Ｔｅ＜ ｌｃｈ 缸筒深孔镗削工艺改进前后特点分析 辽宁省铁煤集团机械制造有限责任公司 （调兵山 １１２０００）我公司于２０００年开始加工煤矿井下液压支架 立柱千斤顶缸筒，先后购置４台Ｔ２２系列深孔镗 床，并且利用旧车床改造了两台深孔镗床。随着 深孔镗削技术的发展，尤其是镗削刀具、滚压方 式的一次次改进，缸筒的镗削工艺也得到不断改 进，缸筒加工的效率、质量不断提高，我们对深 孔镗削技术的认识、理解也不断加深。 １．原始的缸筒深孔镗削工艺 我公司缸筒镗削加工原始工艺为，粗镗一半 精镗一精镗（浮动镗削）一滚压，这种工艺效率 低，．质量相对稳定，但成本高。 （１）原始工艺过程主要特点原始镗削工艺 需要四把刀具：粗镗刀、半精镗刀、精镗刀（浮 动镗刀）和滚压头，即完成一个缸筒镗削需要反 复更换四次刀具。最初粗镗刀是硬质合金刀块焊 接在圆柱刀体上，如果镗刀磨损后刀体也需要一 起更换，而且刀具刃磨也非常不方便，特别是浮 动镗刀的刃磨要求更高。精镗时用的浮动镗刀需 要专用的工具磨床进行刃磨，刃磨后还需要研 磨，刃磨刀具的角度、直线度要求均较高，对操 作者的技术水平要求也较高，稍有不慎就会影响 整批工件的质量。批量加工时，缸筒需要在深孔 镗上装夹四次才能完成最后滚压加工。 在刚开始引入深孔镗削技术时，由于对深孔 镗削工艺特点了解不够，操作者经验不足，缸筒 加工成品率低，质量不稳定，效率也低。为进一 步提高镗削质量，对工艺路线进行了改进，工艺 路线为粗镗一半精镗（浮动镗削）一精镗（浮动 镗削）一滚压。相对原始工艺路线粗镗去除的余 量要大一些，同时对待加工缸筒的直线度、壁厚 贾国宪赵小军赵贵中 均匀度和热处理硬度要求更严格一些。其中半精 镗采用的浮动镗削方式目的主要是去除粗镗过程 中产生的加工硬化层，从而减少精镗时浮动镗削 打刀等问题的发生。改进后装夹次数仍是四次， 只是镗削后的缸筒质量有了一些提高，但浮动镗 刀刃磨精度要求更高。 后来又进行了一次改进，将粗镗刀、半精镗 刀安装在一个刀体上，这样粗镗、半精镗在一道 工序中完成，工序改为粗镗一精镗（浮动镗削） 一滚压。通过这次改进减少了一次装夹，提高了 镗削效率。但是这种镗削方式镗削出来的缸筒出 现一些质量问题，没有经过进一步改进，实施时 间较短。 （２）浮动镗削的特点上述几种方式中精镗 都采用浮动镗削。浮动镗削是利用镗刀块在镗刀 秆的方孔槽中能精确滑动的特点，对所加工的孔 进行自动定心定位。由于浮动镗刀在刀杆中不作 强迫定心，这样就能补偿安装时中心线存在的偏 差，从而获得良好的孔形精度和表面质量，磨损 后刀具可以调整补偿。 采用浮动镗削有以下几点不足：镗刀制造精 度高；对操作者的技术水平要求高；镗刀更换成 本高，因为硬质合金刀片与镗刀体是焊接在起 的，刀片损坏后刀体也需要更换。 （３）原始工艺路线的滚压方式原始深孔镗 削工艺的滚压头主要由圆锥滚子、锥套和保持架 组成，圆锥滚子锥角一般在３０。３０ ±５ ，材质一 般为ＧＣｒｌ５，淬火硬度为６０ＨＲＣ，其前端倒圆半 径为Ｒ３ｍｍ。该滚子与锥度为３０。的锥套装配在一 起，并使滚子获得１。的后角。滚子均匀分布在锥 参磊 籼 一 — ２７ Ｔ ｎｉ薏 套圆周上，均布的滚子外径构成工作直径，滚压 时轴向力向右，通过锥套传递给止推轴承。滚压 结束后，滚压头从所加工的孔中退出，滚子受到 向左的轴向力作用，传给保持架，再作用到弹簧 上，这样滚子相对锥套向左运动，使整体滚压头 工作直径减小，从而保证滚压头退回时滚子不划 伤已ａｎ：ｉ：表面。滚压头完全退出所加工的孔时， 在弹簧力的作用下，重新获得原有的工作直径， 为下次滚压做好了准备（见图１）。 