梁志理，張 雁，徐俠劍，趙 軍，高 偉

1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責任公司 河南洛陽 471000

2智能礦山重型裝備全國重點實驗室 河南洛陽 471000

大型圓錐破碎機是一種用于物料破碎的重型破碎設(shè)備，在礦山領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛，其采用液壓技術(shù)和圓錐破碎原理，能夠高效地破碎大型石料，滿足不同行業(yè)的破碎需求。作為破碎礦石的關(guān)鍵設(shè)備，大型圓錐破碎機在建材、化工及選礦等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[1]。液壓缸作為圓錐破碎機中的關(guān)鍵部件之一，結(jié)構(gòu)復雜，在整機試壓時經(jīng)常出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象。通過對圓錐破碎機液壓缸的結(jié)構(gòu)分析，對出現(xiàn)漏油的液壓缸部件進行檢查、分析，確定漏油問題是由于液壓缸襯套沒有滿足液壓缸使用特性的要求。為此，需要對液壓缸襯套加工的關(guān)鍵工藝過程進行研究、攻關(guān)，以提升產(chǎn)品質(zhì)量。

1 液壓缸

液壓缸主要由缸體、柱塞、液壓缸襯套、缸底等部件組成，如圖1 所示。液壓缸在制造廠總裝完成后，要求進行壓力測試，試驗壓力為 7.5 MPa，至少保證 48 h 內(nèi)無泄漏。

圖1 液壓缸結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of hydraulic cylinder

液壓缸襯套材質(zhì)為 QT700-2，壁厚較薄，最薄處為 20 mm，與缸體配合的外圓粗糙度為Ra1.6，與柱塞配合內(nèi)孔的粗糙度為Ra0.4，如圖2 所示。液壓缸襯套外圓及內(nèi)孔圓柱度均為 0.02 mm，加工精度要求達 6 級精度。液壓缸襯套作為液壓缸部件中的耐磨、密封件，其內(nèi)、外圓均要求做磁粉探傷，保證工作面無細微裂紋，以滿足液壓缸的使用要求。

圖2 液壓缸襯套Fig.2 Hydraulic cylinder bushing

2 材料特性

QT700-2 球墨鑄鐵是一種以珠光體為主基體組織的鑄鐵[2]，按照 GB/T 1348—2009 標準，其力學性能如表1 所列。

表1 QT700-2 力學性能Tab.1 Mechanical properties of QT700-2

相比于普通鋼，球磨鑄鐵具有的良好機械性能和耐磨性，比灰鑄鐵的強度及韌性更高，且其綜合生產(chǎn)成本較低。球磨鑄鐵耐磨性受珠光體含量的影響較大，其珠光體含量越高，則耐磨性就越好，但其可加工性就越差[3-4]。

QT700-2 球墨鑄鐵的硬度較大，強度較高，耐磨性好，但難以加工。若采用一般的硬質(zhì)合金刀具進行切削，刀具磨損速度較快，使用壽命較低；同時，匯聚在球狀石墨周圍的游離鐵素體，在加工過程中產(chǎn)生高溫時，會對刀具產(chǎn)生化學侵蝕，影響刀具壽命[5]。因此，球墨鑄鐵在精加工時要不間斷地使用切削液進行冷卻、潤滑；另外，球墨鑄鐵內(nèi)部含有較多石墨成分，加工時也起到了切削潤滑的作用。

球墨鑄鐵中的鑄造缺陷主要有疏松、縮松、縮孔、夾渣、夾雜物、裂紋、砂眼以及氣孔等，這些缺陷采用一般的超聲波檢測手段難以發(fā)現(xiàn)[6-7]，對于鑄件表面以下 3～4 mm 之內(nèi)的缺陷，即使采用表面檢測手段 (磁粉或者渦流檢測)，也難以發(fā)現(xiàn)缺陷[8]。

