1序言控制閥是機(jī)電液控制系統(tǒng)的重要零件之一，主要用來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的擋位選擇及換擋，廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、油氣田開采裝備等變速器的換擋控制，其加工制造水平直接關(guān)系到變速器各擋位換擋的可靠性和平順性。控制閥屬細(xì)長桿零件，其工藝制造涉及大長徑比的高精度外圓加工，零件軸向設(shè)計(jì)有多處油槽，徑向設(shè)計(jì)有不均勻的偏心油孔，油槽與油孔垂直交叉，不對稱分布，在車削或磨削精加工外圓過程中，常因剛性不足而產(chǎn)生撓性變形，影響零件的加工精度，產(chǎn)品加工合格率及生產(chǎn)效率極低。本文通過對零件結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，配制特殊比例的便于重復(fù)利用的低熔點(diǎn)合金，對控制閥油道進(jìn)行澆注填充，并使用大長徑比細(xì)長桿加工裝置增強(qiáng)零件的加工剛性，避免了零件在加工過程中因受切削力影響而產(chǎn)生變形和振動(dòng)，零件加工合格率及生產(chǎn)效率得以大幅提升。2控制閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)控制閥結(jié)構(gòu)如圖1所示，坯料為45鋼，在桿件的各段設(shè)計(jì)有圓弧狀油槽，同時(shí)設(shè)計(jì)徑向偏心深孔（φd3處的偏孔及φd4孔深度近280mm）與油槽接通，控制閥外圓與閥體內(nèi)孔裝配后需保持一定裝配間隙（0.025～0.035mm）[1]，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液力變速器的各擋位換擋?？刂崎y在加工過程中因受切削力、切削熱和夾緊力的影響，易產(chǎn)生變形和振動(dòng)?？刂崎y長徑比達(dá)40∶1以上，屬典型的大長徑比細(xì)長桿零件，且在徑向和軸向設(shè)計(jì)有分布不均的油孔和油槽，精加工外圓時(shí)，零件加工剛性差，且易產(chǎn)生跳動(dòng)，零件外圓加工質(zhì)量不易得到保證。該零件生產(chǎn)類型為小批量生產(chǎn)，其外圓尺寸精度、幾何公差和表面質(zhì)量是影響控制閥實(shí)現(xiàn)變速器換擋平順性和可靠性的關(guān)鍵因素。圖1控制閥結(jié)構(gòu)3控制閥外圓精加工工藝分析控制閥外圓精加工是影響產(chǎn)品加工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，因其長徑比大而易產(chǎn)生撓性變形，且受不均布的油孔和油槽影響，高速旋轉(zhuǎn)加工時(shí)易產(chǎn)生跳動(dòng)，加工振動(dòng)隨之加劇，變形較大，產(chǎn)品質(zhì)量不受控。為解決精加工難題，?？紤]對零件進(jìn)行澆注填充以增強(qiáng)其加工剛性。零件填充物在機(jī)械加工領(lǐng)域常選用石蠟、尿素及低熔點(diǎn)合金等物質(zhì)。針對控制閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為減少零件質(zhì)量分布不均的影響，控制閥填充物選擇低熔點(diǎn)合金進(jìn)行澆注填充，近似于鑄造，使零件形成一個(gè)剛性實(shí)體，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，減少零件的徑向圓跳動(dòng)，且零件剛性得到加強(qiáng)，不易變形。低熔點(diǎn)合金的配制方法很關(guān)鍵，配制材料成分及比例對控制閥澆注填充的實(shí)效性影響較大。控制閥澆注填充低熔點(diǎn)合金后，其加工剛性得以增強(qiáng)，但該零件長徑比較大，如再配合細(xì)長桿加工裝置（一種避免細(xì)長桿零件徑向圓跳動(dòng)的裝置）進(jìn)行精加工，可極大地提高零件的加工剛性，最大程度地減少零件因切削力而產(chǎn)生的振動(dòng)、撓性變形等不利影響，保證零件的外圓尺寸精度及幾何公差要求。