一種用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，屬于機械加工【技術(shù)領域】。所述的加工方法包括以下步驟：選用氮化鋼材料作為原料，經(jīng)鋸切，鍛造后形成內(nèi)齒圈毛坯；將內(nèi)齒圈毛坯進行正火處理，正火處理的溫度為930-950℃，保溫時間為3-4小時，正火處理后空冷；將空冷后的內(nèi)齒圈毛坯經(jīng)過粗車，調(diào)質(zhì)處理然后再經(jīng)過精車、鉆孔、去毛刺和退火處理；將退火處理后的內(nèi)齒圈毛坯先后經(jīng)過打磨、粗割、半精割、精割，保溫處理后再進行離子氮化處理，最后經(jīng)磨削后成型后得內(nèi)齒圈產(chǎn)品。本發(fā)明內(nèi)齒圈加工方法的加工工序簡單，制得的內(nèi)齒圈硬度高，可達1000HV以上，有效硬度層深，可為0.3-0.5mm，精度高，變形較小，耐磨性好。
【專利說明】—種用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，屬于機械加工【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵,可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。而內(nèi)嚙合齒輪泵常用于輸送石油、化工、涂料、染料、食品、油脂、醫(yī)藥等行業(yè)中的牛頓液體或非牛頓液體，輸送液體的種類可由輕質(zhì)、揮發(fā)性液體，直至重質(zhì)、粘稠，甚至半固態(tài)液體。內(nèi)嚙合齒輪泵是采用齒輪內(nèi)嚙合原理，內(nèi)外齒輪節(jié)圓緊靠一邊，另一邊月牙塊隔開。內(nèi)齒輪軸上的主動齒輪帶動內(nèi)齒輪同向轉(zhuǎn)動，在進口處齒輪相互分離形成負壓而吸入液體，在出口處不斷嵌入嚙合形成高壓將液體擠壓輸出。而泵體、內(nèi)齒圈、月牙塊、齒輪軸是內(nèi)嚙合齒輪泵中的重要零部件。其中，月牙塊將齒輪軸和齒圈嚙合運動所形成的工作容腔分隔成高壓腔和低壓腔，形成內(nèi)嚙合齒輪泵的徑向密封，防止高壓腔的油液泄漏到低壓腔。眾所周知，泵體-內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈-月牙塊，齒輪軸-月牙塊等運動副是內(nèi)嚙合齒輪泵中的主要運動副，也是比較容易發(fā)生磨損失效的運動副。泵體、內(nèi)齒圈、月牙塊、齒輪軸的結(jié)構(gòu)以及材料配對和表面處理工藝等方面的設計，直接影響運動副的摩擦磨損特性和內(nèi)嚙合齒輪泵的效率與工作壽命。
[0003]但現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)齒圈一般采用二次碳氮共滲，采用插齒、推齒、拉齒成型，但是二次碳氮共滲的處理方法在保證內(nèi)齒圈熱變形良好的情況下氮化層深度沒有辦法達到使用要求，氮層深度只有0.4-0.5mm, HV不到850，從而容易由磨損導致硬化層失效，且反復的碳氮共滲處理導致內(nèi)齒圈產(chǎn)生的熱變形較大，不利于內(nèi)齒圈的正常使用，此外，最終熱處理不能保證內(nèi)齒圈表面的粗糙程度。另外，采用插齒、推齒、拉齒成型的加工難度大，生產(chǎn)工序長，材料利用率低，制得的內(nèi)齒圈硬度低，且材料消耗和產(chǎn)品能耗都比較大，造成成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，使加工得到的內(nèi)齒圈表面硬度高，精度高，使用壽命長。
[0005]本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn):一種用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，所述的加工方法包括以下步驟:
[0006]S1、選用氮化鋼材料作為原料，根據(jù)用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈的形狀和規(guī)格經(jīng)過鋸切，鍛造后形成內(nèi)齒圈毛坯；
[0007]S2、將上述制作的內(nèi)齒圈毛坯進行正火處理，正火處理的溫度為930_950°C，保溫時間為3-4小時，正火處理后空冷；
[0008]S3、將上述經(jīng)過空冷后的內(nèi)齒圈毛坯經(jīng)過粗車，調(diào)質(zhì)處理然后再經(jīng)過精車、鉆孔、去毛刺和退火處理；
