o l t a g e S w i t c h g e a r O p e r a t i n g Me c h a n i s m． C o ． 。 L t d ． ， X i ’ a n 7 1 0 0 7 7 ， C HN Ab s t r a c t Th e t e c hn i c s d i ffic u l t i e s o f ni c e t y c l a s s v a l v e s p o o l i n h y d r a u l i c s p r i n g o pe r a t i n g o r g a n i z a t i o n i s a n a l y s e d， t e c h n i c a l p r o j e c t o f t u r n i n g i n s t e a d o f m i l l i n g i s r a i s e d a n d d i s c u s s e d ， a n d i n t h e e n d t h i s t e c h n i c s i s a p p l i e d i n t h e ma s s p r o d u c t i o n o f t h i s v a l v e s p o o 1 ． Th e p a s s i n g r a t e a c h i e v e s 9 5％ ， a n d r e ma r k a b l e t e c h n i - c a l e c o n o mi c e f f e c t i s r e q ui r e d． Ke y wor ds Hy d r a u l i c Or g a ni z a t i o n；Ni c e t y Cl a s s Va l v e S p o o l ；Te c h n i c s Re s e a r c h a n d S t u d y 1 产 品及 零件概 要 于控制。 液压弹簧操动机构是一种新型的高压开关操动机 构 ， 具有结构简单紧凑 、 集成度高 、 可靠性好及稳定性 高等优点。液压机构控制模块中换 向阀更是控制模块 的中枢 ， 有着严格 的外形尺寸及较高的形位公 差。液 压弹簧操动机构的分合动作就是以换向阀的阀芯轴向 运动实现的。作为运动部件的阀芯 ， 对位置公差 以及 配合精度的要求更高。 2工艺分析 2 ． 1 阀芯加工工艺关键与重点 阀芯零 件 图 1 长 6 6 ． 5 mm， 最 小 外 圆 b 5 H 7 mm， 最大外圆 2 0 mm， 各外圆的同轴度要求在 0 ． 0 1 5 m m以 内， 圆跳 动要 求小 于 0 ． 0 1 5 m m， 圆柱 度小 于 0 ． 0 0 5 mm。零件在机加工、 热处理及转运工序易产生 变形。制造过程要研究零件加工的每一工序， 以确保 同轴度 、 圆跳动和圆柱度的要求 ， 保证零件的合格率。 1 零件的加工 以 C Y A 5型液压机构为例 ， C Y A 5 阀芯 见图 1 材料为 3 5 C r Mo ， 最大外 圆 西 2 O mm、 最小 外圆 5 H 7 m m， 加工时零件两端留有工艺台， 小于 1 0 m m外圆长度大约 6 0 m m， 最细直径处 5 i n m， 长径比 接近于 1 1 1 ， 粗糙度值最小 R 1 ． 6 tx m， 加工过程难 图1 阀芯零件示意图 2 尺寸公差要求较高 各外形尺寸的相互位置 度要 求 在 0 ． 0 1 5 m m 以 内， 各 内、 外 圆的 圆柱 度 在 0． 0 0 5 mm 。 3 该零件上要加工 4 一 3 ． 7 mm 的斜孔 ， 咖 3 ． 7 mm孑 L 的轴心线与零件的轴线成 6 0 。 夹角， 但不交于轴 线 ， 彼此又相距 1 ． 7 m m， 孔加工的装夹与定位有较大 的难度要求 ， 加工较为复杂 。 2 ． 2 斜孔的加工 以 I N T E R 1 0 0复式加工 中心为上下刀塔 上即 B 轴 ， 主轴 可 3 6 0 。 分度 ， 日轴 为铣主 轴， 旋 转 角度 为 2 2 5 。 ， 同时刀库配备可供调用的4 0把刀具。可在一次 固 U ，一 ⋯ D 装夹下完成轴向孑 L 、 径 向孔 、 斜孑 L 钻铰 ， 斜槽及攻丝的 加工。适于完成对液压机构阀芯的高精度加工。 2 ． 3 以车代磨工艺方案的应用 经过对零件的反复分析和研究 ， 有两种方案可以 解决零件生产的瓶颈粗糙度 1 ． 6 m， 同轴度要 求 0 ． 0 1 5 m m。一是磨床加工 ， 二是以车代磨 。 1 调研国内外磨床 ， 可实现弧面磨削 的设备 ， 是 通过对磨头的反复修正 以及数控机床 的插补来实现 的， 这也与操作者 的技能高要求更是分不开的 ， 还要求 有高端的测量仪器予以支持。实现 阀芯的磨 削加工 ， 成本较高 ， 现有的数控磨床还满足不了如此高 的精度 要求 ； 还有磨削加工的能力经测算远远达不到液压机 构批量生产对零件制造要求 。 2 根据 以往我们在未淬火件上应用 以车代磨 的 成功经验 ， 我们提 出将外 圆和 内孔 的加工改为精密车 削加工 ， 设备选用美 国 H A R D I N G E公司的精密数控车 床。该车床主轴转速高达 6 0 0 0 r ／ mi n ， 主轴径向跳动 ≤0 ． 