CN104033380A - 叶片泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及叶片泵。根据本发明的一实施方式，提供一种叶片泵，包括：转子，在外周面设置有多个插槽；叶片，以能够滑动的方式插入于上述各插槽；以及定子，在内部设置有上述转子，且具有与上述叶片的端部相接触的内周面，其中，上述转子的材质由球墨铸铁构成，上述叶片的材质由高速工具钢构成，上述定子的材质由合金铸铁构成。

Description

叶片泵
技术领域
本发明涉及叶片泵，更具体地，涉及用作汽车的转向泵的叶片泵。
背景技术
目前，为了增加汽车转向装置的转向力，使用多种装置，当为液压式转向装置的情况下，使用用于供给液压的动力转向泵。作为这种动力转向泵，可使用多种泵，但通常使用不仅效率高、体积和重量小，而且振动小的叶片泵。
图1为简要示出这种叶片泵的一例的剖视图，其中，上述叶片泵包括本体部1以及内置于上述本体部1的泵芯包3，上述泵芯包3包括：转子31，其以能够旋转的方式设置在上述本体部1的内部；以及定子30，其内置有上述转子31。并且，在上述转子31上形成有多个插槽，上述叶片32以可在上述插槽的内部进行滑动的方式安装于该插槽的内部。在此，通过未图示的弹簧等将上述叶片32向上述定子30的内壁加压，从而防止叶片32的端部与定子30的内壁面之间的泄漏。
由于上述转子31与通过引擎的驱动力旋转的旋转轴50相结合，因而将与引擎的驱动一起旋转。若转子31旋转，则上述叶片32一起旋转，从而压送由叶片、定子和转子的外面所定义的空间内部的流体。
在具有这种结构的叶片泵中，在上述叶片的端部与定子之间持续产生摩擦，由此叶片或定子发生磨耗。并且，上述转子的插槽内壁面与上述叶片之间也同样地产生磨耗。因此，为了使叶片泵长期可靠地工作，需要将这种由磨耗引起的损伤最小化。
以往，在用作汽车的转向装置的叶片泵中，通常利用低合金钢来制造定子，而叶片则利用高合金钢。另外，上述转子则利用了渗碳淬火齿轮钢。但是，由于上述定子和转子的加工性低，因此，不仅存在热处理时间长，制造成本高的问题，而且，由于与上述叶片的摩擦系数大，因此，还存在磨耗引起的损伤大的问题。
发明内容
本发明是为了克服如上所述的现有技术中的缺点而提出的，其技术课题在于，提供一种即使长时间使用，也能够将摩擦引起的损伤最小化的叶片泵。
为了解决上述技术课题，本发明的一实施方式提供叶片泵，包括：转子，在外周面设置有多个插槽；叶片，以能够滑动的方式插入于上述各插槽；以及定子，内部设置有上述转子，且具有与上述叶片的端部相接触的内周面，其中，上述转子的材质由球墨铸铁构成，上述叶片的材质由高速工具钢构成，上述定子的材质由合金铸铁构成。
在此，上述转子的材质是：以重量比包含C：3.5～3.9％、Si：2.2～3.0％、Mn：0.1～0.5％、S≤0.02％、P≤0.04％、Cu：0.1～0.5％、Mo：0.1～0.3％、Mg：0.02～0.05％和Re：0.01～0.04％，且余量为Fe及不可避免的杂质的奥氏体结构的球墨铸铁。
另外，对上述转子而言，每平方毫米中的球状石墨的数量为200个以上，碳化物的含量以重量比计为总重量的5％以下。
并且，可对上述转子进行等温淬火处理。
另外，对上述转子而言，等温淬火处理之前的拉伸强度为1200MPa以上，等温淬火处理之后的HRC硬度为50以上。
另外，上述等温淬火处理可包括：加热至880～950℃后保持30～90分钟的步骤；投入200～260℃的淬火溶液中后保持1～3小时的步骤；以及在大气中冷却至常温的步骤。