具體工藝安排如下：1）對完成油孔和油槽加工后待精加工外圓的控制閥進(jìn)行低熔點(diǎn)合金澆注。2）采用細(xì)長桿加工裝置對零件外圓開展車削或磨削，保證外圓φd1和φd2的尺寸精度、幾何公差精度和表面質(zhì)量。3）溶解合金，清除殘留在控制閥油孔及油槽表面上的合金，清洗工件。4）鉗加工，去除零件精加工產(chǎn)生的銳邊毛刺。4控制閥外圓精加工工藝控制閥澆注低熔點(diǎn)合金后，在車床或磨床上使用細(xì)長桿加工裝置，對外圓φd1和φd2進(jìn)行精加工，具體加工工藝如下。1）配制低熔點(diǎn)合金，并校直工件。2）熱處理：待工件油槽和油孔加工后進(jìn)行低溫回火，加熱到（150±10）℃保溫2h，隨爐空冷，消除工件內(nèi)應(yīng)力。3）鉗加工：對工件各段系列圓弧狀開口油槽進(jìn)行密封包扎。4）工件預(yù)熱：將工件放于烘箱中預(yù)熱并保溫，加熱至（110±10）℃，保溫30min。5）熔化合金：合金加熱熔解，撇去浮渣及雜物，在230℃進(jìn)行保溫待澆注。6）澆注合金：測量并控制液態(tài)合金溫度。用不銹鋼料勺盛裝合金溶液，并測量其溫度，控制在（210±10）℃待澆注，溫度偏高時(shí)空冷降溫。從烘箱中取出工件進(jìn)行合金澆注，澆注過程中保證工件油孔和油槽處澆足。7）冷卻：工件澆注后進(jìn)行空冷降溫，直至合金冷凝為固態(tài)。8）拆卸：拆卸工件上的包扎附屬物，用保護(hù)套對工件進(jìn)行保護(hù)。9）對工件進(jìn)行精加工：使用細(xì)長桿精加工裝置，將工件夾持于自定心卡盤之上，取下保護(hù)套，在車床或磨床上，根據(jù)工藝要求對工件進(jìn)行精加工，保證工件的尺寸要求和幾何公差。10）在金屬容器中注入機(jī)油，油液深度應(yīng)能沒過工件。11）溶解合金：把工件放入油液中加熱，嚴(yán)控油液溫度，使合金充分溶解。12）清理工件：取出工件，清除殘存在細(xì)長桿控制閥油孔及油槽表面上的合金，用煤油清洗工件。13）合金回收：分離金屬容器中的合金與機(jī)油，保存合金備用。14）鉗加工：清除精加工后工件表面產(chǎn)生的銳邊毛刺。5低熔點(diǎn)澆注合金的配制方法細(xì)長桿控制閥的澆注合金必須滿足澆注填充要求，合金澆注后應(yīng)具有較低的熔點(diǎn)、良好的剛性、較小的膨脹系數(shù)、較好的可結(jié)合性和可脫離性[3]，配制的合金必須滿足以下幾點(diǎn)要求：①具有較低的熔點(diǎn)，但又要避免填充合金因零件在切削加工過程中受到切削熱而產(chǎn)生熔化，以便實(shí)現(xiàn)填充合金的狀態(tài)變化，易于完成零件的合金填充，同時(shí)減少熱變形對零件的影響。合金熔點(diǎn)在110℃～150℃較為理想。②具有足夠的剛度，以控制零件加工時(shí)的變形量＜零件尺寸公差的10%。③合金的膨脹系數(shù)要小，確保在常溫下，零件腔內(nèi)的填充合金收縮量＜零件尺寸公差的10%。④具備良好的可結(jié)合性和可脫離性?？山Y(jié)合性指填充物凝固時(shí)與零件間具有較好的結(jié)合力；可脫離性指熔化后的填充物不會(huì)殘留在零件腔內(nèi)而造成質(zhì)量問題。針對控制閥的45鋼材料，低熔點(diǎn)合金配制成分主要選用鉍、鉛、錫和鎘4種材料，主要考慮選用材料無毒無害，符合職業(yè)環(huán)境健康要求，且所選金屬材料常用、易于采購。具體配制方法：以鉍金屬為主要成分，逐漸加入鉛、錫和鎘金屬元素，并不斷改變其含量，嚴(yán)格按照鉍50%、鉛26.7%、錫13.3%和鎘10%的比例進(jìn)行配制，待各種金屬熔解后，攪拌均勻，然后進(jìn)行冷卻凝固，便可配制成低熔點(diǎn)合金。該合金熔點(diǎn)為138.5℃，冷凝時(shí)膨脹系數(shù)為0.05%。低熔點(diǎn)合金配制及使用、回收過程要注意以下幾點(diǎn)。1）低熔點(diǎn)合金配制要嚴(yán)格按照金屬元素給定比例進(jìn)行，且在配制時(shí)要及時(shí)將雜質(zhì)、金屬氧化物清理干凈。