孫立力

（航空工業(yè)慶安集團有限公司，西安 710077）

0 引言

飛機液壓系統(tǒng)作為飛機的重要組成系統(tǒng)之一，承擔著整個飛機飛控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)及反推系統(tǒng)等各系統(tǒng)液體驅(qū)動力的重要職責(zé)[1]。液壓柱塞泵為飛機發(fā)動力作動系統(tǒng)/執(zhí)行機構(gòu)提供所需要的動力，因此稱為飛機液壓系統(tǒng)的核心動力來源，其性能變化時刻關(guān)系著飛機液壓系統(tǒng)乃至整個飛機的安全與健康狀態(tài)[1]。因此，對飛機液壓系統(tǒng)中柱塞泵的關(guān)鍵部件——高轉(zhuǎn)速柱塞組件的性能變化進行深入研究分析，預(yù)測其性能變化趨勢，對于保證飛機的安全操縱起著至關(guān)重要的作用，對飛機的安全保障及視情維修都有重要的工程實用價值。柱塞泵核心結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

圖1 柱塞泵核心結(jié)構(gòu)

1 柱塞組件功能原理

液壓系統(tǒng)中的關(guān)重件是斜盤式軸向柱塞泵，在各類機械產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，尤其是航空精密零部件領(lǐng)域[2]。斜盤式軸向柱塞泵的三大關(guān)鍵運動副分別是滑靴副、柱塞副及配流副，柱塞泵的工作性能的優(yōu)劣評判標準就是以上3種運動副，其尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否將直接決定柱塞泵的性能[3]。柱塞與滑靴連接處的軸向間隙應(yīng)不大于0.02 mm，間隙大于0.02 mm時應(yīng)更換滑靴或通過重復(fù)試運轉(zhuǎn)進行擠壓。對每個滑靴允許進行不超過1次的擠壓。當更換滑靴的數(shù)量超過3個時，應(yīng)重新進行磨合實驗[4]。因此，對于改善柱塞泵的整體工作性能，柱塞、滑靴的尺寸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計尤為重要[5]。

本文圍繞柱塞組件加工及裝配過程中存在的問題，進行了分析和研究，通過優(yōu)化加工方案及檢測方法，不斷改進、驗證后，提高了柱塞組件的合格率及加工效率，從而改善了柱塞泵的整體工作性能。該方案已在我公司同類零組件的生產(chǎn)加工中得到了很好的驗證并已逐步推廣應(yīng)用，達到了降本提效的效果。

2 柱塞組件尺寸要求及控制

2.1 滑靴尺寸要求及控制

圖2 滑靴

該零件的結(jié)構(gòu)特征為：被加工型面為內(nèi)球面，且尺寸要求很高，采用刀具切削無法直接保證尺寸要求，因此內(nèi)球面必須經(jīng)過研磨才能達到圖樣要求。而傳統(tǒng)常用的內(nèi)球面加工，一般采用型面相似的研磨頭手工精研磨，即設(shè)計一種比研磨上道工序內(nèi)球面尺寸稍小的外球進行內(nèi)、外球的互研，內(nèi)球面的尺寸、圓度等加工精度完全由研磨器和操作者保證。這種研磨方法對操作者的研磨技能要求非常高，同時要求球面研磨器尺寸、型面精度高，制作難度大。每一個球面研磨器的尺寸都有差異，且研磨過程中球面磨損很快，因此每加工一個零件都需要根據(jù)產(chǎn)品尺寸重新制作研磨器。上述加工方法雖然可以保證每一個零件內(nèi)球面的尺寸要求，但導(dǎo)致一批零件內(nèi)球面尺寸精度的一致性很差，這樣會影響柱塞組件的裝配，從而影響高精度柱塞泵的性能及壽命；這樣就導(dǎo)致大批量的滑靴生產(chǎn)過程中球面研磨器的需求量很大，大幅度增加了產(chǎn)品制造成本。由于使用過的研磨工具零件尺寸有差異，無法返修或者返修成本高，因此只能報廢，從而造成了資源的極大浪費。

2.2 滑靴研磨工具設(shè)計

針對目前企業(yè)在滑靴產(chǎn)品制造中存在的瓶頸問題，本文在保證高精度柱塞組件產(chǎn)品圖樣要求的前提下，將研磨加工時球面與球面的接觸方式改為球面與切線接觸的加工方式，這種研磨方式可以替代傳統(tǒng)球面研磨器加工內(nèi)球面的方法。將研磨工具設(shè)計為一種可多次重復(fù)使用的通用圓柱狀研磨器，這種工具不僅降低了研磨器的加工制造難度，同時使研磨器具有很大的互換性、通用性，從而提高了產(chǎn)品精度的一致性，達到了降本、增效、提質(zhì)的效果。

