CN111102185A - 用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体、摩擦副及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体、摩擦副及加工方法，缸体的基体采用球墨铸铁材料，缸体的配流面采用铜合金材料，铜合金通过融焊融合于缸体的配流面，基体的热处理采用氮碳共渗处理，缸体柱塞孔表面形成有效的耐磨层。本发明的技术方案解决了原平面摩擦副的磨损问题，在长时间使用后缸体铜合金平面及配流盘摩擦面均无明显损伤或异常磨损，平面配流效果及寿命有显著提高，使泵的使用寿命明显提高。

Description

用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体、摩擦副及加工方法

技术领域

本发明涉及变量柱塞泵技术领域，特别涉及用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体、摩擦副及加工方法。

背景技术

轴向变量柱塞泵是液压系统的重要组成部分。数年前，某两栖装甲突击车风扇变量泵正式生产并批量提供，随着技术的发展及设备精度的提高，轴向变量柱塞泵精度也越来越高，但是，因该风扇变量泵使用工况恶劣，高压、高速及连续工作时间长，致使泵的使用寿命降低。经过分析，发现缸体和配流盘的平面摩擦副的异常磨损、损伤是其主要原因。

缸体为回转部件，且硬度较高，当泵运转时，缸体高速旋转，柱塞在缸体中往复运动，不断地经吸油和压油动作，压力油腔高压力通过柱塞作用在缸体上，极容易导致缸体和配流盘发生偏磨。配流盘在分配油液进出的同时，要承受缸体由于运转中的倾斜力矩作用产生偏心载荷，因配流盘材质硬度低，平面容易磨损和划伤，配流盘和缸体结合面变得不均匀，磨损加剧，最终导致配流盘平面损坏，泵容积效率降低，柱塞泵温度增加，甚至使柱塞泵烧坏。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种能够承受缸体由于高速运转中的倾斜力矩作用产生偏心载荷力和偏磨，使平面不受损伤、划伤，提高泵的使用寿命的用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体、摩擦副及加工方法，具体技术方案如下：

用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体，缸体的基体采用球墨铸铁材料，缸体的配流面采用铜合金材料，基体的热处理采用氮碳共渗处理，缸体柱塞孔表面形成有效的耐磨层，铜合金通过融焊融合于缸体的配流面。通过上述技术方案，保证了缸体与柱塞副的摩擦性能，降低了配流面的摩擦系数，使平面不受损伤、划伤，提高了泵的使用寿命。

以下为本发明的附属技术方案。

进一步的，所述配流面的厚度为0.7mm-1.0mm，硬度HB70-90，从而提高配流面的耐磨性。

进一步的，所述配流面的平面度为0.002-0.003mm。

进一步的，所述配流面的粗糙度为Ra0.1～0.2，从而提高了零件精度，使缸体与配流盘的配合间隙均匀分布，可减少运转的磨损。

用于轴向变量柱塞泵的摩擦副，包括缸体和配流盘，配流盘材质采用合金结构钢，热处理采用调质、时效及氮化处理方法。

用于轴向变量柱塞泵的摩擦副的加工方法，，包括以下步骤：

S1:选用球墨铸铁材料加工成缸体基体，选用铜合金材料，通过融焊的方式融合于缸体的配流面；

S2:基体进行氮碳共渗处理，使柱塞孔表面形成有效的耐磨层；

S3:选用合金结构钢材料加工成配流盘，配流盘采用调质处理；

S4:然后对配流盘进行时效处理；

S5:再对配流盘进行氮化处理。

进一步的，步骤S2之后，继续对缸体精加工研磨，使平面度达到0.002-0.003mm，粗糙度达到Ra0.1-0.2。

进一步的，在步骤S5之后，再次对配流盘进行精加工处理。

本发明的技术效果：本发明的技术方案解决了原平面摩擦副的磨损问题，在长时间使用后缸体铜合金平面及配流盘摩擦面均无明显损伤或异常磨损，平面配流效果及寿命有显著提高，使泵的使用寿命明显提高。

