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李斌及团队主要创新成果

发布时间:2018-01-19浏览次数:172

李斌及团队主要创新成果

 

液压泵/马达关键技术突破工艺

 

关键技术与解决途径)

1、柱塞环制造技术攻关项目

柱塞环是力士乐重点封锁的关键零部件,我们早期使用的柱塞环,都是从力士乐进口的,随着力士乐逐渐占领了中国市场,就开始对我们进口柱塞环进行限制和封锁。国内研制的该类柱塞环,在高速高压使用条件下,经常发生早期磨损失效。

柱塞环是一个薄壁零件,极易变形,外圆是一个偏心球面,在制造上对外圆的尺寸精度和偏心量控制需要很精确;另外这个柱塞环在开口后要保持闭合,甚至在切口实现较大展开完成安装后要恢复闭合,并保持外圆球面的精度。这就要求柱塞环在保持足够硬度满足摩擦付技术要求的同时,保证有足够的韧性和稳定性,对热处理要求极高,况且我们没有加工此类零部件的经验和设备,攻关难度较大。

材料选型和热处理工艺攻关是项目的关键,李斌对进口柱塞环的材料成分、金相结构、硬度、机械强度、弹性恢复情况、表面处理、热变性情况等方面进行全面细致分析研究,通过计算分析,制定了各种材料选型方案和预处理方案(锻打、球化处理),进行各种不同组合的对比试验分析,最终确定了与进口柱塞环的材料成分和金相结构完全一致的选材与预处理技术方案。针对柱塞环的高硬度、高延伸率、高屈服强度、高弹性的要求,李斌制定了不同的热处理方案,进行比较试验,并根据柱塞环需要切口的要求来控制材料环形结构应力变形情况,接着,根据柱塞环使用条件温度变化情况来增加稳定性处理以控制热变形情况。经过大量反复的试验分析,最终取得了成功,研制的柱塞环在高速高压工况下的运行情况完全达到力士乐柱塞环的同等效果。

李斌在攻克材料选型和热处理工艺攻关的同时,综合各方面技术要求,编制柱塞环的加工工艺,并提出了设备配置清单。在设备配置时,除了配置通用设备外,设计并向外国设备供应商提出专配外球面加工设备和专用的检测装置,为技术攻关和批量生产奠定了基础。

2、壳体加工技术攻关项目

斜轴式高压轴向柱塞泵/马达的壳体如图所示,其加工一直是一个难题。壳体的前后形成二个成一定夹角的轴线,且轴线尺寸的控制与测量都非常困难。传统的车削加工很难保证加工精度,二个成一定夹角的不同轴线上加工,需要分成二道不同的工序,使用二套不同的夹具,夹具的精度、工件的定位精度、工件的加工误差累计,都影响到工件最后的制作精度,而且空间尺寸的测量,特别是轴线交点和角度的测量,都很难实施。

李斌巧妙地利用了卧式加工中心旋转工作台的高精度回转定位原理,用一副夹具定位一次加工二个不同轴线的加工要求,有效避免了夹具误差、多次装夹误差、累积加工误差对工件的影响,同时,他又自行设计了外圆定径套刀、内圆定径镗刀、平面槽定径镗刀等专用刀具,大大提高了卧式加工中心加工壳体的效率,测量原理也随着加工原理的改变而变得方便快捷。

在壳体的加工过程中,壳体的一端平面上有一个平面槽,是用来放密封圈的。原来我们采用的加工方法是用一把键槽铣刀,一边旋转,一边沿着槽的中心运行,最终将这个平面槽加工出来,这样做刀具所运行的轨迹是一个整圆,以A2F180/6.1壳体为例,所需的加工时间为:

T=(π×D)/(S×F)=(3.14×114)/(1000×0.1)≈3.5796min

圆的直径越大,加工的时间越长。

 

  
             

       改进前所用的铣刀                        改进后所用的专用割槽刀

而李斌自己设计出了一套平面割槽刀,将数控车床的加工原理创新运用到了加工中心上,利用刀具旋转后进给的方法,大大缩短了加工的时间,这样做,刀具的运行轨迹是一条短短的直线,以A2F180/6.1壳体为例,所需的加工时间为:

T=L/(S×F)=2.7/(200×0.1)≈0.135min

3.5796÷0.135≈26.516

采取这种加工方式后,单单这一工序,效率是原来的26.5倍。

3、主轴加工技术攻关项目

主轴上八个小直径球窝加工,难度很大,要保证球窝大小尺寸、球心位置分布精度、球心与平面重合度、球形轮廓度同时符合图纸要求难度极大。传统的球窝加工方法有刚性定径球形刀、浮动圆片刀、定径旋风切削等方法。刚性定径球形刀和浮动圆片刀的切削阻力大,所以不适应在数控设备上使用,如在通用设备镗铣加工,球心位置分布精度依赖于分度模具,球心与平面重合度依赖于走刀精度,且球窝大小和球形轮廓度随刀具磨损而变化;定径旋风切削等方法虽然能够保证球形轮廓度,但球心位置分布精度依赖于分度模具,球心与平面重合度依赖于走刀精度,球窝大小尺寸随刀具磨损而变化。

李斌在上海市劳动培训中心进行教学活动中,发现日本池贝数控设备上有数控变径刀具,职业的敏感使他意识到改变球窝加工方法的机会到了。日本池贝专利数控变径刀具能够满足主轴八个球窝在数控立式加工中心上同时完成加工的要求,并能有效控制各项加工精度。他通过上海电气集团的支持和上海市劳动培训中心的协助(日本池贝是上海电气收购的外资企业,在上海电气有合资制造工厂),在日本池贝机床上进行加工主轴八球窝的试验,经过反复数控程序编制试验和不同刀具试验,终于按图纸精度加工出了主轴八球窝,上海池贝开发了新的设备应用领域,并首次试制了二台交付我厂使用,至此主轴加工技术攻关项目得以顺利完成。

小直径球窝精度测量一直是一个难题,没有相应的通用检测设备可以满足测量的要求,传统的方法是制造一组球面着色量规,用着色的方法来进行检查。根据工件球窝着色面积的大小来判断内球窝加工后实际尺寸合格与否。着色法的测量精确度往往与测量用的球面着色量规的制造精度有关,也和操作平稳性、着色层的厚度以及颜料颗粒大小等因素有关。一般规定颜料颗粒不大于0.5μm,着色层的厚度不超过3μm。因此这种检验方法虽然比较直观,但技术难度高,在实际操作中往往又不易掌握,所以测量误差较大,测得的结果又是一个范围,无法测量实际值。李斌不断研究测量原理,自行研制的高精度球径仪这一专用测量装置,采用近似比较法测量内球窝直径尺寸,降低了测量难度,提高了测量精度和速度,而且能很直观地从千分表上读出内球窝直径的实际尺寸,也可测量出内球窝的形状公差数值,并因此获得了国家实用型发明专利,专利名称:球窝直径测量仪,授权号为ZL200520048289.0。


 

球径仪结构与测量原理示意图

球径仪的基本操作方法如下:

用带千分表的球径仪(千分表刻度为0.001~1mm),先在标准球窝上对零,然后对被测球窝直接进行测量,那球径仪千分表的显示值就是被测球窝实际直径偏离标准球窝实际直径数值的1/2。

实际中采用该专利技术,大大降低了实际测量技术难度,提高了测量精度和速度,而且很直观地从千分表上读出内球窝直径的实际尺寸,也可测量出内球窝的形状公差数值。经这几年生产实践中的频繁使用,验证球径仪装置是可行的,且测量方法简单、正确,制造方便。

4、缸体加工技术攻关项目

缸体的加工难点在于控制柱塞孔的加工精度的同时控制其轴线位置精度、控制球面轴线与芯轴孔的同轴度、控制45氮化硬度。传统的柱塞孔是在通过小孔磨削来保证最终的柱塞孔的加工精度的,但此方法对于柱塞孔轴线位置精度的控制依赖于回转磨具的分度精度和装夹精度,很难满足设计要求,工效很低,表面氮化层因磨削量不均匀而呈现硬度分布不均匀,李斌带领同志们在控制和掌握了氮化变形规律后,果断地以数控加工保证柱塞孔加工精度和位置精度、以氮化后衍磨保证氮化硬度和表面粗糙度的方法,解决了缸体柱塞孔加工技术点。控制球面轴线与芯轴孔的同轴度,我们采取的是在加工完缸体柱塞孔后,修复定位基准,确保球面磨削加工时的定位基准准确,同时重新修复球面磨床加工球面时的定位夹具,确保球面轴线与芯轴孔的同轴度。