2）在使用和回收過程中，應(yīng)避免合金被污染，及時(shí)清理合金溶液中的切屑和雜質(zhì)。3）低熔點(diǎn)合金可重復(fù)使用，但在回收利用過程中，要定期對低熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)及成分進(jìn)行檢測，避免合金因重復(fù)利用導(dǎo)致消耗過大而降低性能。低熔點(diǎn)合金循環(huán)使用次數(shù)最好不超過4次，多次回收利用會(huì)導(dǎo)致一些合金成分發(fā)生消耗，造成配制比例發(fā)生改變，從而引起合金成分及熔點(diǎn)的變化。6控制閥細(xì)長桿外圓精加工裝置為增強(qiáng)大長徑比控制閥的加工剛性，避免零件在精加工時(shí)因切削力作用而產(chǎn)生徑向跳圓動(dòng)，在對控制閥油孔和油槽進(jìn)行澆注、增強(qiáng)零件加工剛性的同時(shí)，使用細(xì)長桿加工裝置進(jìn)行精加工，零件加工精度得到了有效保證。細(xì)長桿精加工裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括自定心卡盤2和活動(dòng)頂頭4，自定心卡盤2與機(jī)床主軸固定聯(lián)接在一起，用于夾持細(xì)長桿工件1，并且在活動(dòng)頂頭4的作用力下保持平穩(wěn)?；顒?dòng)頂頭4與切削刀具3均安裝于機(jī)床刀座7之上，并且對稱地分列于工件1的兩側(cè)，機(jī)床刀座7之上設(shè)置有空槽，空槽以內(nèi)放置有彈性構(gòu)件5，活動(dòng)頂頭4一端置于機(jī)床刀座7以內(nèi)，并且與彈性構(gòu)件5的一端活動(dòng)連接，彈性構(gòu)件5的另一端與圓柱頭螺釘6活動(dòng)連接。圖2細(xì)長桿精加工裝置結(jié)構(gòu)1—細(xì)長桿工件2—自定心卡盤3—切削刀具4—活動(dòng)頂頭5—彈性構(gòu)件6—圓柱頭螺釘7—機(jī)床刀座在車床或磨床上精加工細(xì)長桿控制閥的過程中，先用自定心卡盤2裝夾細(xì)長桿工件1，工件的加工處與機(jī)床的切削刀具3相接觸，還與活動(dòng)頂針4相接觸，活動(dòng)頂針4的位置可以通過圓柱頭螺釘6調(diào)整，擰緊圓柱頭螺釘6則彈性構(gòu)件5受壓，活動(dòng)頂針4被頂出。圓柱頭螺釘6根據(jù)細(xì)長桿的直徑大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)整彈性構(gòu)件5的力度，防止細(xì)長桿出現(xiàn)跳動(dòng)的現(xiàn)象，從而達(dá)到提高細(xì)長桿切削加工精度的目的。切削刀具3可以是直桿狀車刀，也可以是圓盤形的砂輪，活動(dòng)頂頭4暴露于機(jī)床刀座7外部的結(jié)構(gòu)外形與切削刀具的外形形狀按照以下兩種方式匹配：①切削刀具為直桿狀刀具時(shí)，活動(dòng)頂頭4暴露于機(jī)床刀座7外部的結(jié)構(gòu)外形為圓柱體。②切削刀具為圓盤狀刀具時(shí)，活動(dòng)頂頭4暴露于機(jī)床刀座7外部的結(jié)構(gòu)外形為圓盤形滾輪。此外，活動(dòng)頂頭4一端設(shè)有臺(tái)階，臺(tái)階端容置于機(jī)床刀座7的空槽中，圓柱頭螺釘6外端面設(shè)置有內(nèi)六角盲孔，便于擰緊或松開圓柱頭螺釘6。彈性構(gòu)件5為圓柱螺旋壓縮彈簧。精加工控制閥外圓時(shí)，活動(dòng)頂頭與切削刀具對稱地分列于工件的兩側(cè)，使切削刀具作用于工件上的切削力與活動(dòng)頂頭作用于工件上的作用力保持大小相等、方向相反的狀態(tài)，兩個(gè)作用力相互抵消，使工件在切削加工過程中不受外部作用力的干擾，可有效防止工件出現(xiàn)跳動(dòng)，從而提高了工件的加工精度，提升了產(chǎn)品加工質(zhì)量。7結(jié)束語實(shí)踐證明，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，合理的