[0009]S4、將上述經(jīng)過退火處理后的內(nèi)齒圈毛坯先后經(jīng)過打磨、粗割、半精割、精割，保溫處理后再進行離子氮化處理，最后經(jīng)磨削后成型后得內(nèi)齒圈產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明內(nèi)齒圈的加工工藝先通過正火處理，可減小內(nèi)齒圈的變形，改善切削加工性。經(jīng)研究后本發(fā)明在調(diào)質(zhì)處理后，先后進行去應力退火、打磨、粗割、半精割、精割，保溫處理，然后將氮化處理調(diào)整為離子氮化處理，與氣體滲氮相比具有滲氮速度快、滲氮層組織易于控制、脆性小、無環(huán)境污染、節(jié)約電能，氣源、變形小等優(yōu)點，可使本發(fā)明加工得到的內(nèi)齒圈有較高的表面硬度，使表面硬度HV可達1000以上，使內(nèi)齒圈在保證整體變形較小(整體變形量不大于0.05mm)的情況下氮化層深度達到0.8mm，并具有較好的耐磨性，較好的抗磨蝕性，高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。此外，本發(fā)明在離子氮化處理前先對內(nèi)齒圈進行調(diào)質(zhì)處理，使其具有良好的塑性和韌性，離子氮化處理后不再實施淬火、回火，從而使本發(fā)明的加工工序較簡便。另外，本發(fā)明通過去應力退火、打磨、粗割、半精割、精割大大提高了內(nèi)齒圈的精度，保證內(nèi)齒圈齒形變形控制在公差范圍及表面粗糙度。
[0011]在上述用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法中，步驟SI中所述的氮化鋼由以下質(zhì)量百分比的成分組成: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%，余量為Fe。內(nèi)齒圈在氮化處理時，會使齒圈的表面形成一層硬度很高又耐腐蝕的氮化物(主要為Fe2N、Fe3N、Fe4N)。內(nèi)齒圈的機械性能決定著含碳量，含碳量高時會阻礙N的擴散，從而減少氮化層的厚度，而含碳量少時，內(nèi)齒圈截面上的硬度梯度變化就會大，從而造成氮化層容易剝離。Mn的作用是增加滲氮后內(nèi)齒圈的表面硬度，Cr可以增加氮化層的厚度，Mo可以防止長時間加熱造成的回火脆性，Cr、S1、Al對內(nèi)齒圈材質(zhì)的改良也很重要。
[0012]在上述用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法中，步驟S3中所述調(diào)質(zhì)處理中，預熱溫度為500-600°C，預熱后保溫時間為1-3小時，加熱溫度為930-950°C，加熱后保溫時間為1-2小時，油淬， 回火溫度為630-650°C，回火后保溫時間為5小時。
[0013]在上述用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法中，步驟S4中所述去應力退火中，加熱溫度為590-610°C，加熱后保溫時間為8-12小時，隨爐冷卻至180-220°C，空冷。去應力退火處理中的加熱過程中需保護加熱，不得發(fā)生氧化脫落。
[0014]在上述用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法中，步驟S5中所述的保溫溫度為180-220°C，保溫時間為7-9小時。
[0015]在上述用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法中，步驟S4中所述離子氮化處理的溫度為560-600°C，保溫時間為70-74小時。內(nèi)齒圈對氮原子的吸收能力，決定于溫度、表面狀態(tài)、齒圈的成分等。氮化溫度越高，溶入于內(nèi)齒圈表面晶體點陣的機率越大。經(jīng)長期實驗研究以及復雜的計算，結(jié)合本加工方法中的氮化處理的溫度、內(nèi)齒圈的尺寸等，本發(fā)明嚴格控制離子氮化處理及溫度，從而提高內(nèi)齒圈的表面硬度和疲勞強度。離子氮化處理時間過短，內(nèi)齒圈表面的硬度不能達到最大值，但離子氮化處理時間過長，會影響生產(chǎn)效益。其中，內(nèi)齒圈表面不清潔，如有油污等，隔離了活性氮與內(nèi)齒圈表面的接觸，會阻礙內(nèi)齒圈對氮的吸收。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法的加工工序簡單，制得的內(nèi)齒圈硬度高，可達1000HV以上，有效硬度層深，可為0.3-0.5mm,精度高，變形較小，耐磨性好?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1為內(nèi)嚙合齒輪泵的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:1、月牙塊；2、泵體；3、內(nèi)齒輪軸；4、內(nèi)齒圈。
【具體實施方式】
[0019]以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0020]請參照圖1，圖1為內(nèi)嚙合齒輪泵的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，內(nèi)嚙合齒輪泵包括泵體、與泵體內(nèi)表面可轉(zhuǎn)動接觸的內(nèi)齒圈、與內(nèi)齒圈嚙合連接且具有共軛齒形的齒輪軸以及設置于內(nèi)齒圈與齒輪軸之間的弧形狀的月牙塊。齒輪軸與月牙塊內(nèi)側(cè)弧形表面可轉(zhuǎn)動接觸，內(nèi)齒圈與月牙塊外側(cè)弧形表面可轉(zhuǎn)動接觸。
