液压缸筒用钢管椭圆度分析

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液压缸筒是液压油缸的重要组成部分。是将液压能转变为机械能 、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械液压系统中得到广泛应用。液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置与缓冲装置组成，液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比，而缸筒是形成内腔盛装流体的关键元件 ，因此液压缸筒对液压油缸的寿命起到关键性作用。

液压缸筒经过国内各生产厂家多年的生产研究，已经在我国液压行业发挥出越来越大的作用。然而，由收稿日期：2012-07-03作者简介：韩波(1975-)，男，湖北十堰人，工程师，本科，研究方向为金属材料延压加工。

于制造液压缸筒所需钢管对内外径椭圆度要求较高，而在冷拔高钢管生产实践中，椭圆度现象-直以来又难以解决，不能完全彻底消除，只能改善和降低，所以，在制造液压缸筒时钢管内壁珩磨和外圆车削加工量比较大。

根据冷拔钢管生产分析，液压缸筒用钢管椭圆度产生的主要原因由以下组成 。

1 生产设备冷拔工艺生产中，冷拔设备是由上料床 、拉伸床、模具座、拉伸小车及动力源为主所组成。需要达到三点- 线的原则，即顶杆基点、淖中心点、拔制力中心点在同-条拉伸直线上，如果该三点不在同-条拉伸直线上，那么会出现：1)顶杆基点偏离拉伸中心线形成钢管内径椭圆顶头是决定钢管内径的关键构件。其定径带属于圆柱状，理论上钢管的内孔等于顶头的直径，并且顶头47液压 气动 与密 封/2013年第 02期的定径带工作面与外模的定径带工作面呈平行状态。

如果顶杆基点偏离拉伸中心线，在拔制钢管时，受到拔制力影响，顶头纵向轴线与外模的定径带工作面不平行，形成-定夹角，顶头的工作面由平行面改变为斜面。当金属通过顶头时 ，受到顶头 的向外扩张压力 ，在顶头倾斜的方向，钢管的内孑L直径大于顶头的直径 ，而与倾斜方向垂直方向的钢管内径等于顶头的直径，从形成内孔椭圆，如下图 1所示。

图 1 顶杆基点偏离拉伸 中心线根据上述分析及 图示 .d为正 圆形 ，D为椭 圆形 ，为了避免该现象的发生，生产实践中需要使顶杆基点与拉伸淖中心点以及拔制力中心点在同-条拉伸直线上，同时，顶头的定径带长度应尽量大于外模定径带长度。

顶杆弯曲所产生的椭圆现象原理如上述相同，因此生产实践中应保持顶杆平直状态。

2)拉伸模孑L中心点偏离拉伸中心线外模是决定钢管外径的关键构件，其定径带属于圆柱状.理论上钢管的外径等于外模定径带工作面直径。如果拉伸淖中心点偏离拉伸中心线，并且外模纵向轴线与拉伸中心线不平行，形成-定夹角，那么外模工作面由平行面改变为斜面。当金属通过外模定径带工作面时，受到外模内收压力影响，在倾斜的方向，钢管的外直径小于外模的直径，而与倾斜方向垂直方向的钢管外径等于外模的直径 ，从形成外径椭圆，如图 2所示外模内模钢管图 2 拉伸淖中心点偏离拉伸 中心线根据上述分析及图示，D为正圆形，d为椭圆形，为了避免该现象的发生，生产实践中需要使拉伸模孑L中48心点与顶杆基点以及拔制力中心点在同-条拉伸直线上。并且拉伸淖纵向中心线与拉伸中心线平行。

3)拔制力中心点偏离拉伸中心线钢管在外模内收压力和内模扩张压力的作用下形成标准的金属制品型式，如果拔制力中心点或拉伸小车钳口中心点偏离拉伸中心线，钢管在滑出模具定径带外端的瞬间，钢管纵向轴线与拉伸中心线不平行，而形成-定夹角，内外模具作用下已经标准的金属制品型式受到弯曲拉力影响.金属产生横向滑移，钢管产生微量形变，使弯曲方向的钢管外径缩小，而与弯曲方向垂直方向的钢管外径变大，并且产生钢管弯曲现象，如图 3所示图 3 拔制力中心点偏离拉伸 中心线2 工装模具1)模具的材质及强韧化处理模具的质量、制造精度和合格率很大程度上撒于制造模具的材料.合理的选用模具材料并进行精确的成形加工和适当的强韧化处理，能够有效提高模具的使用寿命。

液压缸筒用钢管模具较为合适的模具材料为硬质合金 YG系列，对于规格较大的可采用冷作合金模具钢Crl2。由于硬质合金 YG系列材料基本不存在变形现象，以及合金模具钢 Crl2属于微变形材料，所以选用上述材料能够有效满足液压缸筒用钢管的拉伸需求。

在后处理上，判断模具好坏的指标主要是强度、硬度、耐磨性、抗氧化性、疲劳性、导热性以及耐蚀性，由于液压缸筒用钢管生产属于常温加工工艺，所以模具的红硬性等高温下性能可以不予考虑。

