CN103753156A - 一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法 - Google Patents

一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，属于机械加工技术领域。所述的加工方法包括以下步骤：选用氮化钢材料作为原料，经锯切，锻造后形成内齿圈毛坯；将内齿圈毛坯进行正火处理，正火处理的温度为930-950℃，保温时间为3-4小时，正火处理后空冷；将空冷后的内齿圈毛坯经过粗车，调质处理然后再经过精车、钻孔、去毛刺和退火处理；将退火处理后的内齿圈毛坯先后经过打磨、粗割、半精割、精割，保温处理后再进行离子氮化处理，最后经磨削后成型后得内齿圈产品。本发明内齿圈加工方法的加工工序简单，制得的内齿圈硬度高，可达1000HV以上，有效硬度层深，可为0.3-0.5mm，精度高，变形较小，耐磨性好。

Description

一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法
技术领域
本发明涉及一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，属于机械加工技术领域。
背景技术
齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。而内啮合齿轮泵常用于输送石油、化工、涂料、染料、食品、油脂、医药等行业中的牛顿液体或非牛顿液体，输送液体的种类可由轻质、挥发性液体，直至重质、粘稠，甚至半固态液体。内啮合齿轮泵是采用齿轮内啮合原理，内外齿轮节圆紧靠一边，另一边月牙块隔开。内齿轮轴上的主动齿轮带动内齿轮同向转动，在进口处齿轮相互分离形成负压而吸入液体，在出口处不断嵌入啮合形成高压将液体挤压输出。而泵体、内齿圈、月牙块、齿轮轴是内啮合齿轮泵中的重要零部件。其中，月牙块将齿轮轴和齿圈啮合运动所形成的工作容腔分隔成高压腔和低压腔，形成内啮合齿轮泵的径向密封，防止高压腔的油液泄漏到低压腔。众所周知，泵体-内齿圈，内齿圈-月牙块，齿轮轴-月牙块等运动副是内啮合齿轮泵中的主要运动副，也是比较容易发生磨损失效的运动副。泵体、内齿圈、月牙块、齿轮轴的结构以及材料配对和表面处理工艺等方面的设计，直接影响运动副的摩擦磨损特性和内啮合齿轮泵的效率与工作寿命。
但现有技术中的内齿圈一般采用二次碳氮共渗，采用插齿、推齿、拉齿成型，但是二次碳氮共渗的处理方法在保证内齿圈热变形良好的情况下氮化层深度没有办法达到使用要求，氮层深度只有0.4-0.5mm，HV不到850，从而容易由磨损导致硬化层失效，且反复的碳氮共渗处理导致内齿圈产生的热变形较大，不利于内齿圈的正常使用，此外，最终热处理不能保证内齿圈表面的粗糙程度。另外，采用插齿、推齿、拉齿成型的加工难度大，生产工序长，材料利用率低，制得的内齿圈硬度低，且材料消耗和产品能耗都比较大，造成成本高。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，使加工得到的内齿圈表面硬度高，精度高，使用寿命长。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，所述的加工方法包括以下步骤：
S1、选用氮化钢材料作为原料，根据用于内啮合齿轮泵中的内齿圈的形状和规格经过锯切，锻造后形成内齿圈毛坯；
S2、将上述制作的内齿圈毛坯进行正火处理，正火处理的温度为930-950℃，保温时间为3-4小时，正火处理后空冷；
S3、将上述经过空冷后的内齿圈毛坯经过粗车，调质处理然后再经过精车、钻孔、去毛刺和退火处理；
S4、将上述经过退火处理后的内齿圈毛坯先后经过打磨、粗割、半精割、精割，保温处理后再进行离子氮化处理，最后经磨削后成型后得内齿圈产品。
