球窩球頭配合副的快速檢查方法

任燕飛

中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司 陜西西安 710077

1 序言

球窩球頭配合副的實(shí)際耦合質(zhì)量是影響航空柱塞泵性能的關(guān)鍵因素，也是保證柱塞泵性能指標(biāo)的難點(diǎn)之一。目前，行業(yè)內(nèi)還沒有更先進(jìn)、更準(zhǔn)確的檢測手段來測量球窩球頭配合副耦合的實(shí)際質(zhì)量，只是根據(jù)耦合參數(shù)計(jì)算，分別保證球窩和球頭的尺寸精度、輪廓度及表面粗糙度等來間接保證尺寸的耦合要求，掩蓋了球窩球頭實(shí)際耦合質(zhì)量不好的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了柱塞泵零件尺寸都合格，但性能調(diào)試?yán)щy的現(xiàn)狀，延長了產(chǎn)品性能調(diào)試周期，增加了生產(chǎn)成本。

本文圍繞球窩球頭配合副耦合質(zhì)量檢查過程中存在的問題，以檢查球窩球頭真實(shí)的耦合情況為目標(biāo)，進(jìn)行了分析和研究。通過不斷改進(jìn)、驗(yàn)證后，選擇優(yōu)化的檢測方法，提高了球窩球頭配合副耦合質(zhì)量檢查的真實(shí)性，進(jìn)而提高了柱塞泵的質(zhì)量。該措施已在同類零組件的生產(chǎn)實(shí)踐中得到了推廣，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 柱塞組件球窩球頭的精度要求

2.1 柱塞組件配合精度要求

圖1所示柱塞組件的滑靴組件中，球窩和柱塞球頭的徑向耦合間隙≤0.01mm，且柱塞球頭在滑靴組件球窩中自由轉(zhuǎn)動無卡滯，這就需要球窩球頭各自的尺寸公差、輪廓度及耦合面的表面粗糙度等滿足設(shè)計(jì)要求，才能確保配合副的徑向耦合間隙≤0.01mm。

2.2 柱塞頭尺寸精度要求

柱塞頭材料為Cr12MoV，其尺寸精度要求如圖2所示。尺寸Sφ9mm的球面輪廓度為0.005mm，表面粗糙度值Ra=0.05μm。

圖1 柱塞組件

圖2 柱塞頭尺寸精度要求

2.3 滑靴組件球窩尺寸要求

圖3所示滑靴組件中的配合球窩Sφ9mm（在組件中保證間隙）的圓度為0.005mm，表面粗糙度值Ra=0.05μm，是影響柱塞組件幾何精度、運(yùn)動精度，以及柱塞泵性能、壽命的關(guān)鍵因素。

圖3 滑靴組件

3 球窩著色檢查要求

柱塞組件中球窩球頭的耦合質(zhì)量在分別保證配合尺寸的同時(shí)，一般采用紅印泥對球窩球頭進(jìn)行配對著色檢查，以著色率≥90%來判定配合副耦合質(zhì)量的合格性，如圖4所示。

4 球窩著色檢查原理

柱塞組件配合的理想狀態(tài)是在分別保證滑靴組件球窩、柱塞球頭的配合尺寸后，柱塞組件運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、無卡滯，能夠很好地滿足產(chǎn)品性能要求。但往往因?yàn)橹门浜霞南嚓P(guān)尺寸存在累積誤差，或運(yùn)轉(zhuǎn)過程中其他因素導(dǎo)致柱塞頭運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活甚至卡滯。每個(gè)柱塞頭的輪廓度在其公差范圍內(nèi)波動，雖然尺寸合格，但標(biāo)準(zhǔn)性不強(qiáng)，如果每組球窩球頭單獨(dú)耦合，則又導(dǎo)致配合件不具備互換性，增加了配合成本。因此，球面著色量規(guī)作為柱塞球頭標(biāo)準(zhǔn)件，在球頭尺寸公差范圍內(nèi)進(jìn)行分組（每0.005mm一組）設(shè)計(jì)、制造，可以代替柱塞頭檢查與球窩的配合質(zhì)量，且更具有標(biāo)準(zhǔn)性和互換性。

圖4 球窩著色檢查示意

5 著色檢查方案的形成

柱塞組件配合時(shí)，根據(jù)柱塞組件的尺寸要求選配柱塞與滑靴組件，保證徑向耦合間隙≤0.01mm。同時(shí)，為了驗(yàn)證柱塞組件配合副的耦合運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在配合尺寸分別滿足的情況下，在著色量規(guī)上均勻涂抹紅印泥，并在與之配合的球窩內(nèi)耦合旋轉(zhuǎn)，根據(jù)配合面的著色率≥90%來判定球窩球頭的實(shí)際耦合質(zhì)量，目的是為了柱塞組件配合副在保證尺寸要求的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、無卡滯。

