零件工艺
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2213页（7366字）
(1)转子(见图37．3－2)
图37．3－2 转子零件图
A．转子加工过程(见表37．3－1)
表37．3－1 转子加工过程
B．叶片槽加工
转子叶片槽的加工，目前国内一般都采用粗加工-铣、精加工-磨的方式来完成。在进行叶片槽铣削时，首先应保证槽与两端面的垂直度要求，必须以工序4加工出的基准面作定位，插入定位芯轴进行加工。同时为了精加工时砂轮不出现根切现象，提高转子各牙瓣的抗弯强度，要求叶片槽与其底孔必须对中，这就要采用工序7预先钻铰出的底孔作基准，实现铣槽时夹具的分度与钻底孔时同步，从而保证槽与底孔的中心同一。热处理前的铣槽工序除了使用专用夹具定位，保证各项形位公差要求以外，还要充分考虑热处理之后零件的变形、后序加工使用的刀具等因素，给磨槽时留下合适的加工余量。磨后留黑皮绝不允许，同时又要在砂轮允许的磨削范围之内。叶片槽的精加工一般都采用磨叶片槽专用设备，传统的工艺采用树脂结合剂刚玉砂轮，径向进给吃刀的方式。由于每台转子叶片槽数在8～12之间，同一台转子要求各槽尺寸尽可能一致，这就要求所使用的砂轮耐磨性好，尺寸稳定。磨槽时如何保证槽的平行度、平面度及与端面的垂直度要求，是关系到整台叶片泵质量的关键，槽与端面的垂直度靠工序18精磨后的端面作定位基准来保证，而槽的平行度和平面度主要靠砂轮来保证。首先是砂轮材质的选用、砂轮的修整质量和砂轮的动、静平衡调整水平。对于薄片大直径砂轮，其刚性较差，修整特别困难，且保持性不好，修整时间往往超过砂轮使用寿命的四分之一。目前所采用的砂轮材料为树脂结合剂刚玉砂轮，由于其强度高、弹性大，一般多用于高速磨削、切割和开槽，但树脂砂轮耐热性差，磨削表面温度达到200°～300℃时，结合剂的粘合能力显着下降，砂轮表面磨粒易脱落，砂轮损耗较大。对于叶片槽这样的加工部位，由于它属于成型磨削，磨削余量较大，且冷却效果不好，热处理淬火后槽会出现变形，弹性大的树脂砂轮易随变形后的槽形而切削，达不到所要求的平行度和平面度。较大的磨削热量导致砂轮脱粒严重，砂轮尺寸保持性差，严重制约着工效的提高，所以树脂砂轮一般使用于中、低压泵的加工中。砂轮线速度为60～70m／s磨削余量小于0．2mm，径向进给速度为1．5m／min。近几年来，一种高硬磨料砂轮逐渐被广泛使用，它就是立方氮化硼(CBN)砂轮，这种砂轮耐磨性好，摩擦系数小，热稳定性好及对铁元素的化学惰性高，很适宜于磨削既硬又韧的淬火钢。经过修磨后的CBN砂轮，尺寸保持性很好，一次修磨可以连续加工1～2万件，克服了树脂砂轮的缺陷，成为新一代高效磨轮。这种砂轮的磨削线速度可达100～120m／s，切削余量0．3～0．5mm，进给速度5m／min。其次是砂轮相对于工件的运动方式。砂轮沿转子径向进给完成叶片槽的磨削是国内目前普遍采用的一种加工方式。如图37．3－3(a)所示。由于砂轮动作简单，机床制造比较容易且易达到精度要求，而且这种单一的进给运动缩短了加工时间，提高了工作效率，多年来仍被广泛使用。随着叶片泵向高压大排量方向发展，对叶片槽的加工质量要求愈来愈高，而且转子轴向尺寸越来越大，采用传统的磨削方式和普通砂轮已满足不了工艺要求。根据叶片泵设计原理，一种规格的转子对应着一系列排量不同的定子内曲线，不同的内曲线对应着不同的叶片升程。从叶片的受力状况来看，叶片升程不得超出其全长(沿转子径向)的三分之一，所以增大泵的排量就必须增加转子厚度。采用传统磨削方式，由于受砂轮直径的限制，同时保证砂轮外缘不碰到叶片槽底孔，必须保证