圆锥滚子 锥套 图１滚压示意图 当时国内厂家采用粗镗、半精镗、浮动镗削 和圆锥滚子、锥套结合的滚压方式较多，镗滚一 体的刀具虽然已经开始在一些研发能力较强的工 厂应用，但是没有推广。 ２．第一次改进后的缸简镗削工艺 我公司深孔镗削工艺第一次实质性改进是在 ２００５年，当时引进了镗滚头，加工工艺路线为： 粗镗一镗滚压，只需工件在深孔镗床上装夹两次 就可完成缸筒的镗削要求，效率明显提高。这次 改进与原始工艺路线最明显的区别：没有采用浮 动镗削的加工工艺；滚压没有采用圆锥滚子和锥 套配合的方式，而是采用直套与腰鼓形滚子配合 滚压方式，并且滚压头的退出方式也与原始滚压 方式明显不同。 （１）镗滚一体刀具镗滚特点镗滚一体刀具 （见图２）就是把半精镗、精镗、滚压三道工序合 并为一道工序（也有将粗镗、半精镗、精镗、滚 压四道工序合并为一道工序的），利用工作时工 件对镗滚压头上滚柱的反作用力来支承镗头。镗 滚过程中，镗刀后面的滚柱做支承和导向，将滑 动摩擦变为滚动摩擦，大大减小了摩擦力，滚柱 的使用寿命远高于以往的硬质合金块和胶木条导 向。滚柱的支承、导向是过盈的，而硬质合金、 ２８ …参磊 棚工 图２镗滚一体刀具（ＴＧＧ镗头）结构 １．镗杆２．推力轴承３．导向内套４．半环５．前压盖 ６．压盖固定螺钉７．铜套保持架８．滚子９．后压盖 １０刀体 ｌ１．刀体固定螺钉１２．可转位刀片 胶木条的支承、导向是有间隙的。所以滚柱的导 向精度更高，这既提高了产品质量，又达到了简 化结构的目的。 （２）镗刀头设计镗滚压头前端断面装有两 把主偏角为７５。的镗刀头，该镗刀的设计满足了粗 镗和精镗的要求，副偏角为６。，刀体上装有正方 形或菱形涂层硬质合金可转位刀片。 （３）滚压部分滚柱位于镗刀的后面，前后 两排，呈腰鼓形。最开始滚柱也是采用圆锥滚 柱，但是圆锥滚柱承载能力较差，经常损坏，而 腰鼓形滚柱承载能力明显好于圆锥形滚柱。它们 除了起精整孔形和压光表面的作用外，还在镗削 过程中起着支承和导向作用。由于本镗滚压头前 后两排均采用腰鼓形圆柱滚柱，更增加了镗刀切 削过程的稳定性。在其他条件相同的情况下，有 效降低了预制孔的表面粗糙度值，为保证滚压后 孔的表面粗糙度创造了条件。采用滚柱体滚压较 圆锥体滚压作用面积大，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。导向内 套是与镗杆一般有０．０ｌ～０．０２ｍｍ的间隙，这样就 保证了滚道同其他配合面的同轴度，提高了镗滚 压头的制造精度。导向内套后滚道直径比前滚道 直径径向尺寸大０．０２ｍｍ，使得后排滚柱沿圆周分 布的外轮廓径向尺寸大０．０２ｍｍ，增加了后排滚柱 支承稳定性。如果滚子直径变小，需要对滚子进 行更换，每种镗滚头的滚压直径是不可调的。第 一排滚柱的作用是使被加工表面发生应有的塑性 变形，第二排滚柱的作用是对被加工表面发生的 弹性变形进行修正并使被加工表面得到强化。 ２００ ｉｎｍ，最后滚压至图样尺寸。这种加工方 法虽然质量可以保证，但是效率相对低一些，第一 次浮动镗主要去除粗镗的加工硬化层。 （２）改进后镗滚一体镗削工艺参数镗滚一体 镗头加工时应根据实际毛坯具体情况确定切削参 滚柱数量增多可减小滚压表面粗糙度值，但 所需压力增大。这里我们前滚柱取６个，后滚柱取 １２个，一般当直径大于３００ｒａｍ时，前滚柱取８个， 后滚柱取１６４＂。加大滚柱后角 可减小表面粗糙 度值，但 过大易形成冷硬状态，破坏表面层， 一般取Ｏｔ≤１。。 