葉輪加工工藝及其裝夾解決方案
2018-1-12 來源：上海電機學院機械學院 上海凱士比泵有限公 作者：侯培紅 洪張 趙桐和
摘 要：分析某葉輪的用途和工作條件。根據葉輪的材料、結構特點和技術要求，分析研究其加工方案，包括加工工藝、技術難點和采取的技術措施。提出在葉輪一端增設所需要的工藝夾具凸臺和設計開發了一種專用夾具模子以滿足葉輪加工要求的方案，不僅達到了圖樣的零件加工精度和形位公差要求，而且加工效率也得到很大的提高。
關鍵詞：葉輪；加工工藝；專用工裝；工藝改進
0 引言
立式混流泵廣泛用于電站、電廠輸送循環冷卻水，海水淡化、城市給排水和泵站以及農業灌溉等領域，它對于城市的綠化、環保等起了很大的作用。由于葉輪是水泵轉動的關鍵零件，技術要求比較高，因此其精確加工是一個很大的難題。加工精確可以減少由于水流引起的振動從而提高葉輪的使用壽命。立式混流泵的出水口徑比較大(如4,1 800mm)，葉輪與泵的對應孔中心線的同軸度非常重要。若同軸度不滿足要求，則會碰擦葉輪室，使葉輪損壞，重者使泵咬死，無法工作，所以葉輪的加工精度和同軸度就顯得尤為重要¨引。
1、 零件材料及其加工工藝性分析
1．1葉輪材料與毛坯特點
加工對象為圖1所示的葉輪。由于其結構復雜，一般采用鑄鋼件毛坯。鑄件毛坯切削余量比較多，若毛坯尺寸為4,1 250～4,2 000mm時，余量(單邊)為23mm；若毛坯尺寸為4,800—4,1 250mm時，余量(單邊)為21mm。葉輪的材料是ZGOFCRl9N19，為奧氏體不銹鋼，含有Ni元素，而Ni的韌性很大，影響切削性能，刀具易因粘刀而損壞。奧氏體不銹鋼還要進行1 0500C的固溶處理，其硬度一般在360～400HB之間，再加上奧氏體不銹鋼鑄造時產生的黑皮，所以其硬度較高，而且由于葉片的切削是不連續的，因此切削時易造成崩刀，所以葉輪加工對刀具要求比較高舊J。
1．2 葉輪加工的工藝性分析
由于葉輪形狀復雜，硬度高，且JJn-r_時易粘刀，所以其加工難度大。加工方法也紛繁多樣，其中DVT400：．：31／32型立車加工應用最廣，但對工人水平要求很高，而且要用專用工裝才能保證裝夾的可靠性和切削的穩定性∞引。一般而言，葉輪加工存在如下問題。
圖1 葉輪零件圖
1)找正時間過長。切削時對工件的徑向(指向工件回轉軸的方向)作用力極容易使工件產生振動，發生位移，這時需要第二次找正。
2)精度和工藝尺寸很難保證。葉輪葉片是外球形，精度要求比較高，再加上機床本身誤差的影響，葉輪加工的精度很難保證。
3)生產效率低。加工葉輪葉片時的安裝、調整等，輔助時間和機動時間過長，尤其是單件生產。
4)容易產生廢品。加工的精度和工藝尺寸很難保證，使廢品率提高，生產成本相應增加。
2 、葉輪葉片加工工藝處理
2．1基準面的確定
根據工藝要求，選擇非加工面作為粗基準面。從圖1所示的葉輪零件圖可以看出，妒13mm和R50組成的成型面與葉片根部左上側的45。斜面為非加工面，可以作為粗基準面。但由于其為非加工表面，所以作為基準面，校準是非常重要的，而且必須要求這兩個面同軸。如果基準面校正不準，則會影響動平衡的去重。如果基準面校正偏差過大，動平衡去重過多，定會影響葉輪的強度，甚至會引起報廢，因此為避免因去重造成不良影響，校正基準面和保證壁厚就顯得尤為重要。
2．2 葉輪葉片加工工藝處理
根據以上討論，需要夾住葉片根部左上側45。斜面校準，但是由于葉片結構為3片式，而且是圓弧面，若用圖1a上左側6個M20的孔無法夾牢，這6個孔只能用于粗加工夾緊，因此增厚左側工藝凸臺，并在上面加工6個M24的螺孔，用作裝夾。在用左側工藝夾具凸臺夾緊時，先校正妒13mm和R50mm組成的成型面并作為基準，然后粗車61 212．5mm外圓，和右端4,1 212．5mm的大平面，再后以妒13mm和R50mm組成的成型面作為反向基準，校正左上側450斜面的上、中、下三點(上、下兩點可選在從外端30mm處，中點可選斜面中點位置)，最后再粗車切平左端工藝凸臺平面。
