挤压机主柱塞表面堆焊不锈钢加工工艺研究

王艳鹏

（太重（天津）滨海重型机械有限公司，天津 300452）

挤压机的主缸通常采用柱塞式液压缸，主柱塞是主缸中关键零件之一，高压液体作用在主柱塞端面上，柱塞表面硬度低经常被密封划伤，使主缸漏油，减少主缸寿命。为了提高主柱塞表面的耐磨性，柱塞的表面应进行淬火或滚压加工。近年来出现了在柱塞表面堆焊一层不锈钢（2Cr13）的办法，可使表面硬度达到38～43HRC[1]。本文以36MN挤压机主柱塞表面加工为例，柱塞直径ø1200mm，长度2870mm；表面堆焊2Cr13不锈钢，堆焊层厚度为2～3mm，硬度为43～48HRC，表面粗糙度达到Ra0.4～0.8。其结构如图1所示。

图1 柱塞

1 表面材料分析

2Cr13属于马氏体不锈钢，有磁性，硬度好，具有耐蚀性。随着含碳量增加，钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低，给加工带来很多困难，其化学成分如表1所示。从堆焊层化学成分看，铬是强碳化物形成元素，阻碍碳原子在马氏体的扩散，减缓了马氏体分解。保持α相具有一定的饱和浓度和细小的碳化物，从而使堆焊层保持高的硬度和强度[2]。

表1 2Cr13化学成分/%

2 表面加工工艺

柱塞表面加工选用的设备是HTIIIG250×120/200-NC数控车磨床，该设备具有车削和磨削的功能。首先在柱塞头部利用孔口配作芯轴，保证芯轴中心与柱塞尾部顶尖孔同轴；其次利用设备两端顶尖将工件顶起，再利用四爪卡盘夹住柱塞头部外圆，最后进行表面的车削和磨削。

2.1 车削

（1）刀具。由于表面堆焊层材料属于马氏体不锈钢，硬度高，切削加工性较差。要求刀具材料耐热性高、耐磨性好，与不锈钢亲和作用小的材料[3]。通常选用钨钴类硬质合金刀具，本例选用YBG205可转位机夹刀片。

（2）工艺参数确定。由于车削只是粗加工和半精加工，粗糙度达到Ra3.2即可。为提高效率，工件转速选择n=20r/min；进给量f=0.4mm/r；切削深度αp=0.5mm。

2.2 磨削

磨削作为柱塞表面加工的最后一道工序，为了达到粗糙度Ra0.4～0.8，需要从选砂轮、确定磨削参数、选磨削液等各方面进行考虑。

（1）砂轮选型。工件材料是2Cr13马氏体不锈钢，所以磨料选择采用白刚玉（WA）。由于工件表面硬度较高，材料较粘，表面粗超度较高，因此选择中粗的粒度。根据工件越硬则磨具就要选择软一些的原则，磨具硬度方面倾向于中软。结合剂方面，选用陶瓷结合剂，化学性能稳定，强度较高，气孔率大，适合磨削不锈钢。综合考虑，最后选择P750×75×305 WA46K大气孔砂轮，结合剂V；最高使用转速35m/s。

（2）确定磨削参数。车磨床磨头最高转速为720r/min，为了达到表面粗糙度要求，磨削时砂轮转速就按该速度进行；为提高效率，工件转速设定为7～10r/min；粗磨时，磨削深度为 0.05；精磨时，磨削深度取0.02～0.03；磨削进给量按下式选取：

粗磨 fa=(0.3～0.7)bs

精磨 fa=(0.1～0.3)bs

式中：fa——轴向进给量，mm/r；

bs——砂轮宽度，mm。

（3）磨削液选择。磨削过程中产生大量磨削热，在磨削区域内温度高达1000℃左右[4]。为防止工件表面烧伤，产生裂纹，减少工件热膨胀变形同时防止砂轮堵塞等现象发生，必须使用磨削液。

磨削液分水溶液和油料，由于不锈钢耐腐蚀，采用水溶液。水溶液包括乳化液和合成液，本例选用生物稳定性微乳型金属磨削液CAMCO CUT 800A。

最后加工完成，表面粗糙度达到Ra0.6左右，符合要求。

3 结论

（1）2Cr13不锈钢加工主要是选择好刃具，找出合适的工艺参数。

（2）在磨削过程中磨削深度对粗糙度的影响比较大。

（3）由于设备砂轮转速已达到上限，所以只能调整工件转速和进给量，此工艺方法不是最佳，仅供参考。

（4）在车磨上进行磨削，效果不如专用外圆磨床，但对于直径2000mm左右的柱塞表面磨削，在没有专用设备的情况下，具有指导意义。

参考文献：

[1] 魏 军.金属挤压机[M].北京：化学工业出版社，2006：56-57.

[2] 杨世杰，张汉谦，刘满才.45钢辊芯2Cr13埋弧自动堆焊辊道辊堆焊层性能分析[J].热加工工艺，1993，（1）：30-32.

[3] 郑文虎.刀具材料和刀具的选用[M].北京：国防工业出版社，2012：35-36.

[4] 曹甜东，盛永华.磨削工艺技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2009：10-11.