本发明内齿圈的加工工艺先通过正火处理，可减小内齿圈的变形，改善切削加工性。经研究后本发明在调质处理后，先后进行去应力退火、打磨、粗割、半精割、精割，保温处理，然后将氮化处理调整为离子氮化处理，与气体渗氮相比具有渗氮速度快、渗氮层组织易于控制、脆性小、无环境污染、节约电能，气源、变形小等优点，可使本发明加工得到的内齿圈有较高的表面硬度，使表面硬度HV可达1000以上，使内齿圈在保证整体变形较小（整体变形量不大于0.05mm）的情况下氮化层深度达到0.8mm，并具有较好的耐磨性，较好的抗磨蚀性，高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。此外，本发明在离子氮化处理前先对内齿圈进行调质处理，使其具有良好的塑性和韧性，离子氮化处理后不再实施淬火、回火，从而使本发明的加工工序较简便。另外，本发明通过去应力退火、打磨、粗割、半精割、精割大大提高了内齿圈的精度，保证内齿圈齿形变形控制在公差范围及表面粗糙度。
在上述用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法中，步骤S1中所述的氮化钢由以下质量百分比的成分组成：C：0.36-0.40%、Si：0.20-0.40%，Mn：0.4-0.6%，Cr：1.4-1.6%，Al：0.7-1.10%，Mo：0.2-0.23%，Ni≤0.30%，Cu≤0.30%，S≤0.035%，P≤0.035%，余量为Fe。内齿圈在氮化处理时，会使齿圈的表面形成一层硬度很高又耐腐蚀的氮化物（主要为Fe2N、Fe3N、Fe4N）。内齿圈的机械性能决定着含碳量，含碳量高时会阻碍N的扩散，从而减少氮化层的厚度，而含碳量少时，内齿圈截面上的硬度梯度变化就会大，从而造成氮化层容易剥离。Mn的作用是增加渗氮后内齿圈的表面硬度，Cr可以增加氮化层的厚度，Mo可以防止长时间加热造成的回火脆性，Cr、Si、Al对内齿圈材质的改良也很重要。
在上述用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法中，步骤S3中所述调质处理中，预热温度为500-600℃，预热后保温时间为1-3小时，加热温度为930-950℃，加热后保温时间为1-2小时，油淬，回火温度为630-650℃，回火后保温时间为5小时。
在上述用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法中，步骤S4中所述去应力退火中，加热温度为590-610℃，加热后保温时间为8-12小时，随炉冷却至180-220℃，空冷。去应力退火处理中的加热过程中需保护加热，不得发生氧化脱落。
在上述用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法中，步骤S5中所述的保温温度为180-220℃，保温时间为7-9小时。
在上述用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法中，步骤S4中所述离子氮化处理的温度为560-600℃，保温时间为70-74小时。内齿圈对氮原子的吸收能力，决定于温度、表面状态、齿圈的成分等。氮化温度越高，溶入于内齿圈表面晶体点阵的机率越大。经长期实验研究以及复杂的计算，结合本加工方法中的氮化处理的温度、内齿圈的尺寸等，本发明严格控制离子氮化处理及温度，从而提高内齿圈的表面硬度和疲劳强度。离子氮化处理时间过短，内齿圈表面的硬度不能达到最大值，但离子氮化处理时间过长，会影响生产效益。其中，内齿圈表面不清洁，如有油污等，隔离了活性氮与内齿圈表面的接触，会阻碍内齿圈对氮的吸收。
本发明具有以下有益效果：本发明用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法的加工工序简单，制得的内齿圈硬度高，可达1000HV以上，有效硬度层深，可为0.3-0.5mm，精度高，变形较小，耐磨性好。
附图说明
图1为内啮合齿轮泵的装配结构示意图。
图中：1、月牙块；2、泵体；3、内齿轮轴；4、内齿圈。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
