擺線齒輪泵外轉(zhuǎn)子的加工工藝及工裝設(shè)計(jì)研究

趙娜 姚艷 付移風(fēng)

摘 要：轉(zhuǎn)子是擺線泵中的重要組成件[1]，是動(dòng)力傳遞的核心部件，其加工精度直接決定著擺線泵的性能。擺線齒輪泵外轉(zhuǎn)子零件結(jié)構(gòu)看似簡(jiǎn)單，實(shí)則齒型面精度要求極高，加工難度大，轉(zhuǎn)子型面的加工工藝方案及專用夾具設(shè)計(jì)成為技術(shù)難題，本文通過分析、試驗(yàn)，研究制定了外轉(zhuǎn)子的加工工藝方案，重點(diǎn)介紹了齒型面加工關(guān)鍵工序及其專用夾具設(shè)計(jì)，通過現(xiàn)場(chǎng)加工應(yīng)用驗(yàn)證，工藝方案可行，夾具設(shè)計(jì)合理可靠，解決了擺線泵外轉(zhuǎn)子型面的加工難題，為同類產(chǎn)品的加工提供了思路。

關(guān)鍵詞：擺線齒輪泵；外轉(zhuǎn)子；工藝方案；夾具設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.008

1 引言

擺線泵是一種特殊的內(nèi)嚙合齒輪泵，又稱擺線內(nèi)嚙合齒輪泵，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小、壽命長和良好的高速性能等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)中。擺線轉(zhuǎn)子組件如圖1所示由內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子組成，在擺線泵中承擔(dān)著動(dòng)力傳遞的功能。其中外轉(zhuǎn)子齒數(shù)5，型面由曲線圓弧構(gòu)成，材料用8620是引進(jìn)國外的一種新型不銹鋼材料，轉(zhuǎn)子要求整體滲碳，型面要求輪廓度0.02mm及粗糙度0.4。針對(duì)新材料，熱處理要求及較高的表面精度要求，通過試件加工測(cè)試發(fā)現(xiàn)熱處理前后零件型面產(chǎn)生變形，一次加工成型，滿足不了設(shè)計(jì)要求，型面需通過精加工補(bǔ)充去余量，消除變形問題，然而二次加工又帶來了裝夾定位的難題，因此，需研究制定合理的型面加工工藝方案，同時(shí)設(shè)計(jì)、制造專用夾具解決裝夾定位問題，最終實(shí)現(xiàn)零件加工并滿足設(shè)計(jì)圖樣要求。

2 工藝難點(diǎn)分析

2.1 熱處理要求（單位：公制mm）

熱處理變形數(shù)據(jù)是零件粗加工為精加工預(yù)留余量的依據(jù)，零件材料8620是一種新型的合金鋼材料，要求按AMS2759/7，Class 2.TYPE 1對(duì)零件所有表面進(jìn)行滲碳，滲層厚0.50mm～0.76mm，硬度HRC≥58，中心硬度HRC26～44。按零件圖樣外形及名義尺寸制造試驗(yàn)樣件，確定電加工重熔層及滲碳、淬火變形，得出零件變形量在0.05～0.1范圍內(nèi)。

2.2 尺寸形位公差要求（單位：公制mm）

尺寸要求：外圓尺寸Φ43.12，公差為單減-0.012，表面粗糙度0.4；

形位公差要求：端面平面度0.005，兩端面平行度0.005，外圓對(duì)端面垂直度Φ0.012，齒形面輪廓度0.022。

零件尺寸和形位公差要求精度極高，尤其齒型面的要求，保證困難。

3 工藝方案制定

合理的加工工藝方案及完善的工裝是成功完成零件加工的保證，依據(jù)以上工藝難點(diǎn)分析，最終確定出如圖2所示工藝流程[2]，并從粗精加工兩部分詳細(xì)說明工藝思路。

3.1 粗加工

粗加工齒形的質(zhì)量好壞直接決定著精加工齒形的成敗，因此割齒之前就對(duì)平面度、垂直度及外圓尺寸做與精加工相同的公差要求，安排研平面、磨平面、磨外圓等精加工工序，其中磨外圓時(shí)，因?yàn)榫X形是以外圓為基準(zhǔn)，加之零件厚度較薄，為獲得最一致的外圓尺寸，采用穿串研孔后又利用自制定位芯軸（如圖3所示）一次裝夾磨外圓。依據(jù)熱處理試驗(yàn)提供變形數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮如裝夾定位、找正誤差等因素，加工預(yù)留0.15mm余量。

3.2 精加工

熱處理工序后，磨齒前對(duì)基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)外圓等的加工工序安排與之前基本一致，區(qū)別是在磨外圓時(shí)是以齒形內(nèi)切圓定位，將零件面對(duì)面穿成串裝夾加工。

4 關(guān)鍵工序分析及專用夾具設(shè)計(jì)

