大型焊接液压油缸缸筒设计加工应用实例

引言

液压油缸对于液压机械来说是非常重要的部件，在整个液压机械中扮演执行元件的角色，整个过程中液压油缸就是把液压能转换成机械能。其工作性能和可靠性直接影响到工程、生产的进度和质量。为了便于液压元件和管路的选用，根据使用压力的范围我们可以把压力分级，分级压力如图表示

压力级别 低压 中压 中高压 高压 超高压

压力范围（Mpa） 0-2.5 >2.5-5 >8-16 >16-32 >32

液压油缸就相当于液压系统的心脏，心脏出问题很难修补，如发生裂纹渗漏现象。原公司生产设备一台1600T液压挤压机，工作压力22Mpa，就发生了这种情况。

原公司设备1600T液压挤压机，应用于铝型材生产线生产，此台设备原产台湾某公司生产的液压挤压机，在使用三年后缸体与法兰连接处出现二处裂痕，一是为130毫米长，另一处是110毫米长，并发生渗漏油现象，为处理好裂痕漏油故障，只好停机处理。

我们首先将油缸压紧法兰、端口密封件、活塞等配件进行拆除，对裂痕处进行清理处理（原缸体为铸钢件，我们应用红外线探测仪对缸体进行了全面检测，发现缸体多处在不同的位置存在气孔），在缸体裂痕处开内外U型槽口，直径方向外边U槽口深度35毫米；采用火焰对槽口进行预热、加热处理，温度控制在700℃--730℃，加热面积尽量大些；然后应用与缸体材料相同材质焊条（需进行除烘干处理）进行焊接，在焊接中当焊完一层后，应立即对缸体进行加热，重复上述工序，直到外U型槽口焊接完成。此时应立即对焊接油缸进行回火去应力处理（由于油缸安装在设备基础上，无法对油缸进行整体回火处理），只能应用火焰加热方式进行局部加热，因此难于消除焊接应力对焊缝的影响，在重新安装使用后证明这种应急的方法不能解决问题（由于修复处正是受应力集中的位置，开机生产运行后又出现裂纹）；为彻底解决缸体裂纹，决定更新油缸缸体。

在更新液压缸体时首先是考虑液压缸缸体的安全系数。

对缸体来说，液压力、机械力和安全系数有关的因素都对缸体有影响。液压缸因压力过高丧失正常工作能力而破坏，往往是强度问题、刚度和定性问题三种形式给表现出来，其中最重要的还是强度问题。要保证缸体的强度，一定要考虑适当的安全系数。

一、缸体的材料和技术要求

1）缸体材料

选取30钢

30钢各种机械性能参数。

σb≥490MPa， δ≥21%， 硬度165--179HBS，

许用应力[σ]=σs/n=295/5=59Mpa （油缸安全系数n=5，交变载荷）

2）缸体的技术要求、精度、表面粗糙度和形位公差要求

a.缸筒的内径可选用

H8、H9或H10配合。内径的表面粗糙度：活塞选用橡胶密封件密封，故取0.4～0.1m，并进行研磨

b.缸筒内径的圆度和圆柱度可选8级或9级精度

c.缸筒端面的垂直度可选7级精度

3）其他技术要求

a.缸筒内径端部倒角15～30，或倒R3以上的圆角，粗糙度不得过高，以免装配时损伤密封件

b.缸筒外露表面可涂耐油油漆。

c.锻件不得有砂眼、气孔、夹渣及组织疏松等缺陷

d.锻件时效处理

e. 在31.5MPa压力下保压10min不得有渗漏现象

二、缸筒结构如图示

三、缸筒的制作加工

1、缸筒分为三段进行锻打，前段（带法兰端），中间段，缩口尾部段。

2、缸筒三部分锻打完成后进行时效处理，并机加工车成坯料，连接焊接处倒角，使焊接件形成外U焊口，连接焊接顺序：前段与中间段焊接，再与缩口尾部段连接焊接。焊条选用φ3.2、J427，缸筒焊缝预热在180℃以上。

3、焊接方法：火焰加热，焊件旋转与自动焊接速度同步，依次将焊缝填满。

4、缸筒焊接好后，迅速将其送进加热炉进行回火处理。为保证缸筒能够完全消除焊接应力，将炉内温度升至550℃-600℃，保温4小时，然后随炉冷却，当用红外线测温仪，测量缸筒温度为常温时，便可按原设定的精度要求进行机械加工工序。

5、焊接缸体采取的措施

（1）尽可能采用碱性低氢型焊条。如J426、J427，其焊条焊接的焊缝塑性好、产生冷裂及热裂的危害性更小。

（2）预热是焊接和补焊中碳钢的主要工艺措施，一般情况预热温度可选150--250℃，加热范围为焊口两侧150—200毫米左右。

（3）焊接坡口尽量开成U型；坡口及附近的油锈要清理干净。

（4）焊条使用前要烘干，碱性焊条烘干温度为350--400℃，时间1—2小时。

（5）缸筒焊接操作采用短焊横向摆动手法（摆动幅度20毫米），焊后立即锤击焊缝释放应力；每焊接一、二根焊条后等温度稍下降后再接着焊，直至焊满。

（6）焊接完成后尽快将缸筒进行回火热处理，消除焊接应力。

按上述方法制作加工1600T液压挤压机缸体，强度达到设备生产使用要求，完全杜绝裂纹现象，现已正常运行多年。