缸体原先采取加工中心留粗加工磨削余量,再上普通内圆磨床磨内孔的方法,数控加工中心加工的七孔缸体,机床本身精度符合加工要求,但加工后的缸体,再经过内圆磨对七孔磨削,磨削时需要校圆一个孔磨一个孔,经分析测试,这样的加工方法,不仅效率不高,而且由于内磨后表面精度达不到要求,尤其是磨削加工造成的位置误差大,七个孔磨好后七孔与基准孔之间的位置度很难保证在理想状态,使缸体等分7孔形状尺寸破坏,缸体不符合质量要求。

现采用提高数控镗削七孔光洁度,取消原内磨七孔工序。在加工中心上将缸体的大平面和8个孔(即中心孔和均布的7个孔)一次装夹并加工完毕,并把粗糙度控制在Ra0.1左右,从而保证了最好的位置度,且光洁度优于内圆磨床几个等级,经硬氮化后回厂,不做任何处理,测量出的粗糙度为Ra0.28∽0.34,大大高于原始图纸要求的Ra0.8,也优于进口缸体的实际测量值Ra0.4∽0.43。

缸体的材料是钢45,这是一种非氮化钢,产品技术条件要求零件最终氮化硬度要求很高,这一技术难题一直没有得到很好的解决。我们同上海市机械制造工艺研究所进行产学研合作,组成钢45材料氮化热处理工艺攻关小组。在经过了软氮化、硬氮化、碳氮共渗、碳氮硫共渗等多种热处理工艺比较,并加强各种控制氮化变形的方法,我们终于攻克了钢45材料氮化热处理工艺难题,确保了缸体生产完全达到技术条件要求。

5、柱塞加工技术攻关项目

锥形柱塞的加工,其重点在于锥面与球面的相切。传统的方法是用二顶针孔定位磨削锥面,用凹凸顶针磨削球面,这一方法由于加工基准的不统一,而且分步磨削不同的面,很难保证锥面的角度精度、锥面与球面的相切。我们在李斌的带领下,通过不断试验验证不同的锥面与球面的相切关系(锥面延长线高于球面、锥面延长线低于球面、锥面延长线与球面相切)对产品质量的影响程度,结合理论分析结论,得出了最佳技术路线并应用到产品生产中去。

同时,为保证加工质量,李斌提出用成型磨削替代传统的分步磨削,一次性磨削锥面和球面,在确保加工精度的同时也确保二者间的相互关系。根据技术要求,我们设计了图纸,要求意大利设备供应商用我们自己研究制订的技术方案,配齐了全系列成型磨削的金刚滚轮,为确保柱塞加工质量奠定了基础。

6、变量后盖加工技术攻关项目

变量元件就是在定量元件的基础上,增加变量控制系统,而变量控制系统则集中于变量后盖上,要保证变量控制的准确性和灵活性,变量后盖的加工精度尤为重要。其突出的技术难点在于,变量活塞孔的同心度、变量滑道的加工精度、变量后盖氮化变形控制等。

李斌认真分析了加工技术条件,解决了定位基准的重合度问题,巧妙地利用了卧式加工中心旋转工作台的高精度回转定位原理,制订了变量活塞孔回转加工一次成型的数控加工工艺,确保了变量活塞孔同心度控制难题,同时,设计制作了数控车削模具,一次性加工四件变量后盖的变量滑道,既解决了加工精度的问题,也解决了小于半径的圆弧直径测量的难题。

变量后盖材料是球墨铸铁,其氮化深度较浅,为确保氮化硬度,并控制氮化变形,李斌制订了球墨铸铁的氮化方案和前期消除切削应力的热处理措施,确保了氮化硬度,控制了氮化变形,使变量后盖的加工精度得以保证。

