中车戚墅堰机车有限公司 江苏常州 213011
摘要：我公司生产的QC7铲枪主要用于凿岩，除锈，锤击等机械化作业，主要靠压缩空气带动活塞往复运动产生冲击进行工作的。因此压缩空气的进入与阻断过程和活塞在枪筒腔体中的滑动是否顺畅关系着铲枪的能否有效的工作。本文主要从铲枪的生产制造中出现的漏风现象以及活塞在枪筒腔体中滑动不顺畅的情况分析原因，进行工艺改进和制造珩磨装置来改善铲枪的生产过程中的问题，提高了铲枪生产时组装效率和质量。
关键词：钢珠式阀门；珩磨装置；珩磨油石；粘结方法
1 QC7铲枪生产组装过程中常出现的故障
我公司生产的QC7铲枪主要用于凿岩、除锈、锤击等机械化作业，靠手柄装置控制压缩空气进入到叶片阀，通过叶片阀进气口和排气口的形成风能作用于活塞，使活塞在枪筒腔体内进行往复运动产生冲击工作。
铲枪手柄是控制压缩空气进入叶片阀的装置，但在生产组装过程中，常常出现压缩空气泄露现象造成铲枪的风能不足冲击力不够或者不需要铲枪工作时，由于漏风造成铲枪冲击运动不能完全停止，存在安全隐患，因而导致手柄因为漏风现象进行返修或产生废品。
铲枪组装完毕后，主要的工作就是通过活塞在枪筒腔体中的往复运动带动冲击动作进行工作的。但是在生产过程中，活塞在腔体中的滑动不是很流畅，有卡滞现象，铲枪的冲击行为无法形成，导致铲枪无法正常工作。
2 QC7铲枪生产组装中的手柄与枪筒出现故障的原因分析
2.1铲枪手柄出现故障原因分析
铲枪的手柄体上设有起动机构。起动机构包括压柄开关和进气阀。控制压缩空气的通、断主要就是靠压柄开关和进气阀。按下压柄开关，压柄开关顶到顶杆上，顶杆顶出进气阀芯，进气阀芯与进气阀套产生空隙，压缩空气通过进气阀进入到叶片阀形成风能，松开压柄开关进气阀芯被弹簧装置弹回与进气阀套贴合形成密封状态。进气阀主要是有进气阀芯和进气阀套组成。进气阀芯是一个（如图1）车床加工成Φ14mm的外圆，同时在上端加工与外圆形成45°夹角的斜面，在下端钻攻M10×1的螺纹孔的阀芯零件。进气阀套是一个（如图2）一端加工内孔尺寸Φ14mm深21mm，另一端加工内孔尺寸Φ11.5mm深9mm，两孔交接处形成内阀口，在距离内阀口5mm的位置钻制4个Φ5mm进气孔的零件。将进气阀芯配入进气阀套，要进行研配，使进气阀芯的与进气阀套的内阀口通过研磨后形成密合线。进气阀芯的斜面圆跳动要求控制在0.008mm，进气阀套的同轴度要求控制在0.006mm的公差范围，对车床加工时的精度控制要求很高，提高了车床加工难度，比较费时费力。当加工进气阀芯与进气阀套的精度要求没达到时，钳工研配的工作就比较困难，密封面常会因研磨不平，不能形成密合线，而造成压缩空气泄露的现象，影响铲枪的正常工作。
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图1 进气阀芯制图 图2 进气阀套制图
2.2铲枪枪筒出现故障原因分析
铲枪枪筒的腔体是通过内圆磨机床磨削加工的。内圆磨磨削加工过程中砂轮与枪筒腔体的接触面积大，产生的热量大，容易产生热变形。枪筒腔体要磨削至孔径Φ28.5深度有230mm长，就要选用细长的砂轮轴，刚性会比较差，容易发生弯曲变形引起腔体圆柱度误差。内圆磨磨削还会产生大量的金属磨屑和砂轮磨屑不易排出而积存在腔体内，使枪筒腔体的表面粗糙度变差，Ra值在1.6um以上。一般腔体活塞运动的表面粗糙度最好在Ra0.4um以下，表面质量的变差也容易使零件磨损，在工作一段时间的工作后，枪筒的腔体容易被拉毛，若再上磨床进行修复加工的话，不易校调，尺寸不能控制。
3 QC7铲枪生产组装中的手柄与枪筒出现故障后的解决措施
3.1铲枪手柄出现故障后的解决措施
