擺線齒輪泵外轉子的加工工藝及工裝設計研究

趙娜 姚艷 付移風

摘 要：轉子是擺線泵中的重要組成件[1]，是動力傳遞的核心部件，其加工精度直接決定著擺線泵的性能。擺線齒輪泵外轉子零件結構看似簡單，實則齒型面精度要求極高，加工難度大，轉子型面的加工工藝方案及專用夾具設計成為技術難題，本文通過分析、試驗，研究制定了外轉子的加工工藝方案，重點介紹了齒型面加工關鍵工序及其專用夾具設計，通過現場加工應用驗證，工藝方案可行，夾具設計合理可靠，解決了擺線泵外轉子型面的加工難題，為同類產品的加工提供了思路。

關鍵詞：擺線齒輪泵；外轉子；工藝方案；夾具設計

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

1 引言

擺線泵是一種特殊的內嚙合齒輪泵，又稱擺線內嚙合齒輪泵，它具有結構緊湊、運轉平穩，噪聲小、壽命長和良好的高速性能等優點，被廣泛應用于液壓系統中。擺線轉子組件如圖1所示由內轉子和外轉子組成，在擺線泵中承擔著動力傳遞的功能。其中外轉子齒數5，型面由曲線圓弧構成，材料用8620是引進國外的一種新型不銹鋼材料，轉子要求整體滲碳，型面要求輪廓度0.02mm及粗糙度0.4。針對新材料，熱處理要求及較高的表面精度要求，通過試件加工測試發現熱處理前后零件型面產生變形，一次加工成型，滿足不了設計要求，型面需通過精加工補充去余量，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，同時設計、制造專用夾具解決裝夾定位問題，最終實現零件加工并滿足設計圖樣要求。

2 工藝難點分析

2.1 熱處理要求（單位：公制mm）

熱處理變形數據是零件粗加工為精加工預留余量的依據，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對零件所有表面進行滲碳，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。

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，依據以上工藝難點分析，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說明工藝思路。

3.1 粗加工

粗加工齒形的質量好壞直接決定著精加工齒形的成敗，因此割齒之前就對平面度、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，因為精磨齒形是以外圓為基準，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。依據熱處理試驗提供變形數據，同時考慮如裝夾定位、找正誤差等因素，加工預留0.15mm余量。

3.2 精加工

熱處理工序后，磨齒前對基準平面、基準外圓等的加工工序安排與之前基本一致，區別是在磨外圓時是以齒形內切圓定位，將零件面對面穿成串裝夾加工。

4 關鍵工序分析及專用夾具設計

磨齒工序是擺線泵轉子加工的關鍵工序。

4.1 裝夾定位方式選擇

一面兩孔定位是機械加工常用的定位原理[3]，針對該零件的加工，通過四種加工思路對比分析后，擇優選擇。（1）零件結構增加定位孔：需要設計部門根據泵的工作原理確定是否增加定位孔以及孔的位置及大小，經與設計部門溝通，不同意更改結構，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，結果是外轉子其中一個端面無滲碳層，不滿足零件整體滲碳的要求，此種方案被否定，不作采納。（3）內齒形定位：采用端面和內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齒形銷孔，定位后壓緊取出齒形銷進行加工。該方案理想狀態下能實現精加工定位，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子內腔。所以本方案對零件滲碳的變形量控制、齒形定位銷和零件內腔的間隙控制都提出了很高的要求，存在一定的技術風險。（4）外圓和定位銷定位：采用端面、外圓、零件齒形一齒面內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銷子與齒形相配情況確定出內切圓位置及直徑，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行加工。本方案結合方案2的優點，同時解決了零件過定位問題，確定為本次加工的使用方案。

4.2 專用夾具設計

基于以一端面、最大外圓及任一齒形內切圓定位的思路，并結合裝夾使用，設計出如下圖4所示磨齒裝夾定位夾具（配合定位銷使用），其中注意：因為與齒形相切圓可畫出無數個，所以設計的原則應該是，在保證內切的要求前提下，根據銷子接觸配合情況及強度，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別，具體方法概括為五個步驟：（1）以任一端面和外圓為基準，將零件裝入夾具后，任選一齒形內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≤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

根據材料切削加工性能[4]，磨削選用金剛石砂輪。

4.5 切削參數選擇

經過調試最終確定磨齒工序切削參數為：主軸轉速35000r/min、進刀量0.01mm、進給率30mm/min。

5 工藝方案的實施

零件投入生產后，嚴格按照以上定制工藝方案執行，并在粗加工型面后，為檢驗精加工余量均勻，保證精磨削效果，采用三坐標測量機對型面輪廓度進行檢測；精加工后，由于轉子輪廓度要求極其嚴格，為避免拆卸零件、二次找正帶來的測量誤差，在轉子加工完成后將零件與夾具一同送檢，計量人員通過夾具的加工找正帶對零件基準進行找正，確保計量基準最大限度的與加工基準保持一致，排除找正帶來的計量誤差，經檢測，齒型面輪廓度值0.019<0.02，滿足設計圖樣要求。

6 結束語

針對高精度要求的擺線泵外轉子零件，本文從分析工藝難點出發，通過充分的討論、試驗、論證，制定了零件的加工工藝方案，同時設計了關鍵工序專用夾具，經生產驗證，工藝方案可行，夾具設計合理可用，急生產現場所需，解決了零件加工的難題，確保了科研生產任務的保質保量交付，方法對同類型其它零件的加工具有參考價值。

參考文獻：

[1]白海清.雙向擺線泵原理及其結構研究[J].機床與液壓，2007（11）.

[2]魏佐華.轉子加工工藝探討[J].液壓與氣動，1990（04）.

[3]朱大品.提高一面兩孔定位精度的方法[J].現場制造工程，1992

（11）.

[4]姜敏鳳.金屬材料及熱處理知識[M].北京：機械工業出版社，2007.

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