綜上所述，液壓缸襯套因其材料特性以及結(jié)構(gòu)特點，加工制造難度較高，液壓缸襯套在制造過程中外圓、內(nèi)孔的粗糙度以及加工尺寸的變形控制是保證液壓缸襯套質(zhì)量的關(guān)鍵。同時，液壓缸襯套內(nèi)部組織致密性對整個液壓缸的承壓水平也起到舉足輕重的作用。

3 高效均質(zhì)-耐壓復合檢驗

液壓缸襯套在液壓缸工作時，其內(nèi)孔須承受 7.5 MPa 工作壓力。液壓缸襯套精加工完成后，若內(nèi)部仍存在疏松、縮松、縮孔、夾渣、夾雜物，工作表面若仍存在裂紋、砂眼以及氣孔等鑄造缺陷，則直接導致液壓缸在試壓過程中出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，最終影響液壓缸的產(chǎn)品質(zhì)量。

相較于其他液壓缸零件，液壓缸襯套尺寸較大且壁薄，鑄造時不可避免地出現(xiàn)各種較為復雜的鑄造缺陷。液壓缸襯套精加工前，若采用著色滲透檢測方法，雖在一定程度上能檢測出工件內(nèi)部組織的致密性(內(nèi)部是否存在疏松、縮松、縮孔、夾渣、裂紋、氣孔等)，但從生產(chǎn)制造實際來看，錯檢概率也較大。同時，著色滲透檢測方法的檢測時限過長 (著色滲透檢測時長一般為 24～36 h)，會對液壓缸襯套的加工制造周期產(chǎn)生較大影響。著色滲透檢查液壓缸襯套的方法如圖3、4 所示。

圖3 著色滲透檢查Fig.3 Color penetration inspection

圖4 襯套內(nèi)部組織致密性檢測Fig.4 Inspection of internal tissue density of bushing

為更好地檢查液壓缸襯套的內(nèi)部組織致密性，在液壓缸襯套精加工前，需提前剔除內(nèi)部組織不合格的零件。因此，根據(jù)液壓缸襯套的使用特性，提出了一種圓錐破碎機液壓缸襯套高效均質(zhì)-耐壓復合檢驗的方法。該檢測方法可以替代著色滲透檢查，而且可以檢驗零件內(nèi)部組織的均勻性、致密性，還可以檢驗零件的強度。結(jié)合液壓缸襯套的加工制造流程，該方法能夠快速、高效地檢測液壓缸襯套內(nèi)部組織致密性是否滿足液壓缸的使用要求。

在液壓缸襯套半精加工后，通過設(shè)計專用試壓工裝對其內(nèi)孔施加 7.5 MPa 的試驗壓力，進行均質(zhì)-耐壓復合檢驗，檢驗液壓缸襯套是否滿足液壓缸工作壓力的要求，如圖5 所示。經(jīng)過一定時間的保壓后 (保壓時長 15 min)，液壓缸襯套外圓無滲透痕跡，試驗壓力無泄壓壓降現(xiàn)象，則說明內(nèi)部組織致密性合格、耐壓合格，從而確保液壓缸襯套產(chǎn)品質(zhì)量滿足設(shè)計要求。如若經(jīng)過一定時間的保壓后，液壓缸襯套外圓存在滲透痕跡、試驗壓力有泄壓現(xiàn)象，則說明液壓缸襯套內(nèi)部存在疏松、縮松、縮孔、夾渣、夾雜物，工作表面存在裂紋、砂眼以及氣孔等鑄造缺陷，零件耐壓試驗不合格。

圖5 試壓工裝檢驗Fig.5 Inspection by pressure test tool

利用專用試壓工裝進行液壓缸襯套均質(zhì)-耐壓復合檢驗的方法，可以提前剔除液壓缸襯套不合格的零件，提高液壓缸襯套的加工質(zhì)量及成品合格率。

4 加工控制

4.1 液壓缸襯套加工變形控制

液壓缸襯套屬于薄壁套零件，且外形尺寸較大，單獨加工時難以保證其尺寸公差。通過利用工藝螺孔將液壓缸襯套固定在托盤上加工外圓，從而杜絕因機床裝夾夾緊造成的裝夾變形，避免影響液壓缸襯套的加工圓柱度，如圖6 所示。當外圓精加工完成后，再將液壓缸襯套裝配到液壓缸缸體內(nèi)，精加工液壓缸襯套內(nèi)孔，保證內(nèi)孔粗糙度及幾何公差要求。