0 0 0 8 m m， 定 位精 度 X ／ Z≤0 ． 0 0 5 mm ／ 0 ． 0 0 8 m m， 重复定位精度 X ／ Z ≤0 ． 0 0 3 ra m／ 0 ． 0 0 5 m m， 加 工面粗糙度 R ≤0 ． 3 I x m， 车削圆度 ≤0 ． 4 Ix m， 车削 圆 柱度≤0 ． 1 tx m， 主轴为 弹簧夹头夹持工件 ， 夹持面积 大， 加工稳定 ， 数控系统为 F A N U C 2 1 T 。 2 ． 4 工 艺方案 在以车代磨工艺确定后 ， 设计了工艺加工方案 ， 其 工艺流程为 下料一粗车一钻孔攻丝 复加 一淬火一 半精车一人工时效一精车 1 一线切割一精车 2 一入库。 1 增加工件工艺加工 的装夹 台后 ， 工件 的长 度 增加了 3 0 mm， 采用一夹一顶的方式加工 ， 将尾座顶尖 的力量调到小于 1 5 N， 使轴在加工 中受到的径向弯 曲 力降到最小， 避免了工件的弯曲变形 ； 走刀量也不能太 大。总之对细长轴影响的因素太多 了， 它也是 比较难 加工的。如果没把握就把参数减小一些， 这样废 品率 才能低 一些 。 2 合理选择切削参数 ①通过对不同转速 、 进刀 等切削用量的改变与统计 ， 选择 了适于阀芯加工 的切 削速度 、 进给量厂和切削深度 a ②经过对不同主偏 角刀片的试验 ， 发现 3 5 。 的转位刀 片适 于阀芯零 件的 加工； 并对刀片的前角、 后角和刀尖圆弧半径进行了确 认 。 3 热处理要求 阀芯零件选用 了淬透性较好 的 3 5 C r M o材料。但原工艺为局部淬火 ， 工件热处理过程 不易控制 ， 变形较大。经设计同意 ， 将热处理的局部淬 火要求改为整体淬火 ； 并对淬火 、 回火过程中的吊装方 式要求必须垂直流转处 理， 使工件热处理的组织应力 等 u lu 幂 O 朋 T e c h n o 10 g y a n d 工艺与检测 和热应力对变形的影响控制 到最小 ， 符合 了精加工 的 尺寸余量要求 。 4 在工序⑤半精 车时， 工件淬火硬度在 5 0～5 5 H R C， 加工如此高硬度的工件首先要考虑的是刀具 的 材质 问题 。能加工淬硬钢的材质有以下几种 ， 超硬涂 层硬质合金 、 陶瓷 、 C B N 立方 氮化 硼 。选 择刀片材 质时， 刀片耐磨度不能太低， 要降低刀片磨损， 减少更 换刀具次数， 就要选用材质好的材料 ， 否则刀具磨钝后 加工出的内孔会有明显锥度 ， 尺寸不稳定 ， 造成不合格 品， 也是成本上的浪费。而加工硬度在 4 5 H R C以上 的淬硬钢 ， 超硬合金显然不能满足工艺要求 ； 该工件加 工时同时存在断续车削 ， 陶瓷材质 刀具也不适 宜。经 各方面论证 ， 我们用 日本住友公 司生产的 C B N立方氮 化硼刀具 ， 除加工外 圆的刀具外 ， 针对 内孔的加工， 我 们还专 门定制了整体硬质合金杆 的 C B N镗刀， 经过切 削试验 ， 选定切削参数为 4 0 0 r ／ mi n ， 。 0 ． 1 5 m m， ．厂 0 ． 0 8 mn Cr 。在此切削参数下 ， 加工 出的工 件表面 粗糙度值 R 0 ． 8 Ix m， 每个刀片能加工 3 0～ 4 0件 ， 并 且尺寸稳定性好。虽然 C B N材质的刀具价格较贵， 但 从性价 比考虑还是较为合适 的； 而且 车改磨后加工效 率大大提高 ， 减少工件的流转与装夹找正。实践证明 ， 我们选用 C B N材质 以车代磨工艺是有效可行的， 成本 远远低于进 口磨床的预算 ； 并在一次装夹下完成工件 内、 外圆的加工， 确保 了工件 的同轴度 ， 满足了液压机 构核心部件的技术要求。 精加工分为半精加工和精加工 ， 两次加工直径余 量各为 0 ． 3 m m， 并在中问过程增加人工 时效工序 ， 消 除热处理过程产生的应力和变形 ， 以及加工应力因素 对工件 圆度 的影响。通过反复试验 ， 最终确定 了合理 的回火温度与时问。 5 半精加工与精加工在加工 中采用同一工艺台 加工 ， 采用设计与加工基准一致 的原则 ， 所有工件外 圆、 内孑 L 一次装夹加工 ， 既增加了工件装夹夹持的可靠 性 ， 又保证了加工面的同轴度 。 3 工艺项 目成果 阀芯工件实施以车代磨的工艺方案加工出的工件 合格率在 9 5 ％ 以上 。现该零 件已批 量生产。形成主 要成果有 1 “ 以车代磨 ” 特点可总结为 ①一次装夹可完 成多表面的加工 如外圆、 内孑 L 、 端面、 台阶、 沟槽等 ， 特别是圆弧面的加工 ， 磨削则不能 ； 具有加工效率高 、 经济效益好的优点 ； ②是一种新型 、 洁净 的加工工艺 ， 不需使用切削液 ， 不会对环境造成污染 ， 也不损害操作 工艺与检测 T e c h n 0 Io g y a n d T e s t 多点成形中抑制压痕的数值模拟 杨建鸣 冯秀娟 郝 洁 任振 中 马琴 芳 内蒙古科技大学机械工程学院， 内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 摘要 通过 AN S Y S软件对板材进行球形面的多点成形仿真分析， 并针对分析的结果提 出了抑制压痕的方 法。进一步数值模拟说明了一定厚度的弹性垫技术消除压痕缺陷的有效性。 