衔铁组件加工工艺

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2284页（6574字）

力矩马达是电液伺服阀中的电气——机械转换部分，其结构原理见图37．8－57。永久磁铁产生固定磁场。输入的电控信号通过控制线圈产生控制磁场。这两个磁场相互作用，产生与电控信号成比例、并能反应电控信号极性的力矩，使衔铁转动，从而将电控信号转换为机械运动。力矩马达由永久磁铁、上导磁体、下导磁体、控制线圈及衔铁组件等组成，其中衔铁组件是关键部件。本节介绍衔铁组件的加工工艺。

图37．8－57 力矩马达结构原理图

(1)衔铁组件的结构特点及技术要求

衔铁组件由衔铁、弹簧管、挡板和反馈杆组成，见图37．8－58。反馈杆是一根细长锥形杆，具有特定刚度，顶端部小球与阀芯中槽无间隙配合；弹簧管是一个薄壁弹性件，也具有特定刚度，除支撑衔铁组件外，还对电液伺服阀的液压部分和电气部分起分隔密封作用；衔铁两臂端部与上下导磁体形成四个工作气隙a、b、c、d。衔铁转动时带动挡板在两喷嘴之间动作，改变喷挡距离，从而控制滑阀两腔的液体压力。

图37．8－58 衔铁组件

衔铁组件的加工工艺及组合方式，由于各生产厂家的设备情况和加工特点不同而各异。这些零件有细长杆、小深孔、薄壁件等特点。它们除要求高的尺寸精度、形状位置精度和低的表面粗糙度之外，相互之间还有很严的配合要求。有些零件还需测量刚度和磁性能，而且压配组合也严格，特别是弹簧管要求更高，在薄壁部分，不允许有一点划伤。衔铁组件的组合可采用过盈配合，也可采用过渡配合，然后焊接。组件组合后弹簧管大端面对衔铁两臂的平行度在0．04mm以内，两中心线夹角为90°±1°，而且组合后不允许校正。加工和组合操作都存在一定难度，稍有不慎就会出现废品。

(2)衔铁加工工艺

常用的衔铁结构见图37．8－59。平臂式衔铁结构工艺性好，加工容易；斜臂式衔铁结构刚性好，但加工比较困难。两种结构尺寸、精度要求基本相同。目前生产中平臂式衔铁结构形式采用得较多。衔铁中孔B与挡板外径压配合，过盈量为0．004～0．008mm，也可采用0～0．003mm的配合间隙，组合定位后进行焊接固定。组合后要保证不渗油并具有一定的连接强度。衔铁中孔的形状精度和尺寸精度要求都较高。两端扁部对中孔要垂直对称。

图37．8－59 两种衔铁的结构简图

衔铁采用的材料为1J50铁镍软磁合金。材料软、强度低，加工中极易划伤和变形，因此，精加工前必须进行人工时效处理消除加工应力，减少精加工后的变形。精加工需反复多次进行外圆磨、平面磨、研磨，最后达到图纸要求。衔铁除精度要求高之外，对磁性能也有严格的要求。加工时必须在同一批次炉号的材料中取测磁用的样件，然后与加工好的同批零件同炉进行热处理。热处理需在氩气保护炉中或真空炉中进行光亮退火，而且退火后零件不得跌落和撞击，否则不能满足使用要求。这些结构特点及技术要求使衔铁的加工工艺比较困难。

平臂式衔铁典型加工工艺过程见图37．8－60。衔铁加工除采用板材加工外，还可以使用棒材加工。在解决磁性能测量技术的基础上，采用棒材加工，对衔铁生产效率将有很大的提高。衔铁中孔可采用研磨，也可采用内圆磨；两端扁部的精加工可采用外圆磨(见图37．8－61)或研磨，总之加工方法多种多样，各具特点。

图37．8－60 衔铁加工工艺过程

图37．8－61 精磨衔铁两端平部

(3)挡板加工工艺

常见的挡板结构及技术要求见图37．8－62。内孔Φ1．5mm，长16．3mm，深径比大于10，属于深孔。它与反馈杆过盈配合。过盈量按组合方式不同为0．003～0．005mm或0．005～0．009mm；外圆D与弹簧管内孔为过盈配合，过盈量在0．004～0．006mm及0．014～0．018mm；Φ4mm外圆与衔铁中孔选配，保证间隙0～0．003mm。

图37．8－62 挡板

挡板使用材料多为弹性合金3J1，属于弥散强化高弹性合金。合金经固熔处理后，有良好的塑性，机械加工工艺性好。随后进行时效处理，可使合金强化。为防止氧化，时效处理应在真空炉中进行。

挡板加工中关键工序是内孔的加工。挡板孔小而深。为保证与反馈杆压配合后的密封性，要求粗糙度低、形状精度高。挡板主要加工工序见表37．8－11。

表37．8－11 挡板主要加工工序

(4)衔挡组件精加工工艺

衔挡组件由衔铁和挡板组合而成，见图37．8－63。组合前选配，保证Φ4mm配合面的配合间隙0～0．003mm。组合后可采用钎焊、激光焊或电子束焊等焊接方法，焊缝应均匀连续、保证尺寸1．4mm，两端扁部对A面垂直度为001mm。每批抽两件加载686N，焊缝不得滑移。

图37．8－63 衔铁挡板组件

组合后加工尺寸为9±0．003mm，保证两平面对A面对称度0．01mm，两面对A面平行度0．005mm，对B面垂直度0．03mm。加工时必须采用专用夹具在平面磨床上加工，见图37．8－64。

