液压换向多路阀控制阀芯变形问题质量分析论文_敖文艳,李亚,,吴兴荣

摘要：本文针对小型挖掘机液压换向多路阀的控制阀芯，在加工制造过程中产生的变形进行原因分析及控制方法研究，最终通过改变工艺方法及热处理方式等方法解决了阀芯的变形问题，提高了阀芯质量。

关键词：控制阀芯；变形；圆柱度；去应力；

1前言

液压换向多路阀作为挖掘机的核心零部件，多路阀控制阀芯又是多路阀的核心零件。控制阀芯加工的直线度、圆柱度不好，会造成多路阀卡阀芯、内泄大，从而造成挖掘机动作失灵、动作慢或无动作等故障。

多路阀控制阀芯是细长杆类零件，且环形槽、R槽较多，生产周期长，在生产、制造过程中容易产生变形，阀芯变形后，阀芯的直线度、圆柱度将会受到影响。

2原因分析

我公司阀芯的加工工艺流程如下：

下料—调质—校直—粗磨外圆—粗车外形—精车外形、R槽—通磨外圆—氮化—半精磨外圆—抛光—精磨外圆。

阀芯是细长杆零件，在承受径向力时会产生变形，或者在热处理过程中产生热应力变形，下面从以下几点来分析阀芯变形的原因。

2.1加工过程中阀芯变形

阀芯外圆加工主要有磨削，车削和铣削。阀芯磨外圆采用无心磨床进行磨削，磨削过程中阀芯主要承受轴向力，基本不会造成阀芯变形；磨削过程中阀芯的直线度、圆柱度主要受磨床精度的影响，如果定期对磨床精度进行校核完全可以避免阀芯直线度、圆柱度超差。

车削和铣削时，在数控车床上对阀芯一夹一顶进行车槽和铣R槽，如图1所示。对阀芯夹紧时如果顶阀芯力量过大，阀芯就会被顶弯曲；另车环形槽时，由于余量较大，切槽过程中阀芯将承受较大的径向力，如果刀片选择不当及切削参数设置不合理，阀芯将会承受很大的径向力，阀芯就会被顶弯曲。现场抽检50件阀芯，车削前阀芯外圆跳动均小于0.03mm，精车完成后发现外圆跳动均大于0.05mm，最大值甚至达0.20mm；说明阀芯在车削过程中发生了弯曲变形。检查发现阀芯夹紧时，尾部顶紧力较大；车削环形槽时选择的切槽刀片前角较大，这样虽然刀片耐磨耐用，但产生的切削力较大，会使阀芯受径向力变形。

图1

2.2热处理面变形

由于阀芯工作时不停地换向，需要高耐磨性、抗疲劳性。为了使阀芯表面具有较好的耐磨性、耐疲劳性，我公司目前采用38CrMoAl并对表面进行氮化处理。氮化处理是指在一定的温度下一定介质中使氮原子渗入工件表面的滑靴热处理工艺。38CrMoAl是高级氮化钢，具有高耐磨性，高疲劳强度和高强度的特点。但如果机加工产生的应力未消除，零件细长，炉内温度不均匀，工件装夹方式不合理等均可引起零件氮化变形。

目前我们的阀芯是通磨外圆后直接进入氮化，在氮化炉内采取悬挂自由下垂方式进行气体氮化，如图2所示。气体氮化就是将工件置于炉内，利用NH3气直接输入500—550℃的氮化炉内，保持20-100小时，使NH3气分解为原子态的（N）气与（H）气而进行渗氮处理，在使钢的表面产生耐磨、耐腐蚀之化合物层为主要目的。氮化曲线如图3所示，

图2 图3

现场随机抽取了50件阀芯，在氮化前氮化后分别检验阀芯外圆跳动。氮化前阀芯外圆跳动均在0.006mm以内，氮化后阀芯外圆跳动较大，其中外圆跳动小于0.03mm的有10件，外圆跳动在0.03-0.05mm的有15件，外圆跳动大于0.05mm的有25件，跳动最大的达0.12mm。氮化后阀芯变形严重，检查氮化过程均符合工艺要求；采取了降低氮化温度、延长保温时间进行再次试验，氮化变形并未得到明显改善。怀疑是阀芯加工产生的残余应力未消除而产生的氮化变形。

2.3 存放方式不当导致阀芯变形

现场查看阀芯在制造流转过程中，均使用塑料筐进行平方并存在堆积现象。由于阀芯是细长杆类零件，平放时由于阀芯自身的重量及加工残余应力，长期平放，阀芯容易产生微变形，如图4，图5。

图4 图5

3改进方法

3.1对车削加工过程进行优化

由于车削时，阀芯尾部顶紧力较大导致阀芯顶弯曲变形，经过多次试验对阀芯夹紧力进行调整。使阀芯能够夹紧，又不至产生顶紧变形；并对数控车床进行改进，设计跟刀架对阀芯进行径向支撑，减小阀芯在切削过程中的径向力，如图6。

由于刀片选用不合理导致，阀芯车削过程中产生较大切削力，从而使阀芯承受较大的径向力而弯曲变形。故重新调研切削刀片，最后选择前角较小的刀片，如图7所示，进行切槽加工。

图6 图7

经过以上改进后，经过试验验证，并随机抽查精车后阀芯外圆跳动均在0.03mm以内，在允许的变形范围内。

3.2对工艺过程进行优化

由于机加工等产生的残余应力，致使阀芯在氮化过程中产生氮化变形，故在阀芯精加工后氮化前增加去应力回火，以消除残余应力对氮化变形的影响，回火工艺曲线如图8所示。

经过试验验证，增加去应力回火后，阀芯氮化变形得到极大改善，氮化后阀芯外圆跳动均在0.03mm以内，在允许的变形范围内。

3.3对阀芯的放置方式进行改善

由于以前阀芯在流转、存储过程中均采用平放，甚至堆放。虽不至于使阀芯发生很大的变形，但为了防止由于放置不当而带来的潜在危害，对放置阀芯的工位器具进行改进。全部使用塑料筐对阀芯采用单独、竖直放置，如图9所示，避免以前的平放、堆放造成阀芯变形。

图8 图9

经过以上改进后，阀芯的整体质量得到很大的提升，终磨后阀芯圆柱度达到0.002mm以内。多路阀的整体性能得到较大的提高，并且提高了客户满意度，提升了公司形象。

参考文献

[1]杨满.实用热处理技术手册.机械工业出版社,2010.

[2]庞浩,李文星.数控加工工艺[M].北京:北京理工大学出版社,2007.

论文作者:敖文艳,李亚,,吴兴荣

论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期

论文发表时间:2020/4/17

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