另外，作为上述淬火溶液，可使用将KNO3和NaNO3以1:1的质量比混合而成的硝酸盐溶液。
另一方面，上述定子的材质是：以重量比包含C：3.0～3.5％、Si：2.0～2.5％、Mn：0.5～1.0％、Cr：0.05～1.0％、Cu：0.2～0.5％、P：0.1～0.3％、B：0.02～0.06％、S：0.06～0.1％和Ti＜0.4%，且余量为Fe及不可避免的杂质的合金铸铁。
在此，上述定子经过等温淬火处理，并由合金碳化物含量以体积比计为定子总体积的4～10％的回火马氏体组织构成。
在此，上述等温淬火处理可包括：在860～950℃温度下保持1～2小时的步骤；投入温度为40～60℃的淬火油中的步骤；以及在大气中冷却至常温的步骤。
另外，上述定子的等温淬火处理之前的拉伸强度为300MPa以上，等温淬火处理之后的HRC硬度为50以上。
另一方面，上述叶片的材质是：以重量比包含C：0.8～0.9％、Si：0.2～0.45％、Mn：0.15～0.4％、S≤0.03％、P≤0.03％、Cr：3.8～4.4％、Mo：4.5～5.5％、V：1.75～2.2％和W：5.5～6.75％，且余量为Fe及不可避免的杂质的高速工具钢。
在此，上述叶片经过等温淬火处理，并由回火马氏体组织构成。
另外，上述等温淬火处理可包括：在1170～1210℃温度下保持0.5～1小时的步骤；利用液氮来进行冷却的步骤；在大气中冷却至常温的步骤；以及加热至550～570℃温度之后保持2～3小时的步骤。
在此，上述叶片的等温淬火处理之后的HRC硬度为61以上。
根据本发明，通过改善定子及转子的材质，并将分别与上述定子及转子相接触的叶片的材质最佳化，从而能够使因叶片泵启动中有可能产生的摩擦引起的磨耗最小化。
具体地，包含P、B、Cr、Cu元素的合金铸铁定子主要使带状碳化物粒子均匀地分布，从而抑制材料接触磨损变大，并减少微细的变形。并且，不仅片状石墨本身具有高的润滑特性，而且形成于片状石墨组织中的微细气孔还提供用于储存润滑油的空间，因而能够提高定子的耐磨耗性能。
并且，由球墨铸铁材质构成的转子具有高的耐磨耗性和热稳定性，在通过等温淬火能够获得的奥氏体组织的前提下，这种特性可成倍增加。另外，当在运行过程中施加冲击的情况下，通过所施加的冲击，残留在表面的奥氏体被加工硬化，从而转换为马氏体，由此，表面硬度变得更高、耐磨耗性也提高。并且，球墨铸铁所具有的本身润滑特性及形成于表面的微细气孔，也将提高耐磨耗性。
另一方面，分别与定子和转子相接触的叶片的材质是由高速工具钢构成，由于其组织结构与定子和转子的组织结构的差异大、且摩擦系数小，因而有利于减少接触磨耗损伤。另外，均匀地分布在叶片中的碳化物粒子可保护材料组织，延长叶片的使用寿命，从而大大提高叶片泵的可靠性。
并且，球墨铸铁及合金铸铁与钢铁铸件相比，生产时所需的能耗小，因而有利于减少生产成本。
附图说明
图1为简要示出以往的普通叶片泵的内部结构的俯视图。
图2为本发明的叶片泵的一实施例所具备的转子的组织照片。
图3为表示上述转子的球状石墨的分布的组织照片。
图4为表示上述实施例所具备的定子中合金碳化物分布的组织照片。
图5为上述实施例所具备的叶片的组织照片。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的叶片泵的实施例进行详细的说明。在此，本发明并不是涉及构成叶片泵的结构要素的形态，而是与转子、叶片及定子的材质相关，因而可适用于具有转子、叶片及定子的任意形态的叶片泵。在以下说明中，根据具有上述图1所述的形态的叶片泵进行说明。