附图说明

图1是本发明实施例的一种用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体的示意图。

图2是本发明实施例的一种用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体的截面图。

图3是本发明实施例的一种用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体的另一截面图。

图4是本发明实施例的超载试验的试验结果图。

图5是本发明实施例的耐久性试验的试验结果图。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

如图1至图5所示，本实施例公开了一种用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体，缸体的基体1采用球墨铸铁材料，缸体的配流面2采用铜合金材料，铜合金通过融焊融合于缸体的配流面2，基体1的热处理采用氮碳共渗处理，缸体柱塞孔3表面形成有效的耐磨层，柱塞5设置在柱塞孔中。上述技术方案中，采用双金属缸体，即球墨铸铁和铜合金的材质组合，选用球磨铸铁作为基体，具有良好的可加工性和良好的软氮化性能，经氮碳共渗处理后，使缸体柱塞孔表面形成有效的耐磨层，保持了缸体与柱塞副的摩擦性能。配流面采用铜合金，除材料具有较小的摩擦系数外，铜合金层不受热处理影响，可继续进行精加工研磨，从而提升平面度和粗糙度。

本实施例中，所述配流面2的厚度D为0.7mm-1.0mm，硬度HB70-90，从而提高配流面的耐磨性。

本实施例中，所述配流面2的平面度为0.002-0.003mm，所述配流面2的粗糙度为Ra0.1～0.2，从而提高了零件精度，使缸体1与配流盘4的配合间隙均匀分布，可减少运转的磨损。

用于轴向变量柱塞泵的摩擦副，包括缸体1和配流盘4，配流盘4材质采用合金结构钢，热处理采用调质、时效及氮化处理方法。调质是指一种用以改善钢铁材料综合力学性能的热处理工艺；本实施例的配流盘经过调质处理后，能够提高基体硬度。时效处理，指金属或合金工件经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸，性能随时间而变化的热处理工艺。本实施例的配流盘在精加工前时效处理消除内应力。氮化处理是指一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。本实施例的配流盘通过气体氮化处理提高零件表面硬度和耐磨性，气体氮化处理后再次对配流盘精加工处理，提高摩擦面平面度和粗糙度，满足设计和使用要求。

通过上述技术方案，改进后的缸体1和配流盘4摩擦付零件硬度差达到500HV以上，且配流盘硬度高，能完成承受缸体由于高速运转中的倾斜力矩作用产生偏心载荷力和偏磨，使平面不受损伤、划伤，提高了泵的使用寿命。改进后的缸体除增加铜合金层外，其余结构和尺寸均无变化，不影响后续回转体的装配和使用。

以下通过实验进一步说明本实施例的用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体的技术效果。

实验一：改进前、后产品有限寿命考核试验。

①试验油液：46#抗磨液压油，油液洁净度NAS9级；

②工作条件：在最大排量下，压力25MPa，试验转速2100r/min～2300r/min；

③试验时间：16h连续运行。

以下为实验数据表，其中，表一为改进前的缸体运行数据表，表二为改进后的缸体运行数据表。

表一：改进前运行数据表

表二：改进后运行数据表

通过上述实验数据可知，经过长时间的运行后，改进后的泵的容积效率相比改进前有大幅提升。

实验二：为了更好的验证新产品性能及可靠性，按照“CB1388-2008舰船用液压泵、马达规范”对改进产品进行超载试验和耐久性试验。

1、超载试验

试验要求：在最大排量，转速1500r/min、压力为32MPa工况下，连续运转20小时，无异常现象。实验数据如图4所示，图中，X轴：时间(秒)；Y轴(左):压力(bar)(Y轴上方曲线)；Y轴(右)：流量(Y轴下方曲线)；

2、耐久性试验

试验要求：在最大排量，转速1500r/min调件下，设定低压压力2.0MPa，保持2S，设定高压压力25MPa，保持2S，冲击频率：15次/min，进行10000次冲击试验，无异常现象，容积效率下降不应≥3％；实验数据如图5所示，注：X轴：时间(秒)；Y轴(左):压力(bar)