圖6 利用托盤加工及粗糙度檢測Fig.6 Using pallet for processing and conducting roughness inspection

4.2 液壓缸襯套內(nèi)孔粗糙度保證

由于液壓缸襯套內(nèi)孔粗糙度要求較高，刀具加工很難實現(xiàn)。通過對 3 種不同拋光方法的拋光效果進行測試，實現(xiàn)了液壓缸襯套尺寸、粗糙度及幾何公差各項指標均滿足圖紙設(shè)計的要求。3 種拋光試驗方法如下。

(1) 用 3M 拋光輪＋研磨膏普通拋光的方法進行多次拋光加工，粗糙度達到了Ra0.46～0.70，沒有達到圖紙要求的Ra0.4。

(2) 用勢必銳金屬表面晶體重塑光整儀進行多次試驗，光整后粗糙度雖能滿足圖紙要求，如圖7 所示，但光整并自然放置 48 h 后，由于工件內(nèi)應(yīng)力重新分布，致使工件內(nèi)孔產(chǎn)生變形，內(nèi)孔尺寸超差，最終無法滿足圖紙要求。

圖7 光整襯套內(nèi)孔后效果及粗糙度檢測Fig.7 Effect and roughness inspection after finishing inner hole of bushing

(3) 在霧化切削液的輔助下，利用拋光工具＋研磨膏的拋光方法，對液壓缸襯套內(nèi)孔進行多次粗拋光＋細拋光加工。在細拋光前，需要用煤油對內(nèi)孔進行清洗，將黏附在內(nèi)孔表面的金屬末擦洗掉后，再進行細拋光，該方法使液壓缸襯套內(nèi)孔粗糙度達到了Ra0.4，局部也可達到Ra0.2～0.3 之間，如圖8～10所示。在細拋光完成并自然放置 48 h 后，復檢液壓缸襯套內(nèi)孔粗糙度以及圓柱度，均滿足了圖紙設(shè)計要求，說明該拋光方法達到了預(yù)期效果。

圖8 霧化切削＋粗砂紙粗拋Fig.8 Using atomized cutting fluid and coarse sandpaper for rough polishing

圖9 霧化切削＋細砂紙精拋Fig.9 Using atomized cutting fluid and fine sandpaper for fine polishing

圖10 霧化切削＋3M 拋光輪＋800 目研磨膏精拋Fig.10 Using atomized cutting fluid,3M polishing wheel and 800 mesh grinding paste for fine polishing

5 結(jié)論

(1) 經(jīng)過實踐應(yīng)用對比，均質(zhì)-耐壓復合檢驗確實比著色滲透檢查能更快、更準確地檢測液壓缸襯套內(nèi)部組織致密性，而且還可以檢驗零件結(jié)構(gòu)的強度。

(2) 通過試驗、攻關(guān)，液壓缸襯套加工變形得到控制，幾何公差滿足了產(chǎn)品的使用要求。

(3) 通過對 3 種不同拋光方法的拋光效果進行測試，確定了液壓缸襯套內(nèi)孔工作面粗糙度提升措施及方法，為后續(xù)類似產(chǎn)品零件的加工制造提供了借鑒。

通過提升液壓缸襯套的加工質(zhì)量，使得液壓缸在整體試壓時經(jīng)常出現(xiàn)漏油的問題得到了解決，有效提高了圓錐破碎機的產(chǎn)品質(zhì)量，為繼續(xù)深入研究分析大型圓錐破碎機的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及使用特性提供了技術(shù)支撐。