若左右兩端的平面由于鑄造的原因而出現偏差，可以兩面均留有一定的切削余量，這樣可以減少由于鑄造的偏差而造成的不平衡量過多而引起的零件報廢。有了葉輪兩端的基準，就可以按表1所示的葉輪葉片機械加工工藝過程，進行后續的切削加工H引。
表1 葉輪葉片機械加工工藝過程
根據以上分析知道，利用立車加工葉輪的方法必須改進，以達到加工精度和批量生產的需要。如通過改進模子，既能達到高的加工精度，而且加工設備簡單，操作和調整也方便‘1‘2]。
3 、葉輪加工工裝及其解決方案
3．1一般葉輪加工裝夾方式
根據一般立車的加工工藝，當從粗加工到最后進行精加工西1 212．5mm外圓、右端面和qb282mm處右端，車咖938mm止口，需要調換壓板，分別采用圖2a所示的壓板式葉輪加工裝夾和圖2b所示的利用內孔葉輪加工裝夾方式。在調換壓板過程中，由于時間過長，又不穩定，使零件精度下降，不能達到圖樣要求。還有，在利用內孔夾緊時，由于+160H7內孑L面過小，接觸面小，壓緊時穩定性比較差，而加工西1 212．5mm外圓及其右端面時的切削力較大，而且材料又是奧氏體不銹鋼，也增大了切削難度，切削不小心就要梗刀而翻身，輕者使零件報廢，重者發生傷亡事故。為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要對葉輪加工裝夾方式改進。
3．2 葉輪加工裝夾改進方案
葉輪加工工藝及其木模工裝改進，須從粗基準質量保證為起點。如本文第2章所述，先從葉輪外壁非加工面開始，校正左上側45。斜面的上、中、下三點(上、下兩點可選在從外端30mm處，中點可選斜面中點位置)，粗車左端面和兩端澆鑄上去的外圈與平面，反向校正妒13mm與R50mm組成的成型面作為基準面，若葉輪內壁與外壁有偏差，可以兩壁均留有一定的切削余量，這樣就可以減少由于澆鑄帶來的壁厚誤差。
圖2 一般壓板式葉輪加工裝夾方案
如車右側qb282mm端面、咖1 212．5mm右端面與外圓，可以先劃圖1a所示零件中6-M20-6H孔線，再鉆6-M20-6H孔，然后在立車時，利用該6-M20螺紋孑L，將其在如圖3所示的葉輪車削夾具模子上壓緊，車qb282mm外圓面，車西l 212．5ram右端面及其外圓面。夾具模子定位、夾緊葉輪狀態如圖4所示。木模工裝適合葉輪體批量加工，使得葉輪體的夾緊可靠、方便和快捷，這樣的葉輪體加工工藝、方法，易使加工精度和形位公差滿足圖樣要求，使葉輪體加工更為合理Hd 0|。
3．3 葉輪加工夾具模子及其定位說明
葉輪車削夾具模子結構如圖3所示，以零件tkl60孑L定位，將零件安放到模子上，其下端用螺母擰緊，即利用圖4所示夾具模子與零件左端端面上6個螺紋孔配合，首先在零件上擰緊長為120mm左右的6根M20雙頭螺柱，然后在模子中心與零件中心用M30的螺柱將壓板夾緊?；鶞识ㄎ徊捎脠Dla所示葉輪體左側端面與夾具的平面的接觸部分，相當于3個支撐點限制3個自由度；葉輪體的左端6160內孔面和夾具的凸臺側面接觸相當于2個支撐點限制2個自由度，最后一個自由度是靠壓板保證。
圖3 葉輪車削夾具模子結構
圖4 夾具模子定位、夾緊葉輪狀態
4、結語
葉輪在校不準基準面情況下加工，嚴重影響葉輪平衡，使葉輪與軸承產生振動，造成葉輪室等零件損壞。若水泵出現故障時將嚴重危害電廠的運行安全，甚至還將導致重大事故的發生。通過使用改進夾具模子等操作后，加工精度和形位公差均完全滿足圖樣的設計要求，加工效率提高40％左右。夾具模子定位方法合理，夾緊可靠、方便且快捷，使葉輪的加工質量保持穩定，滿足了批量制造，提高了勞動生產率，降低了生產成本，提高了經濟效益，增加了產品在市場上的競爭力。
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