3、容积效率

完成冲击试验后，进行容积效率检查,实测值为:93.86％

试验转速	试验压力	容积效率
			1510r/min	24.9MPa	93.86％

4、试验完成后，对更改前后平面摩擦副进行拆检。

经对比试验，改进前，柱塞泵经16小时的有限寿命试验后容积效率下降3.21％，拆检发现，原平面摩擦副的配流盘磨损较大，若再继续试验，泵极可能烧坏。可得结论：该平面摩擦副在高速极限运转的条件下，寿命较短。改进后，除经16小时的有限寿命试验外，还进行了20小时超载试验及10000次冲击试验，其容积效率下降仅为1.06％，拆检发现，缸体铜合金平面及配流盘摩擦面均无明显损伤或异常磨损，平面配流效果及寿命有显著提高。从对比测试效果看，采用新平面摩擦副在试验前后的容积效率都远远高于原泵。由此可见，新型材料缸体的改进方案完全解决了原平面摩擦副的磨损问题，并使泵的使用寿命明显提高。目前，该项技术经试验验证后已应用于公司轴向变量柱塞泵全系列产品中，效果良好。

用于轴向变量柱塞泵的摩擦副的加工方法，包括以下步骤：

S1:选用球墨铸铁材料加工成缸体基体，选用铜合金材料，通过融焊的方式融合于缸体的配流面；配流面采用铜合金，除材料具有较小的摩擦系数外，铜合金层不受热处理影响，可继续进行精加工研磨，从而提升平面度和粗糙度。

S2:基体进行氮碳共渗处理，使柱塞孔表面形成有效的耐磨层；选用球磨铸铁作为基体，具有良好的可加工性和良好的软氮化性能，经氮碳共渗处理后，使缸体柱塞孔表面形成有效的耐磨层，保持了缸体与柱塞副的摩擦性能。

S3:选用合金结构钢材料加工成配流盘，配流盘采用调质处理；本实施例的配流盘经过调质处理后，能够提高基体硬度。

S4:然后对配流盘进行时效处理；本实施例的配流盘在精加工前时效处理消除内应力。

S5:再对配流盘进行氮化处理。本实施例的配流盘通过气体氮化处理提高零件表面硬度和耐磨性。

本实施例中，步骤S2之后，继续对缸体精加工研磨，使平面度达到0.002-0.003mm，粗糙度达到Ra0.1-0.2。从而提高了零件精度，使缸体1与配流盘4的配合间隙均匀分布，可减少运转的磨损。

在步骤S5之后，再次对配流盘进行精加工处理，提高摩擦面平面度和粗糙度，满足设计和使用要求。提高摩擦面平面度和粗糙度，满足设计和使用要求。

通过上述技术方案加工的缸体能完成承受缸体由于高速运转中的倾斜力矩作用产生偏心载荷力和偏磨，使平面不受损伤、划伤，提高了泵的使用寿命。改进后的缸体除增加铜合金层外，其余结构和尺寸均无变化，不影响后续回转体的装配和使用，平面配流效果及寿命有显著提高，使泵的使用寿命明显提高。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体，其特征在于，缸体的基体采用球墨铸铁材料，缸体的配流面采用铜合金材料，铜合金通过融焊融合于缸体的配流面，基体的热处理采用氮碳共渗处理，缸体柱塞孔表面形成有效的耐磨层。

2.根据权利要求1所述的用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体，其特征在于，所述配流面的厚度为0.7mm-1.0mm，硬度HB70-90。

3.根据权利要求2所述的用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体，其特征在于，所述配流面的平面度为0.002-0.003mm。

4.根据权利要求3所述的用于轴向变量柱塞泵的双金属缸体，其特征在于，所述配流面的粗糙度为Ra0.1～0.2。

5.用于轴向变量柱塞泵的摩擦副，其特征在于，包括缸体和配流盘，缸体为权利要求1至4中任一权利要求所述的缸体，配流盘材质采用合金结构钢，热处理采用调质、时效及氮化处理方法。

6.用于轴向变量柱塞泵的摩擦副的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:选用球墨铸铁材料加工成缸体基体，选用铜合金材料，通过融焊的方式融合于缸体的配流面；

S2:基体进行氮碳共渗处理，使柱塞孔表面形成有效的耐磨层；

S3:选用合金结构钢材料加工成配流盘，配流盘采用调质处理；

S4:然后对配流盘进行时效处理；

S5:再对配流盘进行氮化处理。

7.根据权利要求6所述的用于轴向变量柱塞泵的摩擦副的加工方法，其特征在于，步骤S2之后，继续对配流面精加工研磨，使平面度达到0.002-0.003mm，粗糙度达到Ra0.1-0.2。

8.根据权利要求7所述的用于轴向变量柱塞泵的摩擦副的加工方法，其特征在于，在步骤S5之后，再次对配流盘进行精加工处理。

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