6 球窩著色檢查存在的問題及原因分析

實(shí)踐證明，柱塞組件球窩球頭配合副著色檢查合格后，仍存在柱塞泵運(yùn)轉(zhuǎn)卡滯的現(xiàn)象，反復(fù)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)著色檢查存在較大隱患，主要原因是紅印泥的涂抹量、覆層厚度及表面均勻度不易掌控，需要檢查人員具有很好的操作技巧和觀察經(jīng)驗(yàn)。如果紅印泥的覆層較厚，帶紅印泥的球頭在球窩內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，使耦合不上的局部表面也沾上紅印泥，雖然著色率從表面來看滿足合格判定的要求，但是存在掩蓋耦合真實(shí)情況的現(xiàn)象。

經(jīng)過多年現(xiàn)場驗(yàn)證，球窩球頭配合副著色檢查方法基本合理可行。但是，為了進(jìn)一步提高著色檢查質(zhì)量，需要優(yōu)化檢查方法，使用新的著色檢查介質(zhì)尤為重要。

7 解決方案的提出

傳統(tǒng)著色檢查方法因?yàn)榧t印泥自身厚重的特點(diǎn)，容易導(dǎo)致耦合不上的部位蹭上紅印泥，進(jìn)而掩蓋耦合質(zhì)量不合格的事實(shí)。針對該情況，需要使用一種稀薄、可靠的檢查介質(zhì)進(jìn)行著色。經(jīng)過不斷的探索發(fā)現(xiàn)，普魯士藍(lán)、蓖麻油和鈦白粉（二氧化鈦）的混合物較稀薄，具備改善性著色檢查的要求。使用普魯士藍(lán)著色檢查，基本杜絕了柱塞組件球窩球頭配合副耦合檢查合格后運(yùn)轉(zhuǎn)存在卡滯的現(xiàn)象。

8 改進(jìn)后著色檢查方案的實(shí)施

在柱塞組件球窩球頭耦合質(zhì)量的著色檢查中，將普魯士藍(lán)、蓖麻油和鈦白粉按體積1∶1∶1配比，攪拌至醇奶油狀，密封靜置24h后，先用棉球或鹿皮將普魯士藍(lán)溶液均勻涂抹在球面著色量規(guī)其中一組的球面上（在滿足檢驗(yàn)要求的前提下盡量減小厚度），再模擬柱塞組件的工作狀態(tài)，將球面著色量規(guī)（見圖5）的球面緊貼在球窩內(nèi)表面，并轉(zhuǎn)動15°～45°，再反向來回不少于4次，沿圓周無間斷地做出著色痕跡。未著色部位只允許出現(xiàn)在球面口部。根據(jù)著色率≥95%來判斷球窩球頭的耦合質(zhì)量。使用普魯士藍(lán)混合溶液著色檢查的柱塞組件，返工率降低了50%以上。

圖5 球面著色量規(guī)

9 結(jié)束語

本文提出的柱塞組件球窩球頭配合副著色檢查方法，在批量產(chǎn)品檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，該檢測方法極大地改善了紅印泥著色單向檢查的弊端，消除了傳統(tǒng)著色方法存在的質(zhì)量隱患，提高了球窩球頭耦合質(zhì)量的檢查精度，也為同類球面零組件的檢測提供了經(jīng)驗(yàn)。該檢測方法一般適用于輪廓度≤0.005mm的球窩球頭配合副精密耦合質(zhì)量的檢查，真正實(shí)現(xiàn)了球窩球頭配合副運(yùn)轉(zhuǎn)靈活無卡滯的理想狀態(tài)，杜絕了假合格品的產(chǎn)生，降低了生產(chǎn)成本。

專家點(diǎn)評

紅印泥著色檢驗(yàn)法適用于錐面和球頭的輪廓精度檢驗(yàn)，使用非常廣泛。但是在實(shí)際操作中，紅印泥的涂抹厚度和均勻度都不好掌控，需要檢查人員具有很好的操作技巧和觀察經(jīng)驗(yàn)。本文針對紅印泥著色檢查的弊端，通過對檢查介質(zhì)的改善，使用普魯士藍(lán)混合溶液著色的檢查方法，消除了傳統(tǒng)著色方法中存在的質(zhì)量隱患，提高了球窩球頭耦合質(zhì)量的檢查精度。

文章論點(diǎn)突出，創(chuàng)意新穎，方法簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，通過著色檢查介質(zhì)的改善，解決了質(zhì)量檢查過程中掩蓋的問題，為球面組合件的真實(shí)性檢測提供了一條新路。