[0021]當齒輪軸轉(zhuǎn)動時，齒輪軸帶動內(nèi)齒圈沿相同方向旋轉(zhuǎn)，由于弧形月牙塊的設置，在齒輪軸和內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動過程中，齒輪軸與內(nèi)齒圈一側(cè)的齒間容積逐漸擴大，形成真空，液體在大氣壓作用下進入齒輪軸與內(nèi)齒圈之間。同時，齒輪軸與內(nèi)齒圈另一側(cè)的齒間空間容積逐漸減小將齒輪軸與內(nèi)齒圈之間的液體擠壓出去。隨著齒輪軸的不斷轉(zhuǎn)動，液體不斷的被吸入齒輪軸與內(nèi)齒圈之間，同時也被不斷的排出。
[0022]本發(fā)明用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法如下實施例所述:
[0023]實施例1
[0024]選用如下氮化鋼材料作為原料，根據(jù)用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈的形狀和規(guī)格經(jīng)過鋸切，鍛造后形成內(nèi)齒圈毛坯。所述的氮化鋼材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:C:0.38%、Si:0.30%, Mn:0.50%, Cr:1.50%, Al:0.90%, Mo:0.22%, N1:0.20%, Cu:0.: 25%, S:0.03:0%，P:0.035%，余量為 Fe。
[0025]將上述制作的內(nèi)齒圈毛坯進行正火處理，正火處理的溫度為940°C，保溫時間為3小時，正火處理后空冷。
[0026]將上述經(jīng)過空冷后的內(nèi)齒圈毛坯經(jīng)過粗車，調(diào)質(zhì)處理然后再經(jīng)過精車、鉆孔、去毛刺和退火處理。所述調(diào)質(zhì)處理具體過程是，將粗車處理后的內(nèi)齒圈毛坯先進行預熱，預熱溫度為550°C，保溫時間為2小時，然后再加熱至940°C進行保溫，保溫時間為I小時，油淬，然后再進行回火，回火溫度為640°C，保溫時間為5小時。所述退火處理的具體過程為:將經(jīng)過去毛刺處理后的內(nèi)齒圈毛坯加熱至溫度為600°C保溫，保溫時間為10小時，然后隨爐冷卻至200°C，空冷。
[0027]將上述經(jīng)過退火處理后的內(nèi)齒圈毛坯先后經(jīng)過打磨、粗割、半精割、精割，保溫處理后再進行離子氮化處理，最后經(jīng)磨削成型后得內(nèi)齒圈產(chǎn)品。其中，所述的保溫溫度為200°C，保溫時間為8小時。所述離子氮化處理的溫度為580°C，保溫時間為72小時。
[0028]實施例2
[0029]選用如下氮化鋼材料作為原料，根據(jù)用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈的形狀和規(guī)格經(jīng)過鋸切，鍛造后形成內(nèi)齒圈毛坯。所述的氮化鋼材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:C:0.36%、Si:0.40%, Mn:0.4%, Cr:1.6%, Al:0.7%, Mo:0.23%, N1:0.25%, Cu:0.25%, S:0.030%,P:0.025%，余量為 Fe。
[0030]將上述制作的內(nèi)齒圈毛坯進行正火處理，正火處理的溫度為930°C，保溫時間為3小時，正火處理后空冷。
[0031]將上述經(jīng)過空冷后的內(nèi)齒圈毛坯經(jīng)過粗車，調(diào)質(zhì)處理然后再經(jīng)過精車、鉆孔、去毛刺和退火處理。所述調(diào)質(zhì)處理具體過程是，將粗車處理后的內(nèi)齒圈毛坯先進行預熱，預熱溫度為500°C，保溫時間為I小時，然后再加熱至930°C進行保溫，保溫時間為I小時，油淬，然后再進行回火，回火溫度為630°C，保溫時間為5小時。所述退火處理的具體過程為:將經(jīng)過去毛刺處理后的內(nèi)齒圈毛坯加熱至溫度為590°C保溫，保溫時間為8小時，然后隨爐冷卻至200°C，空冷。
[0032]將上述經(jīng)過退火處理后的內(nèi)齒圈毛坯先后經(jīng)過打磨、粗割、半精割、精割，保溫處理后再進行離子氮化處理，最后經(jīng)磨削成型后得內(nèi)齒圈產(chǎn)品。其中，所述的保溫溫度為180°C，保溫時間為7小時。所述離子氮化處理的溫度為560°C，保溫時間為70小時。
[0033]實施例3