图37．8－64 加工衔铁挡板组件小平面示意图

(5)反馈杆加工工艺

反馈杆是电液伺服阀力矩马达部分的力反馈元件。它的结构及技术要求见图37．8－65。Φ1．5mm外圆与挡板内孔压合，选配配合尺寸，保证过盈量0．005～0．009mm，球SΦ0．8mm在尺寸0．2mm范围内与阀芯中槽配研，保证间隙0～0．0015mm；材料为3JI，热处理HRC≥38；球SΦ0．8mm氮化、HV＞700；刚度要求：当P=0．78N时，小球位移量535～555μm。其主要加工工序见表37．8－12。

图37．8－65

表37．8－12 反馈杆主要加工工序

A．反馈杆小球的加工方法分析

反馈杆SΦ0．8mm小球的加工是反馈杆加工的关键工序，它直接影响到反馈杆的加工精度及生产效率，目前反馈杆小球的加工方法有很多种，见表37．8－13。

表37．8－13 反馈杆小球的几种主要加工方法

B．反馈杆小球的氮化及配研

反馈杆小球部分的氮化常采用软氮化处理，提高其表面的硬度，氮化层深度一般为0．05～0．08mm，硬度HV＞700，使小球在工作中具有较高的耐磨、抗腐、抗咬合及抗疲劳等性能。

氮化时材料的基本组织不会发生相变，而且表层组织应力和热应力都非常小，为进一步修正氮化后的变形量，在氮化后加一道精磨工序。反馈杆只有小球部分进行氮化处理，其它部分留有足够的余量可去除掉，不用采取保护措施。

小球的软氮化处理过程，就是将金属零件在FeN系合金的共析温度下，即在540～560℃进行低温碳氮共渗的过程。软氮化时金属表面首先被碳饱和，并在α－Fe中生成超显微的碳化物。这种碳化物可作为渗氮的媒介而还原氮化。通常采用碳氮原子的有机化合物作为软氮化渗剂。软氮化使零件表面获得结构致密的碳氮化合物层。常用的渗剂有：固态尿素，液态的甲酰胺及三乙醇胺，气态的有氨气加碳氮化合物气体，如甲烷、丙烷、煤气等。

反馈杆小球的配研是将小球与阀芯的中槽配合，属于无间隙滑动配合性质。一般要求保证间隙0～0．0015mm。配合的松紧程度不适当都会影响伺服阀的特性。这种配合不易测量准确，一般可凭经验查其配合情况，并与实测数据相结合。由于各种型号的伺服阀的阀芯质量及结构不同，对于很小的阀芯，当反馈杆小球插入阀芯中槽内，提起反馈杆时可将阀芯提起一定高度；对于较大的阀芯，只能拖着走一段距离，而对于更大一些的阀芯，小球插入中槽后只摆几下就会脱出。生产中可不断总结经验，找出更合理的配合间隙，研配好的反馈杆及编号卡片一同装入包装袋中。

(6)弹簧管加工工艺

弹簧管结构见图37．8－66。内孔d与挡板外圆过盈配合，过盈量一般为0．014～0．018mm。配合表面的圆度、圆柱度均在0．001mm以内。配合部位要求严格的密封，在额定压力下无渗、漏油现象。弹簧管的关键部位是薄壁部分，通常是加工内孔d以后加工外圆D，以测量刚度值(一般981～1049N·cm／rad)决定尺寸D，D=d+2δ，d为Φ2．4H7，薄壁厚度尺寸δ=0．06mm，要求厚度均匀，内外表面不能有任何的轻微划伤和刀痕。每批抽出一件进行液压试验，在42MPa液压作用下三分钟不允许破裂。外表面与薄壁两端连接的过渡圆角R0．5±0．1mm应光滑正确。

图37．8－66 弹簧管

弹簧管的材料，目前各厂家多采用铍青铜。它是铜基弹性合金中综合性能最好的一种，属于热处理强化合金。它必须经过适当的热处理(淬火+时效)，才能发挥良好性能。弹簧管的主要加工工艺见表37．8－14。

表37．8－14 弹簧管主要加工工艺

A．弹簧管薄壁部分的加工及刚度测量

弹簧管薄壁部分的加工是弹簧管加工中的关键工序。首先要配制专用心轴，以中孔定位，分粗、精磨两次加工而成。粗磨时，预测刚度约留余量0．003～0．004mm，然后精研内孔，抛光心轴，不得划伤内孔，精磨薄壁部分。磨削时选用粒度80^#～100^#的白色氧化铝砂轮，仔细平衡和修整，砂轮应经常保持锋利，不得堵塞。冷却液要经常更换，仔细过滤，以防细小砂粒进入磨削区使磨削表面划伤。磨削时精修好砂轮圆角，使过渡圆角精确并与薄壁转接圆滑。磨削后严格清洗和防锈并用30倍放大镜检查，不许有划伤、裂纹和锈点。

弹簧管薄壁部分的加工尺寸，仅作参考。实际尺寸以满足设计规定的刚度为准，因此刚度测量在弹簧管加工中具有相当重要的作用。常用的测量方法见图37．8－67。这种测量方法比较简便，仅能作相对比较测量。先取一件合格弹簧管测出位移量，然后再装上被测弹簧管与合格件比较，只能测出相对值，不能测出要求的实际刚度值，测量误差比较大；另一种测量方法是采用智能化的刚度测量仪，即以单片机为核心，用力传感器和位移传感器为测试元件，实现对精密机构零件刚度值的检测智能化，见图37．8－68和图37．8－69。这种测量方法可以准确地测量出弹簧管刚度的实际数值，工人操作方便，不易出现差错，也有利于设计人员试验修改设计参数，数据可直接打印，资料存档管理方便。