舒永東，武彬華，馬雙龍

(南京高精船用設(shè)備有限公司，江蘇南京 210003)

0 引言

可調(diào)螺旋槳(CPP)是目前船舶動(dòng)力裝置中的比較先進(jìn)一種結(jié)構(gòu)，配油器是可調(diào)螺旋槳的關(guān)鍵零部件之一，其工作原理類似液壓系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)接頭，但它是在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下同時(shí)接通兩路高壓油，從而推動(dòng)船用推進(jìn)器槳轂的活塞移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)槳葉旋轉(zhuǎn)。

配油套是配油器的關(guān)鍵零件，它是球墨鑄鐵材料(QT500-7)，它的制造難度很大，特別是內(nèi)孔配合部位，不僅要求耐磨(表面硬度在HV1500以上，層深0.20.3 mm)，而且對(duì)尺寸和形位公差要求非常高。在以往使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)由于配油套品質(zhì)不穩(wěn)定造成配油器中回轉(zhuǎn)套和配油套的旋轉(zhuǎn)燒傷。本文主要提出一種新配油套制造工藝，從而穩(wěn)定配油套的品質(zhì)，避免配油器在使用中的燒傷。

1 配油器結(jié)構(gòu)及配油套制造要求(圖1)

1.1 配油器結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 配油器結(jié)構(gòu)及工作原理圖

配油器中配油套與回轉(zhuǎn)套小間隙浮動(dòng)連接，使配油套與回轉(zhuǎn)套之間具有更好的同軸性?；剞D(zhuǎn)套與齒輪箱的輸出軸固定，配油套中設(shè)有兩路與回轉(zhuǎn)套內(nèi)油路溝通的高壓油路，兩路高壓油路分別與配油殼的A，B口對(duì)應(yīng)，配油套中還設(shè)有泄油油路，泄油油路與配油殼的E口對(duì)應(yīng)，油管接頭穿過(guò)配油殼的A，B，E口分別與配油套中的泄油油路和兩路與高壓油路連接。

配油器作為可調(diào)螺旋槳的必要配套部件，其工作原理是液壓動(dòng)力系統(tǒng)輸出的一路壓力油通過(guò)配油器的A口，經(jīng)過(guò)配油套、旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)套和內(nèi)油管等由C口進(jìn)入可調(diào)槳調(diào)距油缸正車(chē)側(cè)。同時(shí)，油缸倒車(chē)側(cè)的壓力油從D口，通過(guò)配油套和回轉(zhuǎn)套，最后由B口返回液壓動(dòng)力系統(tǒng)。活塞兩側(cè)壓力油的一進(jìn)一出，推動(dòng)活塞移動(dòng)，從而帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)槳葉旋轉(zhuǎn)。

1.2 配油套制造要求

配油套是配油器的關(guān)鍵零件，它與回轉(zhuǎn)套之間是間隙密封，這樣的好處是:無(wú)需更換橡膠密封，防止由于密封問(wèn)題導(dǎo)致拆卸整個(gè)配油器;耐高壓，抗磨損能力強(qiáng)。配油套與回轉(zhuǎn)套之間間隙在0.040.07 mm，所以存在泄露，間隙不能太大，這樣會(huì)導(dǎo)致泄漏加大，保不住壓力，無(wú)法有效調(diào)距。

配油套的材料是球墨鑄鐵材料具有很好的耐磨性，抗拉強(qiáng)度Rm＞500 MPa，屈服強(qiáng)度Rp0.2＞320 MPa，具有中等的強(qiáng)度與韌性［1］。同時(shí)由于回轉(zhuǎn)套材料是鍛鋼(42CrMo)，QT500-7組織結(jié)構(gòu)與42CrMo差距較大，所以不易因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間使用而發(fā)生互相咬合現(xiàn)象。

配油套內(nèi)孔與回轉(zhuǎn)套配合部位，由于間隙密封，所以要求有很好的耐磨性。配油套內(nèi)孔表面硬度需在HV 1500以上，采用氮化工藝，氮化層深0.20.3 mm。同時(shí)配油套與回轉(zhuǎn)套之間需要保證很好的同軸度，間隙保持在0.04-0.07 mm，所以對(duì)尺寸和形位公差要求非常高(ISO 6級(jí)以上)。

2 配油套制造新工藝的探討

圖2是船用可調(diào)螺旋槳配油器中配油套的結(jié)構(gòu)示意圖:

圖2 配油套

2.1 目前配油套制造工藝及其存在的問(wèn)題

用球墨鑄鐵鑄造配油套毛坯，然后對(duì)配油套毛坯進(jìn)行粗加工，在留足加工余量的前提下粗車(chē)外圓、內(nèi)孔和粗銑內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和油封槽，形成配油套坯，在進(jìn)行退火處理后進(jìn)行氮化處理，在氮化處理的過(guò)程中，球墨鑄鐵形成的配油套坯會(huì)隨著氮化層深的增加導(dǎo)致變形也逐漸變大［2］，為了保證配油器的工藝尺寸，氮化處理后必須進(jìn)行磨削加工，這種磨削加工不僅會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的氮化層深降低，耐磨效果下降，而且還會(huì)殘留機(jī)加工應(yīng)力，這種機(jī)加工應(yīng)力會(huì)影響到零件長(zhǎng)期使用后的穩(wěn)定性，很難兼顧產(chǎn)品對(duì)氮化層深和尺寸精度的技術(shù)要求。

2.2 一種新的配油套制造工藝及優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)目前配油套生產(chǎn)工藝存在的氮化處理后必須進(jìn)行磨削加工，這種磨削加工不僅會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的氮化層深降低，耐磨效果下降，而且還會(huì)殘留機(jī)加工應(yīng)力，影響到零件長(zhǎng)期使用后的穩(wěn)定性的實(shí)際問(wèn)題，這就需要一種新的船用可調(diào)螺旋槳配油器中配油套的加工工藝。這種新工藝包括鑄造、車(chē)、銑、磨削、鉆孔、退火、氮化處理，其特征在于:

a)采用樹(shù)脂砂球墨鑄鐵鑄造配油套毛坯;

b)粗車(chē)配油套毛坯外圓、內(nèi)孔和粗銑內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和油封槽，形成配油套坯;

c)對(duì)加工后的配油套坯進(jìn)行完全奧氏體化正火;

d)對(duì)正火后的配油套坯精車(chē)外圓和內(nèi)孔，在內(nèi)孔留有磨削加工余量;在配油套坯上鉆通油孔;精銑內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和油封槽;

e)對(duì)加工后的配油套坯去應(yīng)力，退火后按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸精磨內(nèi)孔，形成半成品;

f)將精磨內(nèi)孔后的半成品采用鹽浴氮化法進(jìn)行內(nèi)孔氮化處理;

g)將內(nèi)孔氮化處理后的半成品去毛倒棱，形成表面硬度至少為HV1 500，氮化層深0.20.3 mm的船用可調(diào)螺旋槳配油器中配油套。

新工藝中配油套坯完全奧氏體化正火的溫度為860℃880℃，正火時(shí)間6 h，然后自然冷卻;配油套坯去應(yīng)力退火的溫度為530℃570℃，退火時(shí)間34 h，然后自然冷卻。半成品內(nèi)孔氮化處理的預(yù)熱溫度250℃ 350℃，預(yù)熱時(shí)間1 h，鹽浴氮化溫度510℃530℃，鹽浴氮化時(shí)間8 h，鹽浴氮化后進(jìn)行水冷和清洗，清洗采用70℃溫水沖洗，然后再去毛倒棱，最終形成船用可調(diào)螺旋槳配油器中配油套。

這種工藝的優(yōu)點(diǎn)在于:由于在精加工之前進(jìn)行預(yù)加工，然后進(jìn)行完全奧氏體正火，以減少機(jī)加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低精加工變形，將氮化變形量控制在規(guī)定的工藝誤差范圍內(nèi);由于將精加工工藝放在氮化處理前，氮化后不需要進(jìn)行后續(xù)的磨削加工，這樣氮化層深能充分利用，能同時(shí)滿足表面硬度在HV1 500以上，氮化層深0.2-0.3 mm，尺寸和形位公差I(lǐng)SO 6級(jí)以上精度的要求。

3 展望

目前采用新工藝的配油套已經(jīng)過(guò)小批量試制，并在實(shí)際產(chǎn)品使用，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)由于配油套品質(zhì)不穩(wěn)定造成配油器中回轉(zhuǎn)套和配油套的旋轉(zhuǎn)燒傷的現(xiàn)象，使得配油套做成可以互換的標(biāo)準(zhǔn)件，這樣便于產(chǎn)品儲(chǔ)備，從而縮短了配油器生產(chǎn)制造周期。

［1］溫秉權(quán).金屬材料手冊(cè)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［2］樊東黎.熱處理工程師手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.