一種SHAKO增壓缸及其制造工藝

　　SHAKO增壓缸采用單動(dòng)式增壓器提供成型用內(nèi)高壓，根據(jù)帕斯卡能量守衡原理，利用低壓腔(A腔)與高壓腔(B腔)活塞面積不同進(jìn)行增壓，因?yàn)閴毫Σ蛔儯?dāng)受壓面積由大變小時(shí)，則壓強(qiáng)也會(huì)隨受壓面積大小不同而變化，從而達(dá)到將壓力提高到數(shù)十倍的壓力效果，低壓腔(A腔)與高壓腔(B腔)活塞面積之比，即增壓倍數(shù)。如圖1所示。

　　SHAKO增壓缸液體介質(zhì)為液壓油，高壓腔(B腔)液體介質(zhì)為乳化液，最高設(shè)計(jì)壓力可達(dá)400 MPa。高壓出口裝有壓力傳感器，可以檢測(cè)壓力。低壓腔油缸為高精度伺服油缸，內(nèi)置高精度磁致伸縮數(shù)字位移傳感器，低壓腔安裝有比例方向閥，通過(guò)比例方向閥實(shí)現(xiàn)壓力伺服控制。補(bǔ)液端來(lái)自于水壓系統(tǒng)，內(nèi)置高性能單向閥，保證充液成形壓力和補(bǔ)液回路的有效隔離。

　　SHAKO增壓缸體是增壓缸設(shè)計(jì)制造的難點(diǎn)之一。B腔(高壓腔)可達(dá)到400 MPa的壓力，要求增壓缸的高壓缸體必須有較高的強(qiáng)度。高壓缸體由三層缸體組合而成，外層采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理來(lái)提高整體力學(xué)性能，中間層采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并經(jīng)淬火處理來(lái)提高腔體強(qiáng)度，中間層與外層配合面采用大過(guò)盈量的配合方式，利用外層缸的“抱緊力"來(lái)給中間層缸提供預(yù)應(yīng)力以抵抗高壓腔的高壓力，高壓缸兩端采用組合密封圈，中段采用硬鋁套來(lái)?yè)鯄航M合密封圈，組合密封圈兩端用壓蓋壓緊定位來(lái)達(dá)到密封要求，硬鋁套與內(nèi)腔采用過(guò)盈配合。

　　SHAKO增壓缸采用三層通孔缸結(jié)構(gòu)，降低了材料的應(yīng)力，增加了可靠性，提高了使用壽命。

　　因?yàn)楦邏焊兹龑又g均為過(guò)盈配合，所以均需要采用特殊方法進(jìn)行組配，根據(jù)三層缸材料的屬性不同，外層缸體與中間缸體之間通過(guò)熱裝組合，組合之后再與內(nèi)層缸冷裝組合。

　　1、熱裝

　　1.1熱裝前準(zhǔn)備工作

　　首先分別把外缸及內(nèi)缸進(jìn)行初加工，外缸內(nèi)孔及外圓均加工到尺寸，兩端留精加工余量;內(nèi)缸經(jīng)粗加工后整體淬火處理，淬火硬度在HRC 50以上，淬火前外圓要留出適當(dāng)精加工余量，以調(diào)和工件淬火變形量大和淬火后硬度高而難以加工矛盾，淬火后外圓精加工到尺寸，內(nèi)孔及兩端均留精加工余量(外層缸及內(nèi)缸等高)。加工完成后，清理干凈外層缸及內(nèi)缸配合表面，復(fù)查直徑，圓角，倒角等配合尺寸，以備熱裝。

　　1.2熱裝溫度計(jì)算

　　根據(jù)外層缸材料的性質(zhì)，計(jì)算出熱裝所需的溫度T

　　T=(Δ1+Δ2)/dα+t

　　式中：t為零件所需的熱裝溫度，℃；α為被加熱件的線膨脹系數(shù)，見(jiàn)表1；Δ1為配合件的最大過(guò)盈，mm；Δ2為熱裝時(shí)的間隙，mm，一般取配合直徑的0.9‰~1.4‰，取1.4‰；d為配合直徑，t為室溫，取20°。

　　1.3SHAKO增壓缸間與零件的結(jié)構(gòu)、壁厚、材質(zhì)，加熱方法有關(guān)，一般可按零件的壁厚考慮，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是每厚10 mm需15 min的加熱時(shí)間。

　　保溫與壁厚有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是每厚10 mm需保溫5 min。

　　1.4繪制加熱保溫曲線

　　繪制保溫曲線圖如圖3所示。

　　1.5加熱方法選擇

　　根據(jù)零件外形，可采用電感應(yīng)加熱、電爐加熱、煤氣爐加熱、油箱中加熱等方式加熱工件。因電感應(yīng)加熱成本較高，而煤氣爐加熱、油箱中加熱無(wú)設(shè)備及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合公司現(xiàn)有設(shè)備，采用臺(tái)式電爐加熱。把外缸放置在工裝平臺(tái)上，工裝平臺(tái)隨件外層缸同時(shí)進(jìn)爐加熱，零件加熱過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照加熱曲線圖加熱。