其中B为转子厚度，R为砂轮半径，K为与叶片厚度t和叶片槽底孔d有关的常数，在B、t、d确定的情况下，若R小于上式要求则在靠近转子两端面下部出现两处磨不到的三角［图37．3－3a中阴影部分］；R太大对砂轮的刚度及动平衡影响较大。这种磨削方式其磨痕为圆弧渐进型，若砂轮刚性不好，极易出现喇叭型槽，对叶片滑动产生不利影响。随着数控技术和计算机的广泛使用，机床制造精度及加工系统刚性的不断提高，一种新型磨削方式被应用到叶片槽的加工中，如图37．3－3(b)所示。砂轮沿转子槽方向作轴向移动来实现磨削运动。在砂轮不出现根切的情况下，采用较小直径的砂轮就可以保证整个槽面上尺寸一致，使加工表面质量得以改善。同时采用CBN砂轮可以实现强力磨削，对淬火前的铣削留量和淬火后槽的变形要求不高，杜绝了磨后留黑皮现象，大大降低了废品发生率，提高了加工效率。
图37．3－3 砂轮相对工件的进给方式
C．柱销孔加工
柱销孔是转子上另一关键加工部位，它与柱销的精确配合是保证柱销叶片泵质量的重要环节之一，要求二者既能相对灵活滑动，又能保持良好的密封，因此，要求表面粗糙度Ra值小于0．4μm，尺寸误差和几何形状偏差控制在几微米以内。由于孔径很小，在工艺上有一定难度。国内目前采用的加工方式为钻-扩－铰孔，热处理后挤压或珩孔，加工设备有专机和加工中心等。柱销式叶片泵的结构比较特殊，柱销孔中心线与叶片槽对称中心线有一偏移量，叶片背面有一个使其上下面油压相同而设置的偏心孔，其中心线与柱销孔中心线亦有一偏移量，这样，加工径向孔所需刀具数量达五把以上，采用先进的加工中心也由于刀具更换频繁，工件旋转圈数过多，加工效率很低。利用专机加工，每个动力头安装一种刀具，按工步顺序依次沿圆周方向分开，分两组对称布置，工件旋转不到一圈，即可将所有径向孔加工完成，提高工作效率5～6倍。在热处理前的加工中，除了保证设计图纸所要求的尺寸位置以外，更重要的一点就是要考虑淬火后柱销孔的加工所采用的刀具和方式。在国内，对于Φ5以下小孔的精加工，比较成熟且相对稳定的工艺是挤压加工和CBN铰刀珩孔。挤压加工所采用的工具为一个硬质合金制成的钢球，通过压杆将球从孔中挤出。挤压加工对挤前孔的形状要求很严，挤压留量的大小直接影响孔的表面质量。由于热处理淬火后孔的变形，留量过少，孔有挤不到的地方，消除不了变形量，达不到图纸要求；若留量过大，挤压力增大，很细的压杆难以承受，常出现弯曲折断和球卡在孔中等现象，还会有挤后出现鳞片的现象，所以选择合适的挤压余量将是这种加工方式的关键。一般情况下，热处理前的粗挤压为
，热处理后孔径收缩至
，精挤压至
。挤压是通过球与孔的强力摩擦达到孔所要求的尺寸及形状要求的，淬火后孔表面硬度高达HRC62±1，所以球的磨耗较大，而且球的价格昂贵，国内目前还不具备生产能力，必须依赖进口，成为挤压孔加工的难点。由于是多孔一球，从外圆方向压入内孔，第二孔还要取出球放入孔中再行挤压，工作效率很低，制约着生产批量的增加。目前上海液压件厂采用这种加工方式。采用CBN铰刀珩磨柱销孔是榆次液压件厂在引进意大利Atos柱销式叶片泵技术后进行国产化和一系列的技术攻关后确定采用的一种加工方式，它由一些尺寸固定的刀具组成，每组3～5把，按粒度分为粗铰、半精铰和精铰。基于CBN铰刀加工机理，机床-刀具-工件-夹具加工系统必须有一个采用浮动环节。机床、夹具实现浮动比较困难，一般都在刀具或工件上实现。
(A)将刀具夹持在卧式珩磨机卡头上，人手把持工件以实现浮动是一种最简单的方式，依靠人手对切削力的感觉来确定刀具数量，且不用装卡工件，工效很高。但工人劳动强度大，自始至终保持同一水平相当困难。
(B)将工件装卡于夹具上，刀具装卡于浮动铰刀架上，铰刀架装于机床主轴，实现工件固定，刀具浮动，这种方式易于实现自动化，工件自动分度，刀具自动升降，工效较高，减轻了工人劳动强度，但整个加工系统结构复杂，对热处理前孔的加工精度和精整去毛刺有较高要求，几把刀具逐孔加工仍是这种加工方式的较大缺陷，工作效率仍很低。