关键词 球形面多点成形压痕弹性垫数值模拟 中图分 类号 T G 3 0 1 文献标识 码 A Nu me r i c a l Si mu l a t i o n o f Co n t r o l l i n g Di mp l e d u r i n g Mu l t i - p o i n t F o r mi n g Pr o c e s s Y A N G J i a n mi n g ， F E N G X i u j u a n ， H A O J i e ，R E N Z h e n z h o n g ， MA Q i n f a n g Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g C o l l e g e ， I n n e r M o n g o l i a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， B a o t o u 0 1 4 0 1 0 ， C H N Abs t r ac t I n t h i s p a p e r，s ph e r e s ur f a c e o f t he p l a t e t o mu l t i -p o i n t f o r mi ng s i mu l a t i o n a n a l y s i s i s d o n e i n ANS YS， a n d a me t h o d o f c o n t r o l o f d i mp l i n g i s pr o po s e d f o r t h e r e s u l t s o f t h e a n a l y s i s．F u r t h e r n u me ric a l r e s u l t s o f s ph e r e s u r f a c e d e mo n s t r a t e t h a t d i mp l e s c a n b e e l i mi n a t e d e f f e c t i v e l y b y t h e t e c h ni q u e s o f a c e rta i n t hi c k n e s s o f e l a s t i c c u s h i o n． Ke y wo r ds S p h e r e S u r f a c e；Mu l t i -p o i n t Fo r mi n g；Di mp l e；El a s t i c Cu s h i o n；Nu me ric a l S i mu l a t i o n 多点成形技术 又称无模 多点成形 是用高度可 调的冲头群体代替传统模具进行板材曲面成形的又一 先进制造技术。无模多点成形系统以 C A D ／ C A M／ C A T 技术为主要手段， 快速经济地实现三维 曲面的 自动成 形 ， 是金属板 料三维 曲面成形 的一种柔性 加工方法。 取代传统的整体模具， 节省模具设计 、 制造 、 调试和减 少所需人力、 物力和财力 ， 显著地缩短产品生产周期， 降低生产成本 ， 提高产品的竞争力 ， 在汽车、 船舶和航 空工业 中具有广泛的应用前景 。但是 由于板料在多点 成形过程中易产生压痕 ， 使成形精度难以保证 。因此 ， 为了使多点成形技术实用化 ， 对压痕现象产生的原 因 及抑制方法进行研究具有非常重要意义 ] 。 1 压痕缺 陷 板材多点成形中， 基本体对板材接触使得板材变 形。基本体一般都采用球形面 ， 与板材的接触面积只 有很小的一小部分 ， 导致接触压力较大。在成形 的过 程中， 当板材变形条件不理想时， 在二者接触点附近小 者的健康 ； ③工件装夹次数 的减少 ， 得到了较高的位置 精度和圆度 ， 获得 良好的整体加工质量。 2 时效控制 针对热处 理产生的应力 和变形严 重影响工件的质量 ， 最终造成产品使用 的安全性 和可 靠性这一工艺难题 ， 通过实施相应的人工时效处理， 显 著减小应力应变 ， 稳定了工件的加工质量。 4 综合经济效果分析 阀芯零件实现了批量生产 ， 保证加工质量 ， 从而保 证液压机构整机的可靠性 ； 降低零 件的成本。阀芯零 件批量 生产 后 每件 预计 节约 成本 2 0 0～3 0 0元 ， 以 C Y A 5 、 C Y A 6及 C Y A 8系列 的市场需求计算 ， 每月按 1 0 0台计算 ， 每年将至少节约 2 4万元以上 。 5 加工过程应 注意的问题 1 车削时因产生 的切屑为薄的卷条状 ， 容易缠 刀 ， 造成刀片破损 ， 所 以加工时应注意切屑 的及 时清 理 。 2 C B N刀片加工不宜使用切 削液 ， 只宜干切削 加工。使用切削液会大大降低刀具的寿命 ， 实验表明 使用切削液后刀具的实际寿命下降 5 0 ％以上 。 3 操作人员的实际技能和加工经验也是零件加 工质量稳定的因素之一 ， 要安排专人负责加工。 编辑蔡云生 收稿日 期 2 0 0 9 1 2 1 4 文章编号 1 0 6 4 1 如果您想发表对本文的看法． 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 U u f D