　　1.6加熱后的組裝

　　(1)外層缸加熱透后隨臺(tái)車快速開(kāi)出爐腔，開(kāi)出后必須經(jīng)雙重檢測(cè)，以保證熱膨脹量達(dá)到要求值。首先，用測(cè)溫槍測(cè)出工件溫度，檢測(cè)是否達(dá)到要求的加熱溫度，然后再用熱裝樣板測(cè)量孔的脹量。當(dāng)樣板能順利通過(guò)時(shí)，才能進(jìn)行熱裝。否則要延長(zhǎng)加熱時(shí)間，直到膨脹量達(dá)到要求值為止。檢測(cè)示意及檢具圖如圖4所示。

　　其中測(cè)量桿的尺寸L按下式計(jì)算：

　　L=d+Δ1+Δ2

　　式中：L為熱裝尺寸，mm；d為配合直徑，mm；Δ1為配合件的最大過(guò)盈，mm；Δ2為熱裝時(shí)的間隙，mm。

　　(2)外層缸孔的膨脹量達(dá)到要求后要立即進(jìn)行熱裝，熱裝操作者應(yīng)穿戴好防護(hù)用具，動(dòng)作要快而準(zhǔn)確，一次裝到底，中途不得停留，如發(fā)生故障，不許強(qiáng)迫裝入，排除后再熱裝，熱裝前最好進(jìn)行一次預(yù)演練。熱裝完成后自然冷卻，以備冷裝(注意合金鋼材料不能用風(fēng)吹冷卻。熱裝示意圖如圖5所示。

　　2.1 SHAKO增壓缸及外圓均加工到尺寸，兩端留精加工配車余量，加工完成后，清理干凈鋁套和已經(jīng)熱裝好的缸組件配合表面，復(fù)查直徑，圓角，倒角等配合尺寸，以備冷裝。

　　2.2冷裝溫度計(jì)算

　　冷裝溫度計(jì)算公式：

　　T=2i/dα

　　式中：T為零件所需的冷裝溫度，℃；α為被冷裝件的線膨脹系數(shù)，見(jiàn)表2；i為配合件的最大過(guò)盈，mm；d為配合直徑，mm。

　　2.3冷卻劑的選擇

　　常見(jiàn)的冷卻劑有：

　　(1)干冰--固體二氧化碳，能將零件冷卻至零下75℃，因溫降低而只適用于過(guò)盈小的套類零件。

　　(2)液態(tài)氨，能將零件冷至-120℃，直接同零件接觸會(huì)腐蝕零件，具有強(qiáng)烈的臭味，影響工人操作。

　　(3)液態(tài)氮，能將零件冷至-195℃，用它做冷卻劑較液態(tài)氨穩(wěn)定，對(duì)零件、冷卻箱不起腐蝕作用，是理想的冷卻劑。

　　(4)液態(tài)氧，能將零件冷至-180℃，略低于液氮，能助燃不能自燃。

　　根據(jù)步驟2計(jì)算所得溫度值，結(jié)合各冷卻劑的特性及現(xiàn)有設(shè)備，選用液氮為生產(chǎn)中冷卻劑。

　　2.4冷卻時(shí)間計(jì)算

　　冷卻時(shí)間計(jì)算公式：

　　零件所需的冷卻時(shí)間，min；α為與材料有關(guān)的綜合系數(shù)，見(jiàn)表3；δ為零件最大冷卻壁厚，mm。

　　SHAKO增壓缸戴好防護(hù)用具，將液態(tài)氮從液氮罐中小心地傾注在冷卻箱里，用鉗子、鐵絲或其他工具將鋁套放入冷卻箱里，透溫后用工具取出鋁套裝入相關(guān)孔中，動(dòng)作要迅速沉著，注意裝配的同心性，及時(shí)用木錘敲擊糾正裝配中產(chǎn)生的歪斜，直到冷裝到位。冷裝示意如圖6所示。

　　3、總 結(jié)

　　增壓缸的制造難點(diǎn)就在增壓缸的高壓腔三層通孔缸結(jié)構(gòu)的零件加工和組裝上，在制造過(guò)程中不僅要嚴(yán)格控制零件的外形尺寸，還要控制各零件的整體強(qiáng)度指標(biāo)，否者將無(wú)發(fā)滿足耐受高壓的設(shè)計(jì)要求；在組裝過(guò)程中要嚴(yán)格按照熱裝及冷裝工藝組裝，否則將造成三層缸之間裝配不到位，而又無(wú)法拆卸重頭再裝的尷尬局面，以致造成零件的報(bào)廢。