968 工程科学学报，第43卷，第7期 处的内锥面承受较大的压应力，因阀套基体为调 质料，内锥表面硬度太低或剩余渗层太浅，都会导 致内锥面产生塑性或永久性变形，这不仅会造成 泄漏，且在液压泵的脉动、管道弹性、液压油可压 缩性及高急流、回流、漩涡等的共同作用下B,,溢 流阀会产生严重的颤振和气蚀，在损坏精密部件 的同时，使系统压力失稳并伴随出现系统振动和 较大幅度的压力漂移现象；虽然做了结构改进，在 a-Inner cone angle of valve sleeve;Lo-Positioning size of sealing line; 阀芯上设置了带有阻尼的滑阀芯)，但依然无法 L-Size of the datum shift.Contact seal section,e-Base level of transfer;/-Positioning reference plane;D-Contact seal diameter, 消除因上述原因带来的振动.基于对溢流阀的 D-Great circle of cone;Do-Match the diameter of the inner hole 静、动态特性及使用寿命要求，在精加工阀套内锥 图2阀套结构图 面时必须严格控制其角度误差及剩余渗层深度. Fig.2 Structure of the valve sleeve 热处理后的高硬度零件通常采用磨削或硬车 和耐冲击的特性，，以达到预设计的使用寿命 削加工：虽然采用数控硬车能够较好的控制精度， 针对该工况要求，阀套的材料工艺采用高强度调 但因阀套孔径较小、孔深较长，采用细长刀杆硬车 质料，在机加工时留有余量，而后进行碳氨共渗热 内锥面会产生振动形成纹路：加之碳氮共渗仅表 处理，热处理后再对留有余量部分进行精加工.碳 层高硬基体较软，残余应力的形成同时还受到切 氨共渗层一般都比较浅，较为经济的层深要求为 削用量的影响]，碳氨共渗件硬车削不但难以形 0.4~0.5mm3-1,为了获得表面高硬度，如图3所 成有效压应力还会造成相变并形成质变层，容易 示，内锥面渗层的最大法向磨削量必须控制在0.1mm 引起较早的剥落失效和疲劳裂纹：且硬车崩碎 屑形成的表面有利于点蚀20，将加速气蚀的永久 以内，即上偏差角、下偏差角达到极限位置时两端 的最大磨削量均不得超出0.1mm 性损坏，故不宜采用硬车削，适合采用磨削方式加 工.常规磨削内锥面的制造误差控制主要依靠机 床操作人员的自身技能来实现，进给时通过听声 判别是否接触磨削，磨削量凭借经验进给，角度误 差则结合进给量通过目测内锥面是否完全光亮确 定，而磨削装夹时定位基准选择对制造误差控制 的影响没有得到有效体现；如此的制造误差控制 完全是随机的，尤其对于大批量生产无法做到产 品质量的一致性，更无法精确控制各个阀套内锥 面的剩余渗层深度.目前较为普遍采用人工方式 修整砂轮，因角度修整误差较大，为了获得整个锥 面的目测光亮，势必会造成潜在的磨削量人为增 大，从而减小了渗层深度.影响制造误差的因素不 0-Lower deviation angle;B-Upper deviation angle;D-Center circle 仅是该道磨削工艺自身的操作控制方法，还包括 diameter;a/2-Half angle of inner cone;-Maximum grind amount in 影响磨削工艺的前道机加工误差、定位误差及热 normal direction;A-Axial dimension corresponding to the maximum normal grinding amount;-Sealing circle normal grinding amount; 处理变形带来的磨削量随机误差，要准确的控制 -Axial grinding amount of seal circle;L,-Axial position of seal 内锥面制造误差，不仅要全面分析影响因素，还应 circle before grinding;L-Axial position of seal circle after grinding 结合目前普遍的常规制造能力和检测手段，细化 图3角度偏差分析原理图 研究内锥面误差控制理论，并辅以便捷、精准的检 Fig.3 Schematic of angle deviation analysis 测方法，实现批量制造的过程精准控制 对于采用典型的金属应力接触锥面密封的溢 2内锥角误差分析 流阀，大约90%的泄漏是由于液压油在微尺度上 渗入内锥表面的凹凸不平所引起的，在系统高 2.1误差模型建立 压负荷时阀芯承载的静态载荷较高，接触密封圆 如图3所示，获得制造误差上下偏差的直接方和耐冲击的特性[5,12] ，以达到预设计的使用寿命. 针对该工况要求，阀套的材料工艺采用高强度调 质料，在机加工时留有余量，而后进行碳氮共渗热 处理，热处理后再对留有余量部分进行精加工. 