请参照图1，图1为内啮合齿轮泵的装配结构示意图。图1中，内啮合齿轮泵包括泵体、与泵体内表面可转动接触的内齿圈、与内齿圈啮合连接且具有共轭齿形的齿轮轴以及设置于内齿圈与齿轮轴之间的弧形状的月牙块。齿轮轴与月牙块内侧弧形表面可转动接触，内齿圈与月牙块外侧弧形表面可转动接触。
当齿轮轴转动时，齿轮轴带动内齿圈沿相同方向旋转，由于弧形月牙块的设置，在齿轮轴和内齿圈转动过程中，齿轮轴与内齿圈一侧的齿间容积逐渐扩大，形成真空，液体在大气压作用下进入齿轮轴与内齿圈之间。同时，齿轮轴与内齿圈另一侧的齿间空间容积逐渐减小将齿轮轴与内齿圈之间的液体挤压出去。随着齿轮轴的不断转动，液体不断的被吸入齿轮轴与内齿圈之间，同时也被不断的排出。
本发明用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法如下实施例所述：
实施例1
选用如下氮化钢材料作为原料，根据用于内啮合齿轮泵中的内齿圈的形状和规格经过锯切，锻造后形成内齿圈毛坯。所述的氮化钢材料由以下质量百分比的成分组成：C：0.38%、Si：0.30%，Mn：0.50%，Cr：1.50%，Al：0.90%，Mo：0.22%，Ni：0.20%，Cu：0.:25%，S：0.03:0%，P：0.035%，余量为Fe。
将上述制作的内齿圈毛坯进行正火处理，正火处理的温度为940℃，保温时间为3小时，正火处理后空冷。
将上述经过空冷后的内齿圈毛坯经过粗车，调质处理然后再经过精车、钻孔、去毛刺和退火处理。所述调质处理具体过程是，将粗车处理后的内齿圈毛坯先进行预热，预热温度为550℃，保温时间为2小时，然后再加热至940℃进行保温，保温时间为1小时，油淬，然后再进行回火，回火温度为640℃，保温时间为5小时。所述退火处理的具体过程为：将经过去毛刺处理后的内齿圈毛坯加热至温度为600℃保温，保温时间为10小时，然后随炉冷却至200℃，空冷。
将上述经过退火处理后的内齿圈毛坯先后经过打磨、粗割、半精割、精割，保温处理后再进行离子氮化处理，最后经磨削成型后得内齿圈产品。其中，所述的保温温度为200℃，保温时间为8小时。所述离子氮化处理的温度为580℃，保温时间为72小时。
实施例2
选用如下氮化钢材料作为原料，根据用于内啮合齿轮泵中的内齿圈的形状和规格经过锯切，锻造后形成内齿圈毛坯。所述的氮化钢材料由以下质量百分比的成分组成：C：0.36%、Si：0.40%，Mn：0.4%，Cr：1.6%，Al：0.7%，Mo：0.23%，Ni：0.25%，Cu：0.25%，S：0.030%，P：0.025%，余量为Fe。
将上述制作的内齿圈毛坯进行正火处理，正火处理的温度为930℃，保温时间为3小时，正火处理后空冷。
将上述经过空冷后的内齿圈毛坯经过粗车，调质处理然后再经过精车、钻孔、去毛刺和退火处理。所述调质处理具体过程是，将粗车处理后的内齿圈毛坯先进行预热，预热温度为500℃，保温时间为1小时，然后再加热至930℃进行保温，保温时间为1小时，油淬，然后再进行回火，回火温度为630℃，保温时间为5小时。所述退火处理的具体过程为：将经过去毛刺处理后的内齿圈毛坯加热至温度为590℃保温，保温时间为8小时，然后随炉冷却至200℃，空冷。
将上述经过退火处理后的内齿圈毛坯先后经过打磨、粗割、半精割、精割，保温处理后再进行离子氮化处理，最后经磨削成型后得内齿圈产品。其中，所述的保温温度为180℃，保温时间为7小时。所述离子氮化处理的温度为560℃，保温时间为70小时。
实施例3
选用如下氮化钢材料作为原料，根据用于内啮合齿轮泵中的内齿圈的形状和规格经过锯切，锻造后形成内齿圈毛坯。所述的氮化钢材料由以下质量百分比的成分组成：C：0.40%、Si：0.20%，Mn：0.60%，Cr：1.40%，Al：1.10%，Mo：0.20%，Ni：0.30%，Cu：0.30%，S：0.025%，P：0.020%，余量为Fe。
将上述制作的内齿圈毛坯进行正火处理，正火处理的温度为950℃，保温时间为4小时，正火处理后空冷。