這種研磨技術(shù)具體方案為：基于展成法設(shè)計原理，研制一種新型專用研磨器，選用特制研磨膏；其中研磨器材料選用QT400-17，不進行熱處理，如圖3所示；通過圓柱狀研磨器研磨內(nèi)球面，可以將研磨器后部夾持在手電鉆等手持工具上，也可以夾持在機床上，加工時通過研磨器旋轉(zhuǎn)運動擬合球面加工，精度可靠，同時這種研磨方式可以使研磨力更加均勻，可以提高研磨后的內(nèi)球面尺寸一致性，零件的加工效率也得到提高，且操作方便。

圖3 研磨器

零件被研磨型面為內(nèi)球面，孔口為一段圓柱面，且已加工到尺寸；研磨時，必須保證整個球面都被研磨到，而且不能碰到孔口圓柱面，通過在CATIA軟件中多次建模模擬加工，并通過多輪試驗驗證，最終確定研磨器工作尺寸。如圖4所示，研磨器工作時，從A點開始研磨，且B點必須跨過產(chǎn)品底孔φ3，研磨器向上逆時針旋轉(zhuǎn)，A點與D點重合，B點與C點重合，此時，研磨器經(jīng)過了整個內(nèi)球面，且與孔口不干涉。該方案滿足研磨要求，經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場使用、計量后，球面質(zhì)量和尺寸均滿足圖樣要求。

圖4 設(shè)計原理

表1 加工過程記錄表

2.3 滑靴檢測

柱塞組件中滑靴球窩的檢測直接用于指導(dǎo)球窩研磨的尺寸控制。目前內(nèi)球面的檢測需制作專用的量規(guī)（球面著色規(guī)）進行檢測。

為了使球面著色規(guī)的鑒定和使用方便，著色規(guī)的測量面應(yīng)大于270°錐角所包含的球面面積[6]。球面著色規(guī)的測量時，根據(jù)被測量零件的著色面積不同，有以下要求：1）被測量零件球面要求按照量規(guī)著色不小于80%時，新制造量規(guī)著色面積應(yīng)不小于98%；量規(guī)在定期鑒定中，若著色面積小于90%時，應(yīng)將量規(guī)報廢[6]；2）被測量零件球面要求按照量規(guī)著色不小于80%時，新制造量規(guī)的著色面積應(yīng)小于90%；若著色面積小于85%時，應(yīng)將量規(guī)報廢。

柱塞組件中滑靴球窩與柱塞球面的耦合質(zhì)量，在分別滿足配合尺寸的前提下，采用球面著色量規(guī)進行配對著色檢測時，要求著色率不小于90%[7]，則可判定柱塞組件中柱塞和滑靴耦合質(zhì)量合格，使柱塞組件在工作時運轉(zhuǎn)得更加靈活、無卡滯，能夠很好地滿足高精度柱塞泵整體工作的性能要求[8]。

按照球面著色規(guī)的設(shè)計原理，滑靴中的配合球窩尺寸為Sφ10+0.010mm，著色量規(guī)尺寸一般取被測量零件尺寸的中值，即Sφ（10.005±0.003）mm，結(jié)構(gòu)如圖6所示。球面著色規(guī)檢測滑靴球窩狀態(tài)如圖7所示。具體檢測過程中，首先在球面著色規(guī)表面均勻涂抹一層很薄的顏料，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗，一般顏料選擇普魯士藍混合溶液，再將球面著色規(guī)球面與滑靴球窩內(nèi)表面緊貼，同時轉(zhuǎn)動球面著色規(guī)30°左右，并繞滑靴球窩中心旋轉(zhuǎn)，這樣可以使整個著色規(guī)與滑靴內(nèi)表面充分接觸，重復(fù)操作3～5次即可，然后取出球面著色規(guī)，查看著色規(guī)的著色面積是否不小于90%，來判斷柱塞球頭和滑靴球窩的耦合質(zhì)量是否達標。實驗證明，采用這種檢測方式后，合格率和效率提高了近30%，是一種實際可行的球窩檢測方案。

3 結(jié)語

本文結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際需求，通過理論分析和實驗研究，提出了一種針對內(nèi)、外球面研磨方案和球窩檢測方法，此方案的設(shè)計原理簡單、制造簡單、操作方便、成本低、研磨精度高、通用性強，極大提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，為高精度的液壓馬達中柱塞組件的研磨球窩檢測提供了一種實際可行的方案。該方案已經(jīng)在企業(yè)中液壓馬達類產(chǎn)品的批量制造和檢驗中廣泛應(yīng)用，同時在航空航天領(lǐng)域、汽車制造業(yè)、船舶及其他制造液壓馬達行業(yè)也有一定的推廣應(yīng)用意義，可廣泛應(yīng)用于軍工民用各行業(yè)。

圖6 球面著色量規(guī)

圖7 球窩著色檢測示意