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直轴式(斜盘式)轴向柱塞泵的制造工艺

直轴式(斜盘式)轴向柱塞泵的制造工艺

柱塞泵是依靠柱塞在专门的缸体中往复运动实现吸油或压油的液压泵,壳体只起包容、连接和支承各工作部件的作用,是一种壳体非承压型液压元件。柱塞泵有轴向柱塞式和径向柱塞式两大类,其结构和工艺不尽相同。本节仅对轴向柱塞泵关键零件的材料及工艺作一简介。

(1)技术要求如图K所示,直轴式轴向柱塞泵由传动轴1、斜盘2、滑履3、柱塞4、缸体5、配流盘6、回程盘8等关键零件组成。直轴式轴向柱塞泵可长期在高压、高速、高温等苛刻条件下工作,并具有很高的容积效率和总效率,所以要求柱塞泵壳体内所有运转的零件除应具有足够的强度、刚度外还要有很高的尺寸精度和形位精度。为此要合理选择泵的关键零件的材质、热处理方式,并提高加工质量,其中尤以选用合理摩擦副材料最为重要。

(2)常用材料及工艺要求不同生产厂家、不同规格的产品,其选材和加工工艺不尽相同,随着表面处理技术的不断完善和发展,液压泵的用材出现多元化的趋势。各种传统热处理技术与现代表面处理技术的组合,包括对传统金属材料进行离子注入、热喷涂、激光熔敷、电化学镀、物理化学气相沉积等,日益显现出巨大的技术优势和经济优势。另外,其他新型工程材料如工程复合材料和陶瓷材料的应用,为泵的选材和制造提供了更多、更广泛的途径。

①柱塞与缸体

a.材料及热处理 柱塞与缸体的材料选配有两种方案;其一是硬柱塞软缸体;其二则是软柱塞硬缸体。在高压大流量柱塞泵中多采用第一种方案。

硬的柱塞材料通常为18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、GCr15、CrMn、9SiCr、

T7A、T8A及氮化钢38CrMoAlA等。前三种表面渗碳深度要达0.8~1.2mm,淬火硬度必须达到56~63HRC,其他钢种热处理硬度也要达到60HRC左右。CrMn和9SiCr工具钢具有热处理变形小、金相组织稳定的优点。GCr15热处理后对应力集中敏感,曾发生过柱塞折断的现象,尽量少用。或者在上述材料的表面喷涂或熔敷各种陶瓷层,如ZrO2、Al2O3、Cr2O3及其他陶瓷粉末。

缸体的材料通常为ZQSn10-1或ZQAlFe9-4,此外也可用耐磨铸铁或球墨铸铁等。为了节省铜,常用20Cr、12CrNi3A或GCr15作基体而在柱塞孔处镶嵌铜套,或者采用PEEK、Torlon、POM等工程塑料做成缸套结构,即“组合式缸体”。

若缸体采用硬的合金钢(硬度达60~62HRC),则柱塞常用铍青铜或QSn10-2-3锡铅镍青铜制造。

b.工艺要求 柱塞与缸体孔的配合间隙,以漏损和摩擦损失的总和最小为宜,在转速n<1500r/min,压力p>20MPa时,一般取为0.01~0.015mm,转速提高或压力降低至10MPa以下,则可酌情稍许加大。

柱塞插入部分开设均压环槽时,槽的尺寸为;深0.3~0.5mm,宽0.3~0.7mm,间距3~10mm。槽要保持锐边,以免携带污物,并有利于消除污物、颗粒。

柱塞渗碳淬火后要磨光,表面粗糙度为0.4~0.1μm,圆度、锥度允差小于径向间隙(0.002~0.005mm)的1/4。

孔的表面粗糙度一般为0.8~0.4μm,圆度、锥度允差与柱塞相同。

②滑履常用材料为耐磨的铜合金;压在斜盘上的一端的支承平面上制有几条同心环槽,有时还镀有银、铟等金属减摩层,靠由柱塞中心孑L引入的压力油在斜盘工作面上形成静压推力轴承;另一端则采用滚压包球工艺与柱塞头部实现铰接。

③斜盘与压盘(回程盘)  斜盘的工作表面必须平整、光滑、耐磨并具有足够的抗压强度,为此,斜盘多用GCr15,淬火后硬度为58~62HRC,其支承轴瓦通常用ZQAl9-4。

回程盘一般多用18CrMnTi,渗碳淬火后硬度为60~65HRC。为了避免回程盘孔割削滑靴,应将孔边倒圆R0.2mm左右,分度误差要小于20′。

④配流盘材料要与缸体对应选取,常用的材料配对见下表,其中以ZQSn10-1与Cr12MoV有最好的抗咬合能力。

下缸体与配流盘的常用材料配对

缸体配流表面

配流盘表面

ZQSn10-1

ZQSn10-2-3

ZQSn11-4-3

ZQAl9-4

锡铅青铜

锑青铜

球磨铸铁

铸铁

CuFe粉末冶金

陶瓷涂层

工程塑料

氮化钢

氮化钢

Cr12MoV、20Cr

12Cr

CrWMn

18CrMnTi、GCr15、20Cr、Cr2Mo

氮化钢、工程塑料

氮化刚、CrWMn、工程塑料

Cr12MoV

氮化钢

石墨

铸铁

工程塑料、陶瓷涂层

陶瓷涂层

合金钢、工程塑料

氮化钢、工程塑料

配流盘淬火(或氮化钢氮化)以后,为了稳定金相组织还通常进行冷处理和时效处理。

青铜的缸体表面有时要镀一层铅或铅和铟,以改善其跑合性和耐腐蚀性。

有的厂家在配流盘或缸体表面喷涂、烧结尼龙或PEEK等工程塑料,而其对偶面则尽量提高硬度(50HRC或更高),或者采用陶瓷涂层。

配流盘表面粗糙度为0.4~0.1μm,配流盘表面平面度公差约0.005mm,且只允许内凹,不允许外凸。