推移液压缸三深孔式活塞杆的工艺优化措施

隗春月

（中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400）

0 引言

成本控制是企业发展的基础。企业要想提高经济效益，就必须把成本控制贯穿于整个经营管理的全过程，缩短生产周期，提高产品质量。随着煤机市场竞争愈来愈激烈，以最少的成本获得最大的利润，并干出最高品质的支架，已成为大多数支架企业追求的目标。日常工作中，企业也通过降本提效、修旧利废等手段，作为增加其运营成本的必要手段，在资金回笼不足时，可有效增强企业抗风险能力，保证企业正常运营。

人工智能技术应用于各个领域的生产过程中，以煤矿机械为例，其使用的液压支架已经很好地实现了信息智能化，液压支架中的推移液压缸活塞杆，其深孔内部装有传感设备，被广泛应用于液压支架中，使矿工不用在矿井中实际查看，也能够更好地掌握液压支架等设备的运动情况。在众多结构的深孔活塞杆中，三深孔活塞杆的加工及生产要求最高，花费更大，同时精度也最难保证。

1 项目主要解决的主要问题

1.1 深孔活塞杆的结构

活塞杆是支持活塞运动并为液压缸提供行程的零件，常被应用为液压缸的执行部件。在液压缸的整个运动过程中，活塞杆起到了一个力的传递作用。液压支架的推移液压缸活塞杆通过推杆与工作面运输机相连，使刮板运输机、采煤机与液压支架进行全面推进运动，如图1 所示，推移活塞杆大部分具有深孔结构，一般有单深孔、双深孔及三深孔3种深孔式结构。其深孔内部放置电磁伸缩位移传感器，它采用内部非接触的测量方式，测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，可以有效且精确地检测出磁环的位置，可靠性高，安全性好，便于自动化工作，在恶劣的工作环境下，也能正常应用于油缸位移测量，从而确定液压支架等设备在移动时的实际位移值。

图1 活塞杆的位置图

推移液压缸由缸筒、活塞杆、活塞、导向套等几部分组成，活塞杆的加工质量好坏，直接影响液压千斤顶的寿命和可靠性。活塞杆加工要求高，其表面粗糙度、同轴度及耐磨性要求极为严格。

1.2 三深孔活塞杆的加工问题

近几年，经过改进推移液压缸的设计结构，三深孔式活塞杆也被应用于很多高端产品中，其结构如图2 所示，由于加工过程中，深孔作为加工外圆及各行孔的加工基准，其直线度要求很高，中心深孔与外圆同轴度要求φ0.1mm，而深孔加工的直线度，极易受钻头进口端面精度、平整度等影响，目前有以下几点问题，严重影响着推移千斤顶的整体质量。

图2 三深孔活塞杆的结构图（单位：mm）

随着液压支架的支护高度越来越高，活塞杆的规格和长径比也越来越大，其外圆在热处理后会出现弯曲变形的情况，后续以深孔为基准精加工外圆时，会出现无法车圆的情况。

由于结构比较特殊，三深孔活塞杆的加工精度，在以往单身空比深孔活塞杆的要求更高，一旦深孔出现同轴度超差，就会导致产品报废。

为保证双向钻深孔，防止深孔钻通后喷油，所以须在两端将毛料余量增加，钻深孔后再将其平掉，无形中增加了采购成本。

深孔加工易受各方面影响而钻偏，为保证深孔质量，防止深孔钻偏报废，所以增加了双向二次扩孔工序，但二次扩孔加工难度大，易折钻头。

2 针对三深孔活塞杆加工问题的改进措施

通过不断改进工艺及加工方式，对该类活塞杆问题进行分析，对加工数据进行追踪，最终尝试着取消二次反向扩深孔，改为双向钻通深孔，改进机床和零件的转向，引进工具导向原理，在工装方面也做了一些研究，最终在加工方式、工序调整、检测工装及加工工装等方面，对三深孔活塞杆进行工艺优化，最大程度提高产品质量。