钢珠式阀门的结构比较简单，主要就是以钢珠的圆弧面与阀口自然贴合形成密合线来达到密封性效果。我们用球径SΦ13mm的钢珠代替进气阀芯，将钢珠放入进气阀套中压向内阀口处，对钢珠进行锤击，使内阀口处因为冲击产生了金属表面的冷作硬化，内阀口接触面的硬度提高，受到钢珠冲击时，不会有大的变形，当钢珠圆弧面对内阀口撞击时，钢珠与阀口形成环状的线接触而形成了一道密合线，钢珠的圆弧面与内阀口的贴合紧密，密封性良好[1]。钢珠在Φ14mm进气阀套内有移动调整间隙，能自由调节与进气阀套内阀口的接触面，在运动中不会产生卡死现象。因此大大降低了对进气阀套的同轴度要求，车床加工进气阀套时的加工精度要求降低，便于生产制造。
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图3 手柄钢珠、弹簧、闷头螺丝
经测试，将钢珠放入手柄的进气阀套，（如图3）装入弹簧，拧上闷头螺丝，弹簧紧压在钢珠上，使钢珠紧贴内阀口保证密合线的密封。在需要铲枪工作时，按下压柄开关，压柄
开关顶出顶杆，定杆推动钢珠，钢珠与进气阀套的间隙让压缩空气通过进入叶片阀产生风能进入腔体作用于活塞进行冲击工作。当不需要铲枪工作，松开压柄开关，钢珠又被弹回压向内阀口与密合线完全贴合，形成密封状态。因为进气阀芯与进气阀套同轴度引起的漏风现象消除。将钢珠取代进气阀芯就不需要再车床加工高精度的进气阀芯以及钳工配研进气阀芯与进气阀套的生产步骤，铲枪手柄的生产工艺得到简化，返修与手柄报废率得到降低。
3.2铲枪枪筒出现故障后的解决措施
3.2.1 珩磨装置
QC7铲枪的零件枪筒的腔体要磨削加工深度230mm孔径Φ28.5的内孔，由于内圆磨的工艺特性使枪筒腔体的表面粗糙度、尺寸及形状精度不能达到活塞运动所要求的精度。因此制作专用的珩磨装置来对铲枪的枪筒进行珩磨加工，保证枪筒的使用精度。
珩磨是通过往复运动、油石的径向扩涨和旋转运动来[2]对加工零件的表面进行挤压和摩擦产生微量切削来起到修正孔的直径、几何形状精度和表面粗糙度的作用，使工件的表面硬度和强度提高，是一种高效的精加工方法。
制作的珩磨装置（如图4）前端工作端是由a钢质壳体、b三块油石座、c油石座锥体连接芯棒、d弹簧与两固定端组成，尾端由e推杆和f螺纹连接套所组成。
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图4 珩磨装置
珩磨装置的钢质壳体上均匀分布着三个等分键槽，油石座锥体连接芯棒放入壳体中，油石座上有两个角度为15°的锥体垫块，油石座锥体连接芯棒上的15°锥面正好与油石座的锥体垫块铰接起来，装好后用弹簧将油石座的两端固定起来，使它们可以很好的嵌在壳体键槽中与油石座锥体连接芯棒贴合。珩磨装置的尾端加工成M16×1.5的左旋螺纹，并在中间部分加工一段长20mm 宽4mm 的键槽，键槽里放置一根长19mmΦ4mm圆的圆柱销作为推杆，加工M16×1.5的左旋螺纹的螺纹连接套，在端口处加工Φ19mm，深4mm的沉孔正好可以卡住推杆。
机床主轴上的连接装置（如图5）的下端为g连接头、上端是f十字万向连接轴。珩磨装置主要是通过螺纹连接套内的卡槽与连接头上的销卡接在机床主轴上，机床主轴上的十字万向连接轴与珩磨装置形成浮动连接。这种连接可以在珩磨的过程中使处在不同轴线较大的
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图5 珩磨浮动连接装置
轴线折角以及有较大轴向移动的两轴等角速地连续往复旋转，可靠地传递了转矩和运动方向，并有较大的角度补偿和传动效率，更好地保证了珩磨的质量。
将铲枪枪筒装夹在三角卡盘与机床主轴校对中心，因为十字万向连接轴较常用在同心度不好的情况下，所以珩磨装置在工作时可以实际情况进行自由调节。将珩磨装置工作端在油石座松弛的状态下放入枪筒腔体内，将珩磨装置通过螺纹连接套装卡在机床主轴上。拧动螺纹连接套顶到推杆，推杆受到压力将压力传到连接芯棒，芯棒便向下推，芯棒的15°锥面使油石座的两个锥体垫块同时往下移动，使油石座渐渐向外涨开，压力作用到腔体表面上。启动机床，珩磨装置开始进行往复旋装运动。此时，油石座上的油石以固定的压力磨削腔体，根据珩磨的情况逐渐拧紧螺纹连接套进行珩磨切削加工。当零件孔尺寸和表面粗糙度达到要求之后，关闭机床，拧松螺纹连接套，使推杆压力消失，油石座锥体连接芯棒便向上退回，此时油石座借弹簧的弹力作用恢复到原来的位置，又紧紧地固定在壳体的四周。珩磨装置工作端就是靠螺纹旋转时推杆装置下压与回升来控制油石涨缩的。这个珩磨装置在普通的珩磨机床上就能操作使用。