碳 氮共渗层一般都比较浅，较为经济的层深要求为 0.4～0.5 mm[13–14] ，为了获得表面高硬度，如图 3 所 示，内锥面渗层的最大法向磨削量必须控制在 0.1 mm 以内，即上偏差角、下偏差角达到极限位置时两端 的最大磨削量均不得超出 0.1 mm. La Lb λ1 λ2 β Dc D1 θ ζ1 ζ2 α/2 Di Dp θ—Lower deviation angle; β—Upper deviation angle; Dc—Center circle diameter; α/2—Half angle of inner cone; ζ1—Maximum grind amount in normal direction; λ1—Axial dimension corresponding to the maximum normal grinding amount; ζ2—Sealing circle normal grinding amount; λ2—Axial grinding amount of seal circle; La—Axial position of seal circle before grinding; Lb—Axial position of seal circle after grinding 图 3    角度偏差分析原理图 Fig.3    Schematic of angle deviation analysis 对于采用典型的金属应力接触锥面密封的溢 流阀，大约 90% 的泄漏是由于液压油在微尺度上 渗入内锥表面的凹凸不平所引起的[15] ；在系统高 压负荷时阀芯承载的静态载荷较高，接触密封圆 处的内锥面承受较大的压应力，因阀套基体为调 质料，内锥表面硬度太低或剩余渗层太浅，都会导 致内锥面产生塑性或永久性变形，这不仅会造成 泄漏，且在液压泵的脉动、管道弹性、液压油可压 缩性及高急流、回流、漩涡等的共同作用下[3,16] ，溢 流阀会产生严重的颤振和气蚀，在损坏精密部件 的同时，使系统压力失稳并伴随出现系统振动和 较大幅度的压力漂移现象；虽然做了结构改进，在 阀芯上设置了带有阻尼的滑阀芯[17] ，但依然无法 消除因上述原因带来的振动. 基于对溢流阀的 静、动态特性及使用寿命要求，在精加工阀套内锥 面时必须严格控制其角度误差及剩余渗层深度. 热处理后的高硬度零件通常采用磨削或硬车 削加工；虽然采用数控硬车能够较好的控制精度， 但因阀套孔径较小、孔深较长，采用细长刀杆硬车 内锥面会产生振动形成纹路；加之碳氮共渗仅表 层高硬基体较软，残余应力的形成同时还受到切 削用量的影响[18] ，碳氮共渗件硬车削不但难以形 成有效压应力还会造成相变并形成质变层，容易 引起较早的剥落失效和疲劳裂纹[19] ；且硬车崩碎 屑形成的表面有利于点蚀[20] ，将加速气蚀的永久 性损坏，故不宜采用硬车削，适合采用磨削方式加 工. 常规磨削内锥面的制造误差控制主要依靠机 床操作人员的自身技能来实现，进给时通过听声 判别是否接触磨削，磨削量凭借经验进给，角度误 差则结合进给量通过目测内锥面是否完全光亮确 定，而磨削装夹时定位基准选择对制造误差控制 的影响没有得到有效体现；如此的制造误差控制 完全是随机的，尤其对于大批量生产无法做到产 品质量的一致性，更无法精确控制各个阀套内锥 面的剩余渗层深度. 目前较为普遍采用人工方式 修整砂轮，因角度修整误差较大，为了获得整个锥 面的目测光亮，势必会造成潜在的磨削量人为增 大，从而减小了渗层深度. 影响制造误差的因素不 仅是该道磨削工艺自身的操作控制方法，还包括 影响磨削工艺的前道机加工误差、定位误差及热 处理变形带来的磨削量随机误差，要准确的控制 内锥面制造误差，不仅要全面分析影响因素，还应 结合目前普遍的常规制造能力和检测手段，细化 研究内锥面误差控制理论，并辅以便捷、精准的检 测方法，实现批量制造的过程精准控制. 2    内锥角误差分析 2.1    误差模型建立 如图 3 所示，获得制造误差上下偏差的直接方 D1 α L0 D0 L1 e h y Di α—Inner cone angle of valve sleeve; L0—Positioning size of sealing line; L1—Size of the datum shift; y—Contact seal section; e—Base level of transfer; h—Positioning reference plane; D1—Contact seal diameter; Di—Great circle of cone; D0—Match the diameter of the inner hole 图 2    阀套结构图 Fig.2    Structure of the valve sleeve · 968 · 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期