如图２Ｎ示，滚压完成后，压缩前压盖５与半 环４之间的弹簧柱销，卸下半环４，将两排滚柱退 落到退刀槽内，滚径变小，即可退出镗滚头，避 免划伤已加工表面。 ３． ２００ｍｍ缸筒镗削加工工艺改进前后切 削参数对比 ２００ｍｍ缸筒是加工中比较常见的一种规 格，无论采用那种加工工艺，基本思路都是在粗 镗时尽量去除缸筒的表面硬化层、余量不均，二 次镗削去除余量一般比较均匀，如果采用浮动镗 削，加工余量一般在０．２～０．２５ｒａｍ，滚压前的缸简 应保证表面粗糙度值Ｒ ＝３．２～６．３ ｂｔ ｉｎ，滚压余量 一般在０．０１～０．０３ｒａｍ。 （１）原始镗削工艺参数 ２００ｍ１ＴＩ缸筒毛 坯料无缝管外径 ２４５ｍｍ，无缝管壁厚在２５～ ３０ｍｍ，因此内径一般在１ ８５～１９５ｍｍ。无缝管 弯曲等级分５级，Ｆ１～Ｆ５，对应偏差为３ｍｍ／ｍ、 ２ｍｍ／ｍ、１．５ｍｍ／ｍ、１ｍｍ／ｍ及０．５ｍｍ／ｍ，需根据 供料状态确定镗削加工工艺。 一般先通过粗镗去除加工余量至 １９８ｍｍ， 粗镗的背吃刀量一般在４ｒａｍ，如果背吃刀量过 大，不仅振动冲击大，易打刀，而且不易断屑， 进给量一般在０．２５ｍｍ／ｒ。半精镗至 １ ９９．５ｍｍ，进 给量０．４ｍｍ／ｒ，粗镗与半精镗的转速为９０ｒ／ｍｉｎ。浮 动镗削至中２００ ｍｍ，转速６０ｒ／ｍｉＩ１，进给量 １ｉｎｍ／ｒ。最后滚压至图样尺寸公差内，一般为 ２００ ８“ ｍｍ，滚压转速６０ｒ／ｍｉｎ，进给量１．５ｍｒｎ／ｒ， 滚压一般能去除的余量为０．０２～０．０３ｉｎｍ（直 径）。 如果无缝钢管毛坯料壁厚均匀，直线度较 好，可以采用粗镗一半精镗（浮动镗）一精镗 （浮动镗）一滚压的工艺路线，粗镗加工至 １９９ｒａｍ，然后半精镗至 １９９．５ｒａｍ，精镗至 数，以 ２００ｒａｍ缸筒加工为例，如果缸筒毛坯料 直线度及缸筒壁厚、硬度均匀，加工时可用镗滚滚 （ＴＧＧ）一体镗头一次完成镗滚加工。镗滚滚镗 头端面可安装两把刀体，刀体上分别安装有菱形可 转位涂层刀片，一般前排镗刀刀尖比后排镗刀刀尖 轴向超前１～１．５ｒａｍ，镗头前排镗刀一次镗削至尺 寸 １９７ｍｍ，后排镗刀镗削至 ２００ ｍｍ，然后 通过前后两排滚柱滚压至 ２００ “ ｍｉｌｌ。如果加工 工件壁厚不均或直线度较差，可先用粗镗刀进行半 精镗，然后再用镗滚滚镗头镗滚加工，但是此时一 般在镗滚滚镗头上只安装一把精镗刀即可。 另外还有一种镗镗滚（ＴＴＧ）镗头，该镗头前 面安装一把镗刀，后面装有一排滚柱，在滚柱与前 排镗刀中间位置还安装有一把镗刀，这样通过前后 两次镗削一次滚压即可完成缸筒的镗滚加工。这种 镗镗滚镗头一般加工缸筒加工余量较大、余量硬度 不均、直线度差的缸筒效率较高。这种镗镗滚镗头 与镗滚滚镗头虽然都是安装两把镗刀，但是前后镗 刀的位置不同。镗滚滚两把镗刀都是安装在镗滚头 端面上，但是刀尖在轴向错开１～１．５ｒａｍ；而镗镗 滚两把镗刀则一前一后布置。镗滚滚组合刀适合加 工余量在３ｍｍ以内（直径）的液压缸加工，而镗 镗滚则适合加工余量在３ｍｍ（直径）以上。 ４．结语 近些年，缸筒镗削工艺经历过几次较大的改 进，每一次重大改进都是从镗削刀具人手的。生产 实践中会遇到很多问题，很多时候好的工艺方法也 会有一些小瑕疵，只要在生产现场稍作改进，就会 非常好地满足要求。深孔镗削工艺不断改进的过 程，从一个侧面反映了一个新工艺、新技术从研发 到推广道路的曲折，也不断提示我们企业负责人、 工程技术人员、操作者对新工艺新技术应该怀有不 断探索、实践、执着的心态，这样才能不断创新， 企业的生产效率才能不断提高。ＭＷ （收稿日期：２０１２０６２５） 参磊 冷加工¨， ２９