首先，对上述实施例中的转子的制造过程进行说明。
（1）熔炼
以重量比包含C：3.5～3.9％、Si：2.2～3.0％、Mn：0.1～0.5％、S≤0.02％、P≤0.04％、Cu：0.1～0.5％、Mo：0.1～0.3％、Mg：0.02～0.05％和Re：0.01～0.04％的方式，通过适当比例混合元素，再利用电炉等对其进行加热后加以熔炼。
（2）球化处理及孕育
在由上述熔炼步骤熔炼的熔液中接种用于石墨球化的球化剂及孕育剂（接种剂）。此时，作为球化剂，可使用包含已知用于促进石墨球化的元素即Mg、Ca及稀土类（RE）的物质，具体地，使用包含稀土类Si、Fe和Mg合金的FeSiMgRE1，以重量比计，其添加量相对于熔液为1.0～1.2％。
（3）铸造
孕育处理结束后，将上述球化处理及孕育后的熔液注入至铸模中，制造具有所需形态的转子半成品。
（4）研磨
对铸造结束后的半成品形态的转子进行研磨，以使其具有规定尺寸。
（5）热处理
上述热处理即为所谓的等温淬火，其中，将上述研磨后的转子加热至880～950℃温度并保持30～90分钟之后，投入到温度为200～260℃的硝酸盐溶液并保持1～3小时。此时，上述硝酸盐溶液使用以1:1重量比混合KNO3和NaNO3的硝酸盐溶液。在此，对硝酸盐溶液的浓度以及用于形成硝酸盐溶液的KNO3、NaNO3浓度并没有特别的限定。
之后，在大气中冷却至常温来完成。
根据图2可知，通过如上所述的过程制成的转子具有奥氏体化的结构，参照图3可知，均匀地分布有球状石墨。在此，上述球状石墨的数量为每平方毫米200个以上，碳化物的含量以重量比计为总重量的5％以下。
根据测定结果，确认了上述转子的拉伸强度为1200MPa以上，HRC硬度为50以上。
另一方面，上述定子以重量比包含C：3.0～3.5％、Si：2.0～2.5％、Mn：0.5～1.0％、Cr：0.05～1.0％、Cu：0.2～0.5％、P：0.1～0.3％、B：0.02～0.06％、S：0.06～0.1％和Ti＜0.4％的方式配合原料后，按照铸造法制成。
另外，上述定子也同样经过热处理，将铸造及研磨结束后的定子加热至860～950℃温度并保持1～2小时。之后，放入温度为40～60℃的淬火油中进行淬火之后，取出并在大气中冷却至常温。
可知上述定子在铸造状态下的拉伸强度为300MPa以上，热处理之后的HRC硬度值为50以上。并且，热处理之前的石墨具有片状A型结构为75％以上，且按照GB/T7216标准的石墨长度在5～7级范围内的结构。并且，可知如上所述的热处理之后，材质组织以回火马氏体作为基体组织，合金碳化物的分布量（含量）以体积比计为定子总体积的4～10％左右（参照图4）。另外，上述定子可包含微量的奥氏体组织。
另一方面，上述叶片是，以重量比包含C：0.8～0.9％、Si：0.2～0.45％、Mn：0.15～0.4％、S≤0.03％、P≤0.03％、Cr：3.8～4.4％、Mo：4.5～5.5％、V：1.75～2.2％和W：5.5～6.75％的方式混合而制造熔液之后，进行铸造及研磨，以获得预定的尺寸及形状。之后，在真空环境下加热至1170～1210℃并保持0.5～1小时后，使用液氮来进行急冷，并在在大气中冷却至常温。
然后，再次加热至550～570℃并保持2～3小时，将上述过程反复3次。如此热处理之后的HRC硬度为61以上，如图5所示，可知热处理后的金属组织为回火马氏体。