7、变量控制阀加工技术攻关项目

变量控制阀是变量马达的关键零部件,其技术难点在于,阀套上二节直径差为0.7mm的阀芯控孔的加工精度控制、孔的圆柱度控制、小横孔的垂直度控制、阀套与阀芯的配合精度控制、阀芯阀套热处理变形控制等方面。它的精度影响到变量马达的控制精度。我们原来的变量控制阀依赖外协作,成品率一般都低于50%,严重制约了变量马达的质量提高和生产效率。李斌主动提出了自行研制变量控制阀的项目课题,突破了本企业不善加工阀类产品的技术瓶颈。

8、  预紧力控制技术攻关项目

我们在引进技术时,产品的预紧力是采用碟形弹簧来施加的。碟形弹簧有着高刚性的弹性变形特性,对于压缩高度精度要求很高,然而碟形弹簧在长期压缩后的塑性疲劳变形较大,因此对产品的寿命影响也较大。国产的碟形弹簧在出厂试验后就会产生较大的塑性疲劳变形,受冲击载荷后也容易碎裂,是造成产品早期故障的重要原因之一。

借鉴了国外产品的技术变更情况后,李斌提出了用螺旋弹簧替代碟形弹簧的技术更改方案。但在很小的空间里放入高弹力的螺旋弹簧,结构更改很难,螺旋弹簧设计则更是一个难题。大直径钢丝的小直径螺旋绕比,突破了螺旋弹簧的技术设计规范和材料许用规范,我们选择了具有国内一流弹簧加工能力的上海人民电器厂进行联合攻关,选择了不同特性的弹簧钢丝进行反复试验,克服绕线设备的局限,研制完成了适用于我们产品的小直径大弹力螺旋弹簧,并解决螺旋弹簧压缩弯曲的难题,根本上解决了因碟形弹簧塑性疲劳变形造成的产品早期故障问题。

9、  装配技术攻关项目

斜轴式高压轴向柱塞泵/马达的装配,关键在于所有铰链接部位的配合间隙得当、所有摩擦付配合得当、柱塞环安装得当、弹性元件安装得当、预紧力控制得当、密封件安装得当,等等。

为确保安装质量,李斌认真分析了安装过程的每一个细节,从配合尺寸筛选、调整尺寸测量,到专用安装工具的设计制作,都制订了严格标准的操作规范。柱塞环的安装是一个难点,安装需要将柱塞环从裂口处撑开,使之滑入柱塞槽中,再使之闭合。用手工撑开裂口,很容易使柱塞环扭曲变形,从而造成成品损坏。李斌设计了柱塞环安装工具,避免了手工安装的不规范性。同样的情况也发正在安装轴用密封件上,手工安装容易将橡胶密封件损坏,从而造成漏油,李斌设计的安装工具既简便又稳当,解决了轴用密封件漏油的故障问题。碟形弹簧改成螺旋弹簧后,产品的安装因压缩长度增加而发生困难,通过更改芯轴零件的设计,预设安装罗纹,使螺旋弹簧在安装时得以预压缩,解决了装配难题。在规范了装配工以后,产品的装配质量得以保证。

10、泵工况试验技术攻关项目

产品验证需要有高性能的试验台来实现。公司原有的试验台,压力为30MPa,转速2200r/min,技术参数无法满足压力40MPa、转速6000r/min的高性能产品的试验要求。

通过与煤科院上海分院液压所进行产学研合作,共同开发研制高性能泵工况产品试验台,压力42MPa,转速6000r/min,变频调速、电脑程序控制试验过程,全自动采集试验数据,试验参数和试验手段具有国内先进水平。李斌是试验台参数设定、结构设计方面的主设计。

11、马达工况试验技术攻关项目

泵工况和马达工况是产品的二种不同的应用工况,产品的受力情况和磨损状态也各不相同,需要检测的数据也略有不同,主机使用在马达工况下的高压高速情况较多,通过大排量泵驱动被试马达,使之转速达到试验要求;用同规格马达加载,使之压力达到试验要求。在高速试验台尚未建成之前,我们就实现了产品高速高压的试验要求,为产品攻关验证创造了良好的试验条件。

综上所述,上海电气液压气动有限公司通过高压轴向柱塞泵/马达国产化关键技术的攻关,设计并应用11项新工艺,使产品的性能和可靠性达到了预期目标。