液压缸的结构及机械加工工艺分析

液压缸的结构及机械加工工艺分析
液压缸是工程机械的执行元件，工作时轴向承受压力较大，径向压力较小，其内孔及外圆加工精度要求高，加工难度大。

通过对液压缸结构和加工工艺的分析，确立了液压缸结构的设计路线，确定了液压缸机械加工工艺的流程，保证零件的合格率，提高生产效率。

标签：液压缸；工艺分析；液压缸结构
0 引言
液压缸被广泛运用于工程机械，使得其在复杂的工况条件下径向和轴向都承受压力，但由其工作场合不同，径向和轴向的压力往往不同。

为考虑安全问题，液压缸性能要求稳定、可靠，其中衡量液压缸的质量的标准就是漏油程度，基于上述原因，对液压缸结构及加工工艺的分析就显得尤为重要。

1 液压缸零件结构的分析
液压缸由活塞、活塞杆、缸体及端盖等零件组成，各零件的结构工艺参数以及加工精度直接影响液压缸整体的性能。

同时，各零件装配完成以后的刚度、强度以及零件相互协作的稳定性直接影响液压系统的使用寿命、可靠性、稳定性。

（1）液压缸缸体直径的选择。

缸体作为液压缸的主要零件之一，缸体结构尺寸直接影响液压系统的结构、体积、强度、刚度。

本文的液压缸是用于工程机械中的，因此选取了缸体内径为70mm的作为参考依据。

当内径为70mm时，其尺寸精度取7级，内孔表面粗糙度要求小于0.32um，为避免漏油，需保证同轴度的公差为0.04mm。

缸体的结构参数是液压缸能可靠工作的关键，因此进行参数设计必须考虑全面，才能保证缸体的可靠度。

（2）液压缸缸体壁厚的选择。

液压缸缸体的壁厚直接影响液压缸的工作性能。

通常，液压缸缸体壁可分为薄厚两类。

缸体壁厚与缸体内径之比小于0.1的称之为薄壁缸体；缸体壁厚与缸体内径之比大于0.1的称之为厚壁缸体。

在确切的计算中还需要考虑安全系数、缸体材料抗拉强度等关键因素。

（3）液压缸缸底厚度的选择。

在液压缸中，较大的压力往往集中于缸体底部，因此对于缸体底部的结构设计必须必须满足一定的要求。

缸体底部承受的压力不仅来自于液压系统自身的压力，还来源于大气压，若缸体底部的厚度达不到一定的标准，可能酿成巨大的安全事故。

通常缸体底部厚度选择需要考虑缸底内径、许用应力以及压强等多个因素。

（4）活塞杆直径的选取。

活塞杆的外圆主要和缸体内壁配合工作，同时活塞杆随导向装置中来回滑动，因此其直径太大或者过小都将引发机械锁死、漏油、划伤缸体等一些列故障。

通常，活塞杆的直径确定依靠活塞往返与缸体内壁的速
度之比，通过对往返速度之比的深入比较，才能确定活塞的最佳直径。

（5）导向装置长度的选取。

为使活塞杆能在导向装置内部做完整的往返运动，因此导向装置过长或导向装置过短都将引发故障，使得导向装置失去相应的导向效果；过长的导向装置直接增大液压缸缸体内壁的所需面积，过短的导向装置直接降低活塞杆的行程。

因此，只有选择合理的、合适长度的导向装置，才能使液压缸正常运转的过程中保證最佳的导向效果。

2 液压缸结构对强度的影响
液压缸是液压系统传递动力的重要元件，不同液压缸的工作环境有一定差异，因此不同的液压缸运用场合也不同。

但是不管是运用于什么场合的液压缸，强度和刚度都是最基本的要求。

工程机械中的液压缸，其缸体结构承受的拉力和压力比较高，故而对缸体的可靠性和安全性相对较高，所以通常在设计液压缸零件的过程中都必须对其强度和刚度进行校核。

（1）活塞杆直径的校核。

液压缸的活塞杆承受载荷较大，在刚体内做规则的来回运动，稳定工作情况下，活塞杆受到推力、拉力以及扭矩。

鉴于活塞杆所受载荷分布较多，且不均匀，所以具有高强度以及良好的刚度是活塞杆的必备条件。

（2）缸体壁厚的校核。

液压系统在正常工作的情况下，整个液压系统充斥很大压力，通常为几十兆怕甚至几百兆帕，为保证液压缸缸体不发生变形或裂开，因此要求缸体具有足够的厚度来承受液压系统的压力。

（3）液压缸的稳定性校核。

对于液压缸而言，稳定性的校核重点在于活塞杆稳定性的校核，活塞杆是液压缸的重要零件之一，因此校核活塞杆的稳定性是一个举足轻重的步骤。

通常是校核活塞杆的细长比，必须保证细长比小于某个临界值，才能保证液压缸的活塞杆具有稳定性。

3 液压缸加工工序确定
液压缸本身的加工难度很大，通常的机械加工过程中，液压缸容易受自身重力和外界切削力的影响，使得工件变形。

液压缸的加工标准十分严格，同时直线度、圆柱度、垂直度等因素不易得到保证，为确保达到液压缸所需的加工精度，因此設计合理的机械加工工序显得十分重要，工序选则合理不仅减少工作量，还可直接提高生产效率。

（1）液压缸加工工艺方案确定。

无缝钢管在液压缸的生产中使用率较高，但是造成的废品率却不低，其唯一的原因在于很难保证直线度，同时也难以保证内孔圆柱度。

鉴于上述原因，选择冷轧的精密的无缝钢管作为毛坯更合理。

（2）液压缸主要工序实施的确定。

首先，磨端面采用砂轮机，目的是使得端面更加平整，从而提高后续的加工精度和安装位置精度。

其次，磨内孔需要辅
助支撑才能减小变形，因工件轴向尺寸长，同时刚度较差，增加辅助支撑不仅提高了刚度，而且提高加工精度，如直线度、圆柱度等；在磨内孔的基础上，可增加珩磨内孔这道工序，其作用是为了提高内孔的粗糙度，保证相应的加工精度，此后可按照该孔的轴线和端面为基准进行下一个工序的加工。

4 结束语
对液压缸的活塞、活塞杆、缸体及端盖等零件组成进行结构分析，再对各零件的结构工艺参数以及加工精度影响液压缸整体的性能进行比较，概括出液压缸结构设计需要注意的事项和液压缸机械加工工艺的要求。

同时，对各零件装配完成以后的刚度、强度以及零件相互协作的稳定性进行检核，分析了直接影响液压系统寿命和可靠性的因素。

参考文献：
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[2]王益群，高殿荣.液压工程师技术手册[M].北京：化学工业出版社，2009.
[3]范仁杰，程启森.典型零件机械加工工艺设计与实施[M].北京：北京邮电大学出版社，2015：167-223.
作者简介：张榕宾（1976-），男，本科，一级指导教师（讲师），研究方向：数控机加工。