2.1 取消二次扩孔，制作同轴度检测工装，解决折钻头问题

在保证零件精度和设计尺寸允许的前提下，对钻深孔偏差进行试验，取消原中心深孔双向二次扩孔工序，优化加工方式，考虑到密封行孔深度一般在240mm 左右，钻铰等工序加工难度较大，易出现刀具刚性不够导致的加工表面粗糙度和公差不符合要求、出现刀纹等问题，未排除上述困难，最终决定将深孔从双向钻通，以最常见的尺寸为例：若深孔直径尺寸为φ20mm，密封及螺纹行孔处最大直径尺寸为φ30H9（+0.052，0）mm，则从小外圆端为进口钻φ20mm深孔，再从反向精度要求更高的密封行孔端，用φ25mm 钻头钻通深孔，预留各行孔加工余量，形成台阶圆，接刀位置位于各行孔位置，同时制作同轴度检测小轴，如图3 所示，为同轴度检测工装图，通过对已加工的台阶深孔进行检测，以检测出的φ20mm 深孔偏斜量，推测后续外圆预留量，在此偏斜量的基础上，是否能够车圆，如果偏斜量合格，则进入下一道工序，保证最后外圆能够车圆。

图3 同轴度检测工装图

这种加工方式，可一定程度修正深孔钻偏对密封孔的影响，防止后续因为深孔钻偏导致外圆车不圆、孔钻不圆的问题，在最初工序即可检测出双向通孔加工质量是否合格，是否对后续工序有太大影响，以此来约束深孔的加工质量，直接取消二次反向扩深孔，在以深孔为基准加工各孔时，再利用尺寸公差适宜的导向钻头，以深孔为导向，加工推移传感器磁环密封等各处行孔，并用导向丝锥，以密封孔为导向加工螺纹，满足深孔与各螺纹孔及密封孔的同轴度要求[1]。由于取消二次扩孔，深孔加工难度大大降低，同时省去一道工序，加工效率明显提高，也避免了二次扩孔折钻头和同轴度不够造成的报废问题，图4为深孔加工后的状态。

图4 三深孔状态图

2.2 改进机床和零件的转向

通过双向钻通深孔的工艺方式，再对加工好的深孔用工装销轴进行测试，结果显示，仍有部分小外圆端为进口的深孔偏斜量不合格，为了解决该问题，决定从深孔钻机床的加工方式入手，通常深孔钻床在加工过程中，会采用零件不动而钻头转动的方式加工深孔，考虑到深孔钻机床的特性，将深孔钻床主轴转动起来，由于卡盘为三爪自定心设计，所以在零件和钻头同时转动的情况下，可对深孔轨迹起到修正作用，经过调整，从小外圆端面为进口的深孔，经过工装销轴检测得出，深孔钻削直线度更好，经过批量生产的检验，后续基本深孔偏移量是合格的，保证了后续外圆加工的余量满足图纸需求。

2.3 制作端面密封工装，减少毛料长度预留量

由于深孔在加工过程中，钻头出口如果没有封油措施，会出现喷油现象，对加工和现场都造成很大困扰，一般情况下，加工深孔活塞杆，为了保证深孔不偏斜，会将粗车时的加工基准—中心孔平掉，防止深孔钻头由于进口导向受到影响，下料长度会预留至少7mm 余量，在钻深孔前平掉，保证端面中心孔被平掉，三深孔在此基础上，为保证双向钻深孔，防止深孔钻通后喷油，所以需在两端将毛料余量增加，在深孔深度满足图纸深度的前提下，预留至少10mm ～12mm，保证深孔出口不会钻通喷油，在钻深孔后再将预留量平掉，保证总长尺寸，加上平端面下料马蹄余量，总长需要预留25mm 余量。无形中增加了材料和加工成本，为最大限度节能降耗，避免不必要的浪费，图5 为端面密封的工装，在密封件的选择上，必须考虑使用条件，该次工装设计，主要考虑端面耐摩擦系数等[2]。端面密封工装在钻深孔时，封在深孔钻头出口，图6为端面密封工装的使用位置，通过图片可以看到，在钻深孔时，将其放置于深孔出口处端面中心位置，由卡盘和零件顶住工装，利用端面双重密封圈封住端面，保证密封性能更好[3]，确保了深孔在钻削过程中出口不喷油，在工装规格方面，考虑到由于产品标准化，常用规格较固定，所以通过定制不同规格的工装，保证日常使用，将总长下料余量减小了至少1/2，最大限度地减少了材料成本及后续车削的加工成本，利用端面密封工装，解决了深孔钻通后出口窜油的问题。