通常情况下，液压缸筒用钢管拉伸外模以YG系列的YG8材料为主.外模的硬度需要控制在 HRc87-90为宜.抗弯强度控制在 1450～1500MPa为宜；YG系列材料内模以YG11为主。内模的硬度需要控制在 HRc83～86为宜，抗弯强度控制在 2000～2100MPa为宜。而合金模具钢 Crl2材料内模和外模硬度需要控制在 HRc60～64为宜」弯强度和硬度过高，模具容易在压力和摩擦力作用下破碎 ，抗弯强度和硬度过低，模具容易在压力Hydraulics Pneumatics& Seals/No.02.2013和摩擦力作用下产生形变，导致钢管产生椭圆等现象，以及耐磨性下降，钢管拉伸时产生划丝等不良现象。

2)模具的型式设计根据模具材料的选择，材料本身具备足够的抗弯强度和抗变形能力，但是面对巨大的拉力、摩擦力和工作压力，材料本身的抗弯强度和抗变形能力远远达不到要求，因此 ，需要在合金模坯的外面镶上模套，选择合适的模套和镶套方法，减少和抵消合金模坯所承受的工作压力，保证其在外力作用下或受热膨胀后不发生松动、变形、破碎等现象。模套的材料要具有较高的导热性、弹性和屈服极限，同时还需要具有抗蚀性，-般情况下使用 45#、50#钢，也可用 T8A、T10A、T12A等优质碳素工具钢，如果拉伸工作应力过大时，应该考虑采用 9CrSi、5CrMnMo、40Cr等合金结构钢。在将模芯放入模套中时，要留充足合适的过盈量，防止拉伸时候发生模具破碎和变形等现象。

模套的导热性和过盈量.是模具型式设计的重要参考因素.导热性能的好坏，决定着模具工作过程中的热量能否有效传递和散发，以确保模具的抗热疲劳失效现象。而过盈量是模具抵抗膨胀压力的关键，更是模具破碎的直接因素。因此导热性和过盈量在模具型式设计时至关重要，不容忽视。

采取上述控制措施，拉伸模具工作表面有较高的硬度和耐磨性，淖能够满足变形需要 ，并且拉伸力孝拉伸稳定、变形均匀、模孑L磨损均匀，尤其是避免了拉伸时因强度和过盈量不足而产生过大的变形 ，从而能够保证拉伸后钢管尺寸公差。

3 工艺操作液压缸筒用钢管的冷拔工艺较为普遍，主要以少减径多减壁为原则，以防止冷加工后钢管应力释放所存在不均衡现象，而引起变形和精度波动，所以在此不作详述.仅对工艺操作进行论述。

工艺操作在液压缸筒用钢管实践生产中极为重要，由于液压缸筒用钢管属于精密钢管系列 ，如果操作不当容易产生钢管精度下降等问题，但是归纳起来主要有以下几点：首先要注意上料。在钢管向上料床输送后，钢管在上料床上需要保持水平状态。尤其是拉伸过程中对钢管水平的要求极为重要，如果钢管发生倾斜 ，则金属进入拉伸模具时，在模具的过渡区域产生金属横向滑移不均衡现象，容易产生钢管内外径向椭圆和尺寸波动不稳等现象。

其次要注意模具的安置。拉伸模具中心点要位于拉伸中心线上。并且模具工作面及模具端面要与拉伸中心线保持垂直。在操作过程中，最容易产生的现象就是模具工作面及模具端面未与拉伸中心线相垂直 ，产生该现象主要原因在于模具外套产生变形，以及拉伸淖变形或存有杂物。如果模具安置不当，就会产生图2所述现象.钢管产生椭圆等现象。

最后要注意夹头。在拉伸过程中，夹头的大孝位置和型式也直接影响到钢管的直线度、精度，如果拉伸夹头过小，或拉伸夹头型式多元化.尤其是钳夹位置不宜，就会产生图3所述现象，钢管产生椭圆等现象。

4 原材料原材料除了影响钢管性能、直线度外，如果原材料钢管壁厚存在落差较大现象，钢管经过拉伸后，在冷拔状态或经过热处理后，其应力释放存在较大差异，从而产生钢管变形和径向椭圆现象。因此.对于生产液压缸筒用钢管的原材料 ，在钢管壁厚同心度上要加强控制，以确保冷加工后的钢管应力释放达到均衡自然。

5 结论根据上述液压缸筒用钢管椭圆度分析，可以看出：液压缸筒用钢管椭圆度成因存在多元化复杂现象 ，除了上述列举因素外，在生产实践中还有很多，例如拉伸后的钢管在运输、热处理、外力撞击、挤压等诸多情形下同样容易产生变形和椭圆。但是。只要能从以上几方面人手，那么液压缸筒用钢管椭圆度缺陷就能有效降低和改善，从而能够有效的减小在制作油缸筒时钢管的珩磨量和车加工量，有效的提高钢管的材料利用率和成品缸套的成材率。