(C)专用机床是为珩磨柱销孔而专门设计的加工设备，其设计原理与钻孔专机相同，不同点在于工件处于浮动状态。对于三把刀一组的加工方式沿圆周方向布置三组，工件仅需旋转180°即可将全部柱销孔加工完毕，大大提高了工作效率。CBN铰刀粗铰、半精铰粒度为120～180目，切削余量为0．01～0．02mm，精铰粒度为240目，切削余量为0．005～0．01mm，刀具转速为350～500rpm。
(2)定子(见图37．3－4)
图37．3－4 定子零件图
A．定子加工过程(见表37．3－2)
表37．3－2 定子加工过程
B．内曲线加工
定子内曲线的加工一般按粗加工-铣、精加工一磨的方式进行。铣加工有仿形铣和数控铣等，内曲线表面的铣削质量对淬火后曲线的磨削有很大影响。按照工艺技术要求，定子内曲线的铣削在厚度方向上是不允许分段铣削的，随着定子厚度的增加，铣刀切削部分伸出加长，刀具刚性不足，尤其在吃刀深度较大时，刀具出现让刀现象，致使曲线成喇叭型。为了提高工作效率，减小铣刀切削刃的切削抗力，常使用玉米铣刀来加工。它将立铣刀圆周刀刃上沿螺旋线反向开有几道螺旋槽，将整长的切削刃分割成许多块小切削刃，使得刀具圆周上出现象玉米粒样的刀刃，故名玉米铣刀。这种铣刀由于前后两齿相互错开，每齿切削宽度很小，从而减小了刀具的切削抗力。定子内曲线一般由等加速等减速曲线组成，较先进的采用高次方程，由两段大圆弧、两段小圆弧和四条过渡曲线组成。选择合适的吃刀深度是铣曲线时必须注意的一点，尤其在数控铣床上加工，当在等加速弧段时，刀具以一定的吃刀量均匀移动，进入与等减速弧段相交的过渡部分时，若吃刀过深，刀具依靠等加速曲线的惯性突然猛吃一刀，深入工件许多，俗称“攮刀”，惯性消除后，刀具又退出来进入等减速曲线部分，吃刀量与等加速部分相同，这样在整个曲线上对称地出现两处凹弧，磨削后依然消除不了，所以必须根据曲线的升程选取适宜的加工圈数，控制每圈刀具的吃刀量就能有效地解决这种现象。定子端面上的定位销孔在铣曲线、磨外圆和磨曲线整个后序加工中，每道工序必须以它作定位基准来加工，假若有一道工序抛开这个定位孔，在磨曲线时，铣、磨曲线起点不同，加工轨迹不吻合，必然出现留黑皮现象，只有加大曲线长短径尺寸方能磨出来，而此时距设计图纸已相差很多了。定子曲线的磨削可使用靠模仿形或数控曲线磨等。靠模仿形是依靠一系列与曲线升程相对应的靠模板控制磨头的伸缩距离来实现的，它依靠手动进刀，砂轮往复运动磨削，砂轮宽度不超过定子厚度的四分之三，磨削表面为网纹结构，要求工件转速与靠模转速必须同步。工件转速与磨头往复运动速度成固定关系，否则曲线永远也磨不平。靠模仿形工效低，加工质量差，而且大量的靠模制造、维修和管理比较困难，正逐渐被数控曲线磨所替代。数控曲线磨是向计算机输入与铣曲线时相同的曲线数据，以与铣曲线时相同的定位面作基准将定子装卡于夹具上，采用切入式磨削，砂轮宽度超过定子厚度1／4～1／5，砂轮按程序自动进刀，工件每旋转一圈完成一次进刀，分粗、精、光磨三阶段完成，砂轮主轴刚性好，采用CBN砂轮，可以实现强力磨削，工作效率很高，砂轮转速为20000～25000rpm，磨削余量在0．5～0．6mm，粗磨5～6圈，精磨1～2圈，光磨1圈，表面质量好，成为叶片泵加工中的关键设备。
(3)叶片(图37．3－5)
图37．3－5 叶片零件图
A．叶片加工过程(见表37．3－3)
表37．3－3 叶片加工过程
B．叶片的精加工
叶片是内脏件中形状最简单的一个零件，但其形位精度要求却是最高的一个。叶片不仅要求与转子叶片槽配合保证灵活移动，而且两端与配流盘进行间隙密封，同时顶面还要与定子内曲线紧密接触，故叶片的精加工关键是保证各面间的垂直度要求。叶片两大平面是加工各侧面的定位基准。两平面一般在立式磨床上加工，将工件吸附在圆型平台上，由于磁盘的精度直接影响着叶片的加工质量，且磁盘吸附叶片极易变形，很难满足图纸要求。现在只将两平面的粗磨放在立式磨床上加工，留0．1mm精磨量在双端面磨床上加工，工件借助专用磨具在上、下两个端面砂轮间摆动而磨削，没有磁力的影响，采用cBN砂轮，尺寸保持性好，机床主轴刚性好，完全可以满足工艺要求。以加工好的两平面作定位基准磨削其它各侧面，必须一次装夹各面，一次加工完毕。在专用夹具上装卡后，采用翻转夹具的方法将各面加工完。对夹具的定位面要求很高，只有不间断地自动修磨夹具定位面，方能保证工件的加工精度。
