摆线齿轮泵外转子的加工工艺及工装设计研究

赵娜 姚艳 付移风

摘 要：转子是摆线泵中的重要组成件[1]，是动力传递的核心部件，其加工精度直接决定着摆线泵的性能。摆线齿轮泵外转子零件结构看似简单，实则齿型面精度要求极高，加工难度大，转子型面的加工工艺方案及专用夹具设计成为技术难题，本文通过分析、试验，研究制定了外转子的加工工艺方案，重点介绍了齿型面加工关键工序及其专用夹具设计，通过现场加工应用验证，工艺方案可行，夹具设计合理可靠，解决了摆线泵外转子型面的加工难题，为同类产品的加工提供了思路。

关键词：摆线齿轮泵；外转子；工艺方案；夹具设计

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

1 引言

摆线泵是一种特殊的内啮合齿轮泵，又称摆线内啮合齿轮泵，它具有结构紧凑、运转平稳，噪声小、寿命长和良好的高速性能等优点，被广泛应用于液压系统中。摆线转子组件如图1所示由内转子和外转子组成，在摆线泵中承担着动力传递的功能。其中外转子齿数5，型面由曲线圆弧构成，材料用8620是引进国外的一种新型不锈钢材料，转子要求整体渗碳，型面要求轮廓度0.02mm及粗糙度0.4。针对新材料，热处理要求及较高的表面精度要求，通过试件加工测试发现热处理前后零件型面产生变形，一次加工成型，满足不了设计要求，型面需通过精加工补充去余量，消除变形问题，然而二次加工又带来了装夹定位的难题，因此，需研究制定合理的型面加工工艺方案，同时设计、制造专用夹具解决装夹定位问题，最终实现零件加工并满足设计图样要求。

2 工艺难点分析

2.1 热处理要求（单位：公制mm）

热处理变形数据是零件粗加工为精加工预留余量的依据，零件材料8620是一种新型的合金钢材料，要求按AMS2759/7，Class 2.TYPE 1对零件所有表面进行渗碳，渗层厚0.50mm～0.76mm，硬度HRC≥58，中心硬度HRC26～44。按零件图样外形及名义尺寸制造试验样件，确定电加工重熔层及渗碳、淬火变形，得出零件变形量在0.05～0.1范围内。

2.2 尺寸形位公差要求（单位：公制mm）

尺寸要求：外圆尺寸Φ43.12，公差为单减-0.012，表面粗糙度0.4；

形位公差要求：端面平面度0.005，两端面平行度0.005，外圆对端面垂直度Φ0.012，齿形面轮廓度0.022。

零件尺寸和形位公差要求精度极高，尤其齿型面的要求，保证困难。

3 工艺方案制定

合理的加工工艺方案及完善的工装是成功完成零件加工的保证，依据以上工艺难点分析，最终确定出如图2所示工艺流程[2]，并从粗精加工两部分详细说明工艺思路。

3.1 粗加工

粗加工齿形的质量好坏直接决定着精加工齿形的成败，因此割齿之前就对平面度、垂直度及外圆尺寸做与精加工相同的公差要求，安排研平面、磨平面、磨外圆等精加工工序，其中磨外圆时，因为精磨齿形是以外圆为基准，加之零件厚度较薄，为获得最一致的外圆尺寸，采用穿串研孔后又利用自制定位芯轴（如图3所示）一次装夹磨外圆。依据热处理试验提供变形数据，同时考虑如装夹定位、找正误差等因素，加工预留0.15mm余量。