Claims (15)

1.一种叶片泵，包括：
转子，在外周面设置有多个插槽，
叶片，以能够滑动的方式插入于上述各插槽，以及
定子，在内部设置有上述转子，并具有与上述叶片的端部相接触的内周面，其特征在于，
上述转子的材质由球墨铸铁构成，上述叶片的材质由高速工具钢构成，上述定子的材质由合金铸铁构成。
2.根据权利要求1所述的叶片泵，其特征在于，
上述转子的材质是以重量比包含C：3.5～3.9％、Si：2.2～3.0％、Mn：0.1～0.5％、S≤0.02％、P≤0.04％、Cu：0.1～0.5％、Mo：0.1～0.3％、Mg：0.02～0.05％和Re：0.01～0.04％，且余量为Fe及不可避免的杂质的奥氏体结构的球墨铸铁。
3.根据权利要求1所述的叶片泵，其特征在于，上述转子中，每平方毫米中球状石墨的数量为200个以上，碳化物的含量以重量比计为总重量的5％以下。
4.根据权利要求1所述的叶片泵，其特征在于，上述转子经过等温淬火处理。
5.根据权利要求4所述的叶片泵，其特征在于，上述转子的等温淬火处理之前的拉伸强度为1200MPa以上，等温淬火处理之后的HRC硬度为50以上。
6.根据权利要求4所述的叶片泵，其特征在于，上述等温淬火处理包括：
加热至880～950℃温度后保持30～90分钟的步骤；
投入200～260℃温度的淬火溶液内并保持1～3小时的步骤；以及
在大气中冷却至常温的步骤。
7.根据权利要求6所述的叶片泵，其特征在于，上述淬火溶液是以1:1的质量比混合KNO3和NaNO3的硝酸盐溶液。
8.根据权利要求1所述的叶片泵，其特征在于，
上述定子的材质是以重量比包含C：3.0～3.5％、Si：2.0～2.5％、Mn：0.5～1.0％、Cr：0.05～1.0％、Cu：0.2～0.5％、P：0.1～0.3％、B：0.02～0.06％、S：0.06～0.1％和Ti＜0.4％的合金铸铁。
9.根据权利要求8所述的叶片泵，其特征在于，上述定子经过等温淬火处理，并由合金碳化物含量以体积比计为定子总体积的4～10％的回火马氏体组织构成。
10.根据权利要求9所述的叶片泵，其特征在于，上述等温淬火处理包括：
在860～950℃温度下保持1～2小时的步骤；
投入至温度40～60℃的淬火油中的步骤；以及
在大气中冷却至常温的步骤。
11.根据权利要求9所述的叶片泵，其特征在于，上述定子的等温淬火处理之前的拉伸强度为300MPa以上，等温淬火处理之后的HRC硬度为50以上。
12.根据权利要求1所述的叶片泵，其特征在于，
上述叶片的材质是以重量比包含C：0.8～0.9％、Si：0.2～0.45％、Mn：0.15～0.4％、S≤0.03％、P≤0.03％、Cr：3.8～4.4％、Mo：4.5～5.5％、V：1.75～2.2％和W：5.5～6.75％，且余量为Fe及不可避免的杂质的高速工具钢。
13.根据权利要求12所述的叶片泵，其特征在于，上述叶片经过等温淬火处理，并由回火马氏体组织构成。
14.根据权利要求13所述的叶片泵，其特征在于，上述等温淬火处理包括：
在1170～1210℃温度下保持0.5～1小时的步骤；
利用液氮进行冷却的步骤；
在大气中冷却至常温的步骤；以及
加热至550～570℃后保持2～3小时的步骤。
15.根据权利要求13所述的叶片泵，其特征在于，上述叶片的等温淬火处理之后的HRC硬度为61以上。
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