唐春玲，李志亮，譚國政，李勇超

（寶雞航天動力泵業(yè)有限公司，陜西 寶雞721001）

0 引 言

在實際工作中，機械零件往往會帶有一些細小的裂紋或者缺陷，隨著機器在運行過程中不斷地受力，細小的裂紋會逐漸擴展、生長直至完全斷裂，根據(jù)零件的重要性，輕則使整機停止運轉(zhuǎn)，重則可能釀成安全事故，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。所以在零件的加工過程中，需要通過選擇正確合理的加工設(shè)備和加工方法，以及必要的測量監(jiān)測手段，最大限度地消除裂紋和缺陷，提高零件的使用壽命，從而提高整機的無故障運行時間。本文結(jié)合液缸體深孔底面的加工與實際使用情況，來分析探究加工設(shè)備與加工方法的合理選擇對零件壽命的影響程度。

近幾年，根據(jù)泵類產(chǎn)品在目標(biāo)用戶現(xiàn)場的使用反饋發(fā)現(xiàn)，偶有發(fā)生裂缸現(xiàn)象，造成用戶停機停產(chǎn)，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品形象。通過對裂紋部位的查看與分析發(fā)現(xiàn)，幾個液缸體的裂縫，均出現(xiàn)在裝配吸入閥座的缸孔臺階面附近，從而導(dǎo)致液缸體滲漏而無法繼續(xù)使用。并且通過仔細查看與比對，發(fā)現(xiàn)所有產(chǎn)生裂紋的缸孔臺階面，都比沒有產(chǎn)生裂紋的缸孔臺階面粗糙度高。

問題既然具有相似性，就可能在某個環(huán)節(jié)存在導(dǎo)致問題產(chǎn)生的相似性原因。為了徹底解決這一問題，對該零件的設(shè)計、原材料、加工、熱處理、裝配的相關(guān)環(huán)節(jié)逐項進行了分析與排查。

1 裂紋的原因分析與排查

1）根據(jù)該種泵型的使用工況，并結(jié)合我公司多年生產(chǎn)該類泵的經(jīng)驗，該零件的結(jié)構(gòu)合理性是毋庸置疑的。但在核查圖樣時發(fā)現(xiàn)，該臺階深孔端面（底面）表面質(zhì)量要求不高，且未單獨標(biāo)注。加工時未引起操作者的重視，導(dǎo)致表面加工后粗糙度比實際要求更高。

2）液缸體的原材料。該液缸體的原材料為20Cr13馬氏體不銹鋼鍛件。經(jīng)化驗分析，其化學(xué)成分和力學(xué)性能均符合設(shè)計要求，不存在形成裂紋的隱患。該材料因含碳量低（僅為0.16%～0.25%），韌性大，加工硬化嚴(yán)重，導(dǎo)熱系數(shù)小，切削溫度較高，所以實際加工時對切削液的冷卻性能、潤滑性能、清洗排屑性能要求較高，否則表面質(zhì)量不易保證[1]。

3）原先所采用的生產(chǎn)加工工藝過程和方法：在加工過程中，因孔較深，刀桿為懸臂梁加工，剛性較差，若刀桿直徑選取不當(dāng)，進給不合理，就可能使所加工的深孔底面產(chǎn)生振紋，造成表面粗糙度高；由于同為精加工，在加工深孔與底面時，若操作者圖省事，使用同一把刀具進行加工，且不注意進給量大小的控制與區(qū)分，很容易導(dǎo)致底面粗糙度不達標(biāo)；在加工深孔與底面時，不同操作者所選擇的切削速度、進給量（包括手動進給等）因人而異，同樣容易造成深孔底面加工精度和粗糙度質(zhì)量的不穩(wěn)定；不同操作者的個人加工經(jīng)驗和操控機床的水平高低不同，也容易造成深孔底面尺寸精度和表面質(zhì)量的不穩(wěn)定；在精加工深孔時，由于液缸體原材料韌性大，切屑連續(xù)不斷，容易出現(xiàn)纏屑現(xiàn)象，而且由于切削速度較高，纏繞的切屑隨著刀桿高速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致切削液不能及時冷卻、潤滑到深孔底部的加工面，也會使深孔底面粗糙度變高。

4）熱處理工藝要求為粗加工后調(diào)質(zhì)處理。經(jīng)檢查，整個熱處理過程嚴(yán)格執(zhí)行了相應(yīng)材料的調(diào)質(zhì)處理規(guī)范和要求，且檢驗結(jié)果表明：調(diào)質(zhì)處理后的力學(xué)性能均符合設(shè)計要求。

圖1 液缸深孔底面三維位置圖

5）裝配。該深孔底面為閥座安裝面，采用角密封。且閥座外圓與缸孔內(nèi)徑采用基孔制間隙配合公差，所以裝配時把閥座正確裝配到位比較容易保證，故裝配過程造成裂紋的可能性可以忽略。

經(jīng)過以上詳細排查，我們認為液缸體深孔臺階面（底面）加工的表面粗糙度高是造成裂缸的主要原因。而粗糙度高也正是原先所選擇加工設(shè)備、工藝過程和方法容易導(dǎo)致的后果。為此，我們對該零件的相關(guān)加工設(shè)備和工藝方法進行了深入分析與研究，以期通過提高液缸體的加工精度，徹底解決存在的問題，提升整機質(zhì)量，制造用戶滿意的產(chǎn)品。