图5 端面密封工装

图6 端面密封工装使用位置

2.4 激光熔覆零件外圆找正工序安排

工艺要求钻深孔后，须以深孔为基准，对外圆找正并进行找正车削，为了保证材料表面的淬透层，增加零件强度，粗车为精车直径留量不会太大，这就导致深孔一旦钻偏过多，找正车削外圆时，无法车圆，不能确定下一步精加工的精基准，一般三深孔零件会要求行程外圆激光熔覆处理，增加外圆的耐磨度和防腐性能，针对激光熔覆的零件，优化钻深孔后的外圆找正工序，将熔覆前的外圆尺寸提前至钻深孔后精车找正工序，在外圆激光熔覆前不再加工，在降低车间外圆找正的困难的同时，也减少了一次重复装卡的车削工序，工序衔接更加合理，在降低加工难度和质量的前提下，解决了外圆以深孔为基准找正车削困难的难题，最大程度上提高了产能并节省生产工期，在激光熔覆时，要求最大功率不得超过4000W，防止由于受热导致零件变形，增加材料内应力导致的弯曲。

3 项目解决的问题

通过采取以上措施，该项目解决了以下几点问题：1）在公司对产品质量要求越来越高的情况下，三深孔活塞杆的加工已成为比较棘手的问题，中心深孔与螺纹孔及密封孔的同轴度超差严重，直接影响产品的质量问题。2）由于之前为了保证同轴度，须在同轴度要求高的一端反向扩孔，二次扩孔加工难度极高，工人需要反复调试加工参数，加工效率低，二次扩孔每天只能加工几根，同时二次扩孔易折钻头，只能报废重投，在订单相对集中时，严重影响生产进度。3）为了满足双向钻深孔，防止深孔钻喷油，须将下料余量增加25mm，最后还需将多余的量平掉，无形中增加了产品的采购成本、加工成本等。4）由于深孔加工偏心不易控制，导致后续根据深孔对外圆及端面的找正车削较困难，而大部分三深孔活塞杆都要求外圆激光熔覆，经过对工艺优化，大大降低了找正车削外圆的难度，并省去反复装夹的时间。

4 达到的效果

通过三深孔活塞杆的加工工艺优化后，在大大缩短工期的前提下，确保了零件精度要求，钻头损坏率大大降低，同时端面下料余量减少1/2，省去了平端面的时间，针对激光熔覆的要求，工艺优化后，直接节省了一步车外圆工序，降低了外圆找正车不圆的困难，三深孔活塞杆的报废率大大降低，该工艺思路、改进方式值得被应用于单深孔、双深孔活塞杆的加工过程，由于该类结构大部分被应用于出口产品，因此，质量要求很高。

5 结语

目前该改进措施已被大量推广应用，有效地降低了产品的报废率，同时大量节省了采购成本、加工成本等，为公司产品质量的提升添砖加瓦。因为深孔加工，一旦出现二次扩孔报废，不包括劳务费、设备磨损及、具费、水电费，在工人反复调试等各杂项费用的前提下，节省的各项费用也是可观的。

在实践中以不断提高产品的质量、服务等满足客户的需求为目标，是我们质量创新的核心，“合抱之木，生于毫末”，正是通过这种从细微上的改进创新和节省，并贯穿于整个经营管理的全过程，大力挖掘降本空间，才能让企业更加从容地应对市场的变化，提高抵抗市场风险的能力。