(4)配流盘(图37．3－6)
图37．3－6 配流盘零件图
A．配流盘加工过程(见表37．3－4)
表37．3－4 配流盘加工过程
B．大端面及V形卸荷槽的加工
配流盘是所有内脏件中唯一一个只需单面精加工的零件，此端面只许凹不许凸。随着高压泵的不断发展，采用浮动压力侧板越来越多，背面的高压油迫使配流盘产生挠曲变形来调整其与转子间的密封间隙，故浮动压力侧板心部必须凹下，否则高压时与转子研死的机会很多。在平磨上是磨不出凹面的，它是经过平磨粗加工后，再在研磨机上研出凹面来，而要在研磨机上研出凹面是靠修磨研磨盘达到的。配流盘油窗上的V形卸荷槽的尺寸精度和径向相对两尖槽之间的对称精度在生产制造中易被忽视且难以保证。常规加工采用成形铣刀铣削成型，找正困难，精度不易保证，工作效率低。随着结构设计的改进，V形尖槽由粗短型改为细长型，配流盘材料也由原来的黄铜向粉末冶金、球墨铸铁转变，使得V形尖槽靠压力成型成为可能。利用装有V形凸棱的刀具，将工件固定于底板上，一次冲压成型，各V形尖槽尺寸精度，对称精度完全一致，是优质、高生产率的工艺方法。
(5)零件加工中的精整和去刺
叶片泵零件种类较多，工艺流程长，在工序间周转流动中：
(A)上道工序必须为下道工序提供良好的半成品工件，除完成本工序所规定的加工内容外，还要求自清除毛刺，一般采用锉刀、油石之类的工具。
(B)在接到上道工序流转下来的工件后，在装上夹具或工作台之前，必须严格去毛刺，确保定位精度要求。
(C)热处理前要进行一次全面清除，因为热处理后毛刺将变得坚硬，增加了去除的难度。中间去毛刺一般采用尼龙刷、钢丝刷、风动什锦砂轮等去除，比较先进的工艺有电化学去毛刺、热能爆炸去毛刺、喷砂去毛刺等。确保粗加工所产生的毛刺在热处理前去除干净。
(D)热处理后精加工产生的毛刺较小，但对零件的装配影响较大，而精加工表面又要保护，故一般在滚筒式抛光机中采用圆形磨料块进行抛光去刺，一些遗漏毛刺由手工油石去除。毛刺去除干净待入库的零件绝不允许再出现新的毛刺，即零件的运输磕碰，零件在各加工设备间穿插流动，各工件间相互磕碰很难避免，要保证不磕碰，除了轻拿轻放以外，还要对零件各主要加工面实行隔离。对于转子、定子、配流盘、泵盖等零件的端面，采用塑料网将各层零件隔开，轴类零件用柱形塑料网套上可以叠放，还可以使用专用的工位器具，采取插放和架放的方式，将工件间相互磕碰的机会减至最低。入库前的零件必须进行彻底的清洗，除残留的切屑、铸造飞边、浮砂等之外，还要注意研磨膏、热处理残留物的处理，确保各油孔畅通。清洗机多采用冲洗和涮洗两种，前者适用于小型无复杂内脏的零件，后者则适用于大型有铸造油道的壳体件，清洗干净后必须作防锈处理，将零件在防锈油中浸泡两分钟后拿出，仍以塑料网隔离叠放，与周转箱一并入库。装配与测试是叶片泵加工的最后工序，作废的零件装不出合格的产品，但完全合格的零件则不一定都能装出合格的产品，这说明产品的装配是至关重要的一环。从零件库领出的待装零件，还要重复入库前的工序，清洗、去刺，平磨零件还要退磁。轴承与轴的装配以及与前盖的装配，油封与前盖的装配必须借助专用辅具在油压机上完成，严禁直接砸入；叶片与叶片槽，柱销与柱销孔的配合间隙必须适当，不得有任何卡滞现象；各密封部位密封件不得有任何损伤，严防外漏。装配时严禁用铁棒敲打，以防密封件脱落。叶片泵的出厂试验主要测试压力、流量、容积效率和噪声等指标，同时要进行气密性试验。通过严密的试验检查，确保产品质量及各项性能指标达到设计要求。