当缸筒加工的镗削滚压工艺分析

缸筒加工的镗削滚压工艺分析

缸筒作为油缸、矿用单体支柱、液压支架、炮管等产品的主要部件，其加工质量的好坏直接影响整个产品的寿命和可靠性。缸筒加工要求高，其内表面粗糙度要求为Ra0.4～0.8 m，对同轴度、耐磨性要求严格。缸筒的基本特征是深孔加工，其加工一直困扰加工人员。

采用滚压加工，由于表面层留有表面残余压应力，有助于表面微小裂纹的封闭，阻碍侵蚀作用的扩展。从而提高表面抗腐蚀能力，并能延缓疲劳裂纹的产生或扩大，因而提高缸筒疲劳强度。通过滚压成型，滚压表面形成一层冷作硬化层，减少了磨削副接触表面的弹性和塑性变形，从而提高了缸筒内壁的耐磨性，同时避免了因磨削引起的烧伤。滚压后，表面粗糙度值的减小，可提高配合性质。

1 滚压刀具的设计

以我们设计的 160mm组合镗滚刀为例说明刀具设计及工艺。

如结构图所示，保护帽1用于保护芯轴头部对刀仪的基准位置。支承垫4和支承钉6的作用是保护保持架(ZQSn)免受滚柱轴向压力的压裂。支承套11材料为GCr15，要求与芯轴15过盈配合，组装后配磨。

滚柱材料为GCr15或高速钢W18Cr4V，62～65HRC。滚柱在镗滚刀中起滚压和导向作用。采用滚柱滚压的原因是它较圆珠滚压工作接触面积大，能承受较大的滚压力，可选用较大的进给量，从而提高生产率。对薄壁低刚性的工件，应选用直径较小而较长的滚柱，滚柱直径较小时可得较小的表面粗糙度值，这里我们选 13mm滚柱。滚柱圆角半径r在一定范采取工控机作为控制器的另外一个优点是可以方便地试试实验数据的存储、管理和打印围内影响表面粗糙度，减小圆角半径，相应地增加了单位应力，能减小表面粗糙度值和提高表面冷硬度。滚柱数量z增多可减小滚压粗糙度值，但所需滚压力增大。一般z取5～10，我们取6。加大滚柱滚压后角a可减小表面粗糙度值，但a过大易形成过冷硬状态，破坏表面层，一般取α≤1°。滚柱直径方向上高低不一会造成卡死、振动、拉伤加工表面，故直径方向上差值不大于0.03mm。

技术要求:

(1)装配后转动后齿环、保待架和滚柱面能自由滑动

(2)退刀时，保证刃口向上，以免拉伤

1.保护帽 2.紧定螺钉 3.保持架 4.支承垫 5.滚柱 6.支承钉 7轴承 8.后齿环 9.前齿环 10.小套 11.支承套 12.螺栓 13.刀体 14.机夹刀块 15.芯轴

组合镗滚刀结构图

滚压完成，退刀时，勾动后齿环8，使前、后齿环成啮合状态，在保持架3与芯轴15之间插人退刀半环(其长度为滚柱长度基本尺寸)，从而使得保持架带动滚柱沿支承套1:40的锥度后移，退入支承套槽中，使滚柱与缸筒脱离接触，实现退刀。

镗滚刀中滚柱、支承套、保持架为易损件，每副易损件约可滚压 90m×2150m油缸150根(以行程计算)。

2 滚压影响因素分析

工件材料 滚压适用于50以下碳钢，碳含量愈低，孔扩张量愈小。材料硬度越低，塑性越高，则滚压的表面质量越好。滚压后硬度虽可达到400HB，但从280HB开始，滚压后效果显著下降，因此，滚压前工件材料硬度一般不低于140HB。

预加工 一般采用车削或镗削。工件的几何形状精度由预加工来保证，一般要求预加工Ra0.25～5 m,锉削滚压加工余量0.5mm左右。

滚压次数 第一次滚压中塑性变所以能够在较多的行业领域得以广泛的利用形最显著、最充分，表面质量得到明显提高，随着滚压次数的增加，表面产生过大的压应力，会破坏第一次滚压所得到的表面质量，即破坏滚压冷硬层，造成脱皮现象故组合撞滚刀的滚压次数选一次。

切削用量 进给量f越大，表面粗糙度值将增大；滚压速度v与表面质量关系不大。滚压头过盈量一般取0.15mm左右(》符合PCI/PCI-E即插即用规范普通 60～200mm孔径油缸)，滚压量0.02～0.04m。以 160mm孔加工为例，我们取v=30～40m/min，f=0.1～0.25mm/r。

冷却清洁 我们采用HT-40机械油:煤油(GB)=1:1，也可采用硫化油:柴油=1:1配方。加工时压力油从滚压头后部冲向镗滚刀，经未加工表面从床头侧排到油槽中，这样避免了脱落的切屑刮伤已加工表面。油箱的设计，主要问题是清洁、沉淀而不是冷却，因为切削油每20min循环一次，根本来不及沉淀，加大容量不是方法。过滤问题主要通过选择合适的过滤器材和在工艺上来保证。现场证明，过滤孔隙太大，毛毡孔隙太小容易堵塞。

缸筒滚压加工常见问题及解决方法:尺寸超差:对刀不准，刀具或滚压头磨损;内表面有振动波纹:材料太硬，转速太高;明显刀纹:进给量大，切削深度过大;拉沟:刀刃断裂，切削液量小，切削液温度太高。

3 应用实例

镗削滚压工艺是一种高效高质量的工艺措施，现以 160mm健削滚压头(45钢无缝钢管)采取的是桌面数据库；查询模块为例证明镗滚效果。滚压后，孔表面粗糙度由幢滚前Ra3.2～6.3 m减小为Ra0.4～0.8 m，孔的表面硬度提高约30%，缸筒内表面疲劳强度提高25%。油缸使用寿命若只考虑缸筒影响，提高2～3倍，镗削滚压工艺较磨削工艺效率提高3倍左右。以上数据说明，该镗削滚压工艺是高效的，能大大提高缸筒的表面质量。 (end)