将上述经过空冷后的内齿圈毛坯经过粗车，调质处理然后再经过精车、钻孔、去毛刺和退火处理。所述调质处理具体过程是，将粗车处理后的内齿圈毛坯先进行预热，预热温度为600℃，保温时间为3小时，然后再加热至950℃进行保温，保温时间为2小时，油淬，然后再进行回火，回火温度为650℃，保温时间为5小时。所述退火处理的具体过程为：将经过去毛刺处理后的内齿圈毛坯加热至温度为610℃保温，保温时间为12小时，然后随炉冷却至200℃，空冷。
将上述经过退火处理后的内齿圈毛坯先后经过打磨、粗割、半精割、精割，保温处理后再进行离子氮化处理，最后经磨削成型后得内齿圈产品。其中，所述的保温温度为220℃，保温时间为9小时。所述离子氮化处理的温度为600℃，保温时间为74小时。
对比例
采用普通的40Cr钢，按现有技术中普通的内齿圈的加工方法制成内齿圈。
将实施例1-3及对比例中经过氮化处理后的内齿圈进行磨削，然后逐一测量，测试结果如表1所示。
表1：实施例1-3及对比例中经过氮化处理后的内齿圈进行磨削测量的结果
Figure BDA0000439923760000071
Figure BDA0000439923760000081
对实施例1-3和对比例中加工内齿圈进行比较，比较结果如表2所示。
表2：实施例1-3和对比例中加工内齿圈效果的比较
Figure BDA0000439923760000082
从表1、2中可以看出，本发明用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法的加工工艺简单，生产成本低，制得的内齿圈表面硬度高，氮化层深度深，耐磨性能好，稳定性较好。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (6)

1.一种用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、选用氮化钢材料作为原料，根据用于内啮合齿轮泵中的内齿圈的形状和规格经过锯切，锻造后形成内齿圈毛坯；
S2、将上述制作的内齿圈毛坯进行正火处理，正火处理的温度为930-950℃，保温时间为3-4小时，正火处理后空冷；
S3、将上述经过空冷后的内齿圈毛坯经过粗车，调质处理然后再经过精车、钻孔、去毛刺和退火处理；
S4、将上述经过退火处理后的内齿圈毛坯先后经过打磨、粗割、半精割、精割，保温处理后再进行离子氮化处理，最后经磨削后成型后得内齿圈产品。
2.根据权利要求1所述的用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，其特征在于，步骤S1中所述的氮化钢材料由以下质量百分比的成分组成：C：0.36-0.40%、Si：0.20-0.40%，Mn：0.4-0.6%，Cr：1.4-1.6%，Al：0.7-1.10%，Mo：0.2-0.23%，Ni≤0.30%，Cu≤0.30%，S≤0.035%，P≤0.035%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，其特征在于，步骤S3中的调质处理具体处理过程为，将粗车处理后的内齿圈毛坯先进行预热，预热温度为500-600℃，保温时间为1-3小时，然后再加热至930-950℃进行保温，保温时间为1-2小时，油淬，再进行回火，回火温度为630-650℃，保温时间为5小时。
4.根据权利要求1或3所述的用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，其特征在于，步骤S3中所述退火处理的具体过程为：将经过去毛刺处理后的内齿圈毛坯加热至温度为590-610℃保温，保温时间为8-12小时，然后随炉冷却至180-220℃，空冷。
5.根据权利要求1所述的用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，其特征在于，步骤S4中所述的保温温度为180-220℃，保温时间为7-9小时。
6.根据权利要求1所述的用于内啮合齿轮泵中的内齿圈加工方法，其特征在于，步骤S4中所述离子氮化处理的温度为560-600℃，保温时间为70-74小时。
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