2 改進方案與實施過程

1）更改設(shè)計圖樣。在液缸體零件圖上明確標(biāo)注該臺階深孔端面（底面）粗糙度值為Ra3.2 μm，以期加工時引起操作者的足夠重視，從主觀上保證表面加工后的粗糙度要求。

2）制定全新工藝過程方法。細化工藝文件，編制液缸體各加工工序卡片及關(guān)鍵工步加工工藝卡片。量化加工要求和重要加工參數(shù)，用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)指導(dǎo)操作者加工，避免加工質(zhì)量因人而異。

3）選擇并明確界定加工設(shè)備。根據(jù)公司現(xiàn)有設(shè)備，首選精度最好的TKP6511B鏜床，其次為精度較好的T611C/IV鏜床。其余設(shè)備均不允許精加工該類液缸體。

4）刀具的選用。硬質(zhì)合金刀具具有硬度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能[2]，特別是它的高硬度和耐磨性，一般均為首選刀具。但在本次液缸體的實際加工中發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)合金刀具由于強度和韌性稍差，脆性高，在低速加工時屢次出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象，不僅表面加工質(zhì)量難以保證，還影響了加工效率。高速工具鋼刀具具有高硬度、高耐磨性和足夠的韌性之外，還有一個重要因素是具有熱硬性。而切削20Cr13不銹鋼時，由于材料本身韌性大、加工硬化嚴(yán)重、切削力大、切削溫度高而使刀具極易磨損，一般推薦選擇熱硬性和耐磨性好的刀具材料。在本次液缸體的實際加工中，利用了高速工具鋼刀具優(yōu)異的熱硬性特點，取得了比較理想的表面加工質(zhì)量。通過以上驗證對比，本次液缸深孔底面加工刀具選用高速工具鋼刀具，并控制所選擇鏜桿的直徑比精加工孔徑小5～8 mm，保證鏜桿強度和剛度，避免懸臂加工的不利影響。

5）切削液的選擇。切削液一般具有冷卻作用、潤滑作用、清洗排屑作用、防銹作用[3]。在潤滑作用方面，一般油基切削液比水基切削液優(yōu)越，但油性添加劑的作用只限于溫度較低的狀況，當(dāng)溫度超過200 ℃，油性劑的吸附層受到破壞而失去潤滑作用，所以一般低速、精密切削使用含有油性添加劑的切削液。

而20Cr13不銹鋼材料本身切削加工性較差，其韌性大、加工硬化嚴(yán)重、切削力大、切削區(qū)溫度高，所以要求切削液主要具有較高的冷卻性能、潤滑性能和清洗排屑性能。根據(jù)該液缸體的材料特性和深孔底面低速小進給的加工特性，我們選用極壓乳化液作為加工切削液，該切削液清洗和冷卻性能好，其中的極壓添加劑能在切削時的高溫、高壓下形成吸附膜，起潤滑作用，減少刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦，從而達到減少切削阻力、延長刀具壽命、降低工件表面粗糙度的目的。

6）底面加工時操作要求的量化與細化。在工藝文件中明確深孔與底面各自不同的加工要求。當(dāng)深孔精加工完成后，加工底面時，必須控制并調(diào)節(jié)設(shè)備主軸的旋轉(zhuǎn)速度在12 r/min以下，進給量控制在0.09～0.15 mm/r之間，并輔助一定壓力的極壓乳化液進行潤滑和冷卻，使深孔底面加工質(zhì)量顯著提高，將加工振紋控制在肉眼看不到的狀態(tài)。再用自制的專用精磨工裝對深孔底面進行磨削拋光加工，磨削速度為300 r/min，手動進給量小于0.05 mm/r。降低了表面粗糙度，最大限度地清除了細小刀紋，徹底消除了裂紋隱患。

7）通過對該系列多個規(guī)格型號的液缸體加工過程的跟蹤檢查，加工數(shù)據(jù)的收集比對，工藝方法的分析、評定、驗證、改進、再驗證等一系列過程，制定出完善可行的工藝規(guī)程，指導(dǎo)操作者加工，保證關(guān)鍵零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，從而提高整機的使用性能。

圖2 深孔底面加工效果實拍圖

3 效果檢查與驗證

1）通過以上工作，對多個規(guī)格型號的液缸體進行加工驗證，使液缸體深孔臺階底面的表面質(zhì)量和平面度有了大幅度提高，達到了設(shè)計要求，基本消除了底面加工原因?qū)﹃P(guān)鍵件壽命的影響。2）對采用新工藝加工裝配后的液缸體進行了將近1 a的跟蹤與調(diào)查，未再出現(xiàn)深孔底面裂紋現(xiàn)象，用戶反饋良好。3）將新工藝落實到實處，對系列產(chǎn)品、相關(guān)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品舉一反三，逐步完善技術(shù)資料，加強現(xiàn)場監(jiān)督，徹底消除類似問題對零件加工質(zhì)量的影響。

4 結(jié) 語

針對液缸體的裂紋隱患問題，逐條排查各個可能的因素，根據(jù)試驗的數(shù)據(jù)和結(jié)果，形成具有操作性與指導(dǎo)性的工藝文件以指導(dǎo)生產(chǎn)，基本杜絕了生產(chǎn)過程中零件加工質(zhì)量因人而異的現(xiàn)象，有效保證了加工質(zhì)量。