[0034]選用如下氮化鋼材料作為原料，根據(jù)用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈的形狀和規(guī)格經(jīng)過鋸切，鍛造后形成內(nèi)齒圈毛坯。所述的氮化鋼材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:C:0.40%、S1:0.20%, Mn:0.60%, Cr:1.40%, Al:1.10%, Mo:0.20%, N1:0.30%, Cu:0.30%, S:0.025%, P:0.020%，余量為 Fe。
[0035]將上述制作的內(nèi)齒圈毛坯進行正火處理，正火處理的溫度為950°C，保溫時間為4小時，正火處理后空冷。
[0036]將上述經(jīng)過空冷后的內(nèi)齒圈毛坯經(jīng)過粗車，調(diào)質(zhì)處理然后再經(jīng)過精車、鉆孔、去毛刺和退火處理。所述調(diào)質(zhì)處理具體過程是，將粗車處理后的內(nèi)齒圈毛坯先進行預熱，預熱溫度為600°C，保溫時間為3小時，然后再加熱至950°C進行保溫，保溫時間為2小時，油淬，然后再進行回火，回火溫度為650°C，保溫時間為5小時。所述退火處理的具體過程為:將經(jīng)過去毛刺處理后的內(nèi)齒圈毛坯加熱至溫度為610°C保溫，保溫時間為12小時，然后隨爐冷卻至200°C，空冷。
[0037]將上述經(jīng)過退火處理后的內(nèi)齒圈毛坯先后經(jīng)過打磨、粗割、半精割、精割，保溫處理后再進行離子氮化處理，最后經(jīng)磨削成型后得內(nèi)齒圈產(chǎn)品。其中，所述的保溫溫度為220°C，保溫時間為9小時。所述離子氮化處理的溫度為600°C，保溫時間為74小時。
[0038]對比例
[0039]采用普通的40Cr鋼，按現(xiàn)有技術(shù)中普通的內(nèi)齒圈的加工方法制成內(nèi)齒圈。
[0040]將實施例1-3及對比例中經(jīng)過氮化處理后的內(nèi)齒圈進行磨削，然后逐一測量，測試結(jié)果如表1所示。
[0041]表1:實施例1-3及對比例中經(jīng)過氮化處理后的內(nèi)齒圈進行磨削測量的結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: S1、選用氮化鋼材料作為原料，根據(jù)用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈的形狀和規(guī)格經(jīng)過銀切，鍛造后形成內(nèi)齒圈毛還; S2、將上述制作的內(nèi)齒圈毛坯進行正火處理，正火處理的溫度為930-950V，保溫時間為3-4小時，正火處理后空冷； S3、將上述經(jīng)過空冷后的內(nèi)齒圈毛坯經(jīng)過粗車，調(diào)質(zhì)處理然后再經(jīng)過精車、鉆孔、去毛刺和退火處理； S4、將上述經(jīng)過退火處理后的內(nèi)齒圈毛坯先后經(jīng)過打磨、粗割、半精割、精割，保溫處理后再進行離子氮化處理，最后經(jīng)磨削后成型后得內(nèi)齒圈產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，其特征在于，步驟SI中所述的氮化鋼材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成: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%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，其特征在于，步驟S3中的調(diào)質(zhì)處理具體處理過程為，將粗車處理后的內(nèi)齒圈毛坯先進行預熱，預熱溫度為500-6000C，保溫時間為1-3小時，然后再加熱至930-950°C進行保溫，保溫時間為1_2小時，油淬，再進行回火，回火溫度為630-650°C，保溫時間為5小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，其特征在于，步驟S3中所述退火處理的具體過程為:將經(jīng)過去毛刺處理后的內(nèi)齒圈毛坯加熱至溫度為590-610°C保溫，保溫時間為8-12小時，然后隨爐冷卻至180_220°C，空冷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，其特征在于，步驟S4中所述的保溫溫度為180-220°C，保溫時間為7-9小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)嚙合齒輪泵中的內(nèi)齒圈加工方法，其特征在于，步驟S4中所述離子氮化處理的溫度為560-600°C，保溫時間為70-74小時。
【文檔編號】B23P15/14GK103753156SQ201310697881
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】張策, 虞拯, 陳飛飛, 翁之旦 申請人:寧波華液機器制造有限公司