3.2.2 珩磨油石的选用与粘结方法
根据工件表面粗糙度的要求来选择磨料的粒度。一般Ra0.8um为120#-150#；Ra0.4um为150#-240#；Ra0.2um为240#-w40；Ra0.1um为W40-W20；Ra<0.05um为<W20。珩磨用油石硬度的选用与枪筒热处理后的硬度有关，材料硬度高则油石选用的硬度应低。铲枪的枪筒经过热处理后硬度为HRC56-62，腔体的表面粗糙度要求在 Ra0.4um以上，
铬刚玉油石是以工业铝氧粉为主要原料，适当配置氧化铬，经高温电弧炉内熔炼而成，颜色呈浅玫瑰色，并且化学稳定性较好，耐磨性也好，硬度与白刚玉相似，韧性却比白刚玉要高，广泛被用于珩磨用磨料[3]。珩磨装置的油石座上放置油石的槽宽6mm，长65 mm。通过比较和试用后选择了尺寸为6mm×5mm×65mm，PA240#硬度K的铬刚玉油石来用于铲枪枪筒的珩磨加工。
在珩磨的过程中，油石会磨损和发生碎裂的情况，因此油石要方便快捷并牢固地粘结在油石座上也很重要。漆片也称洋干漆或虫胶，是一种天然树脂，具有热塑、热固的性能。将油石座放在酒精灯上进行预热（图6），将漆片捣碎，均匀的洒在油石座的槽里，进行加热熔化。随着漆片的熔化程度的加剧粘度也渐渐上升，接着将油石放置在油石座的槽中，熔化的漆片液将其包裹住，然后压紧油石，使油石紧固在油石座槽内。停止加热油石座使漆片逐渐冷却将油石完全固定住。用硬度比油石高两级的砂轮将油石两侧的锐边修磨成一定的圆角就可以使用了。应注意的是漆片的加热时间不能太长，漆片一旦被烤焦，粘结效果就会降低。磨损的油石要从油石座上取下时，也需进行加热待漆片熔化后才能取下。同时在粘结新油石时还必须把旧的胶清理干净，防止粘结不牢。
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图6 油石座漆片加热粘结油石
用树脂漆粘结时工艺比较繁琐，粘结油石时通常要在100℃-120℃的温度下保温2-3个小时，用时之长。而用漆片粘结时，只需加热熔化漆片，熔化时间快，冷却时间也快，油石更换方便。
枪筒经过珩磨加工后，尺寸精度、几何形状精度都有了改善，表面粗糙度能达Ra0.2um以上，大大提高了铲枪的使用精度要求，保证活塞在枪筒腔体里的顺畅的往复运动。
4 结论
本文对铲枪组装使用过程中出现的漏风现象以及活塞在铲枪枪筒腔体内的活动不顺畅的原因进行分析。将钢珠替代进气阀，简化了进气阀套的生产工艺，并且钢珠球阀更好的解决了铲枪的进风装置泄露问题。珩磨装置的制作使用对枪筒腔体的进行珩磨加工后，尺寸、几何形状精度、表面粗糙度都得到提高，表面硬度和耐磨性也得到提高。珩磨的往复旋转的运动轨迹使枪筒腔体的表面形成了复杂的网状细纹，产生的网状细纹可以起到贮存润滑油的作用[4]，使接触表面形成很好的液体摩擦，减轻了活塞运动时对腔体表面的磨损。
通过改进生产工艺，制作珩磨装置，大大提高了铲枪的生产效率，保证了质量，并未后续的铲枪修理提供了技术保障。而且珩磨装置也可以用于其它一些的表面粗糙度要求高的薄壁套之类的产品加工。
参考文献：
[1]宋述稳，陈勇.钢珠式单向阀门的阀口漏气修理[J].机械制造，2006（08）：73.
[2]李慧. 珩磨加工原理及珩磨油石的选择[J].才智，2012（22）：30.
[3]胡勤.珩磨加工中珩磨油石对珩磨效率的影响及其微观机理研究[D].江南大学，2005.
[4]张红菊，熊晓华，王勇，徐超.珩磨网纹夹角的形成原理及检测方法的探讨[J].内燃机与配件，2017（17）：58-59