磨齒工序是擺線泵轉(zhuǎn)子加工的關(guān)鍵工序。

4.1 裝夾定位方式選擇

一面兩孔定位是機(jī)械加工常用的定位原理[3]，針對(duì)該零件的加工，通過四種加工思路對(duì)比分析后，擇優(yōu)選擇。（1）零件結(jié)構(gòu)增加定位孔：需要設(shè)計(jì)部門根據(jù)泵的工作原理確定是否增加定位孔以及孔的位置及大小，經(jīng)與設(shè)計(jì)部門溝通，不同意更改結(jié)構(gòu)，方案被否定。（2）增加工藝夾頭方案：采用以端面、外圓、工藝銷子孔的定位方法，具體做法是：零件留加長，在加長段加工磨齒角向工藝圓銷子孔，磨齒后再用線切割去除加長部分，結(jié)果是外轉(zhuǎn)子其中一個(gè)端面無滲碳層，不滿足零件整體滲碳的要求，此種方案被否定，不作采納。（3）內(nèi)齒形定位：采用端面和內(nèi)齒形銷子的定角向的方法，具體做法是：加工與零件齒形相配外齒形定位銷，夾具底板需加工出內(nèi)齒形銷孔，定位后壓緊取出齒形銷進(jìn)行加工。該方案理想狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)精加工定位，但是存在零件滲碳變形后由于過定位造成齒形銷無法裝入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔。所以本方案對(duì)零件滲碳的變形量控制、齒形定位銷和零件內(nèi)腔的間隙控制都提出了很高的要求，存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。（4）外圓和定位銷定位：采用端面、外圓、零件齒形一齒面內(nèi)切圓作為銷子孔的定位方法，具體做法是：任選齒形一齒面并根據(jù)銷子與齒形相配情況確定出內(nèi)切圓位置及直徑，底板相同位置加工出定位圓銷孔，定位后壓緊取出定位圓銷進(jìn)行加工。本方案結(jié)合方案2的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了零件過定位問題，確定為本次加工的使用方案。

4.2 專用夾具設(shè)計(jì)

基于以一端面、最大外圓及任一齒形內(nèi)切圓定位的思路，并結(jié)合裝夾使用，設(shè)計(jì)出如下圖4所示磨齒裝夾定位夾具（配合定位銷使用），其中注意：因?yàn)榕c齒形相切圓可畫出無數(shù)個(gè)，所以設(shè)計(jì)的原則應(yīng)該是，在保證內(nèi)切的要求前提下，根據(jù)銷子接觸配合情況及強(qiáng)度，選擇確定銷子直徑。

4.3 專用夾具使用方法

該專用夾具的使用與以往的夾具裝好就用有所區(qū)別，具體方法概括為五個(gè)步驟：（1）以任一端面和外圓為基準(zhǔn)，將零件裝入夾具后，任選一齒形內(nèi)切圓銷子孔插入定向；（2）通過夾具中孔壓緊零件，找正零件外圓中心跳動(dòng)≤0.005；（3）繞開齒形，壓板從兩邊壓緊零件；（4）取出中孔壓緊裝置；（5）取出定位銷子。

4.4 刀具選擇

根據(jù)材料切削加工性能[4]，磨削選用金剛石砂輪。

4.5 切削參數(shù)選擇

經(jīng)過調(diào)試最終確定磨齒工序切削參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速35000r/min、進(jìn)刀量0.01mm、進(jìn)給率30mm/min。

5 工藝方案的實(shí)施

零件投入生產(chǎn)后，嚴(yán)格按照以上定制工藝方案執(zhí)行，并在粗加工型面后，為檢驗(yàn)精加工余量均勻，保證精磨削效果，采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)型面輪廓度進(jìn)行檢測(cè)；精加工后，由于轉(zhuǎn)子輪廓度要求極其嚴(yán)格，為避免拆卸零件、二次找正帶來的測(cè)量誤差，在轉(zhuǎn)子加工完成后將零件與夾具一同送檢，計(jì)量人員通過夾具的加工找正帶對(duì)零件基準(zhǔn)進(jìn)行找正，確保計(jì)量基準(zhǔn)最大限度的與加工基準(zhǔn)保持一致，排除找正帶來的計(jì)量誤差，經(jīng)檢測(cè)，齒型面輪廓度值0.019<0.02，滿足設(shè)計(jì)圖樣要求。

6 結(jié)束語

針對(duì)高精度要求的擺線泵外轉(zhuǎn)子零件，本文從分析工藝難點(diǎn)出發(fā)，通過充分的討論、試驗(yàn)、論證，制定了零件的加工工藝方案，同時(shí)設(shè)計(jì)了關(guān)鍵工序?qū)Ｓ脢A具，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，工藝方案可行，夾具設(shè)計(jì)合理可用，急生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需，解決了零件加工的難題，確保了科研生產(chǎn)任務(wù)的保質(zhì)保量交付，方法對(duì)同類型其它零件的加工具有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]白海清.雙向擺線泵原理及其結(jié)構(gòu)研究[J].機(jī)床與液壓，2007（11）.

[2]魏佐華.轉(zhuǎn)子加工工藝探討[J].液壓與氣動(dòng)，1990（04）.

[3]朱大品.提高一面兩孔定位精度的方法[J].現(xiàn)場(chǎng)制造工程，1992

（11）.

[4]姜敏鳳.金屬材料及熱處理知識(shí)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：趙娜（1986-），女，碩士研究生，工程師，主要從事工藝技術(shù)管理及研究方面的工作。