3.2 精加工

热处理工序后，磨齿前对基准平面、基准外圆等的加工工序安排与之前基本一致，区别是在磨外圆时是以齿形内切圆定位，将零件面对面穿成串装夹加工。

4 关键工序分析及专用夹具设计

磨齿工序是摆线泵转子加工的关键工序。

4.1 装夹定位方式选择

一面两孔定位是机械加工常用的定位原理[3]，针对该零件的加工，通过四种加工思路对比分析后，择优选择。（1）零件结构增加定位孔：需要设计部门根据泵的工作原理确定是否增加定位孔以及孔的位置及大小，经与设计部门沟通，不同意更改结构，方案被否定。（2）增加工艺夹头方案：采用以端面、外圆、工艺销子孔的定位方法，具体做法是：零件留加长，在加长段加工磨齿角向工艺圆销子孔，磨齿后再用线切割去除加长部分，结果是外转子其中一个端面无渗碳层，不满足零件整体渗碳的要求，此种方案被否定，不作采纳。（3）内齿形定位：采用端面和内齿形销子的定角向的方法，具体做法是：加工与零件齿形相配外齿形定位销，夹具底板需加工出内齿形销孔，定位后压紧取出齿形销进行加工。该方案理想状态下能实现精加工定位，但是存在零件渗碳变形后由于过定位造成齿形销无法装入转子内腔。所以本方案对零件渗碳的变形量控制、齿形定位销和零件内腔的间隙控制都提出了很高的要求，存在一定的技术风险。（4）外圆和定位销定位：采用端面、外圆、零件齿形一齿面内切圆作为销子孔的定位方法，具体做法是：任选齿形一齿面并根据销子与齿形相配情况确定出内切圆位置及直径，底板相同位置加工出定位圆销孔，定位后压紧取出定位圆销进行加工。本方案结合方案2的优点，同时解决了零件过定位問题，确定为本次加工的使用方案。

4.2 专用夹具设计

基于以一端面、最大外圆及任一齿形内切圆定位的思路，并结合装夹使用，设计出如下图4所示磨齿装夹定位夹具（配合定位销使用），其中注意：因为与齿形相切圆可画出无数个，所以设计的原则应该是，在保证内切的要求前提下，根据销子接触配合情况及强度，选择确定销子直径。

4.3 专用夹具使用方法

该专用夹具的使用与以往的夹具装好就用有所区别，具体方法概括为五个步骤：（1）以任一端面和外圆为基准，将零件装入夹具后，任选一齿形内切圆销子孔插入定向；（2）通过夹具中孔压紧零件，找正零件外圆中心跳动≤0.005；（3）绕开齿形，压板从两边压紧零件；（4）取出中孔压紧装置；（5）取出定位销子。

4.4 刀具选择

根据材料切削加工性能[4]，磨削选用金刚石砂轮。

4.5 切削参数选择

经过调试最终确定磨齿工序切削参数为：主轴转速35000r/min、进刀量0.01mm、进给率30mm/min。

5 工艺方案的实施

零件投入生产后，严格按照以上定制工艺方案执行，并在粗加工型面后，为检验精加工余量均匀，保证精磨削效果，采用三坐标测量机对型面轮廓度进行检测；精加工后，由于转子轮廓度要求极其严格，为避免拆卸零件、二次找正带来的测量误差，在转子加工完成后将零件与夹具一同送检，计量人员通过夹具的加工找正带对零件基准进行找正，确保计量基准最大限度的与加工基准保持一致，排除找正带来的计量误差，经检测，齿型面轮廓度值0.019<0.02，满足设计图样要求。

6 结束语

针对高精度要求的摆线泵外转子零件，本文从分析工艺难点出发，通过充分的讨论、试验、论证，制定了零件的加工工艺方案，同时设计了关键工序专用夹具，经生产验证，工艺方案可行，夹具设计合理可用，急生产现场所需，解决了零件加工的难题，确保了科研生产任务的保质保量交付，方法对同类型其它零件的加工具有参考价值。

参考文献：

[1]白海清.双向摆线泵原理及其结构研究[J].机床与液压，2007（11）.

[2]魏佐华.转子加工工艺探讨[J].液压与气动，1990（04）.

[3]朱大品.提高一面两孔定位精度的方法[J].现场制造工程，1992

（11）.

[4]姜敏凤.金属材料及热处理知识[M].北京：机械工业出版社，2007.

作者简介：赵娜（1986-），女，硕士研究生，工程师，主要从事工艺技术管理及研究方面的工作。