CN102091919A - 一种三元闭式叶轮的加工方法 - Google Patents

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本发明涉及压缩机叶轮的加工工艺，具体地说是一种三元闭式叶轮的加工方法，在五轴联动数控加工中心上，将半精车完的锻件装卡后经钻孔、粗加工、半精加工、清根和精加工进行闭式通道的整体铣制，整体铣制出叶片及叶片通道。本发明与传统的焊接方法相比，仅使用一个整体的锻件毛坏，节省了原材料，降低了生产成本；加工工序较少，加工速度快，大大提高了工作效率；避免了因热变形和焊接造成的质量缺陷，加工质量好；加工出的叶轮强度高、具有良好的耐腐蚀性；能够根据工件的材质、结构、尺寸规格及技术要求，优化整体铣制加工方法流程，并根据不同加工工序配备适用的刀具，从而降低了叶轮的加工时间，提高了刀具的寿命指标。

Description

一种三元闭式叶轮的加工方法
技术领域
本发明涉及压缩机叶轮的加工工艺，具体地说是一种三元闭式叶轮的加工方法。
背景技术
压缩机中大量采用了三元闭式叶轮，该叶轮的特点是：叶片扭曲程度大，通道狭窄，轴盘和盖盘回转面曲率较大，采用传统的加工工艺很难解决。
如图1a～图1g所示，传统的三元闭式叶轮是多件加工后焊接在一起的，坯料由轮盖锻件毛坯(如图1a所示)及轮盘锻件毛坏(如图1b所示)组成，工艺流程为：先将轮盖锻件毛坯装卡在车床上，沿图1a中的虚线粗车、半精车至图1c形状；再将轮盘锻件毛坯装卡在车床上，沿图1b中的虚线粗车、半精车至图1d形状；然后将轮盘装卡在铣床上，在轮盘上铣制叶片(如图1e所示)，然后将铣制好的叶片与轮盖焊接在一起、进行消应力(如图1f所示)，最后如图1g所示精车叶轮。上述的传统加工工艺毛坯材料较多，造成资源浪费；加工工序复杂，存在焊接缺陷；经焊接后的叶轮强底低、耐腐蚀性差。
发明内容
为了解决现有叶轮传统加工工艺存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种整体铣制的三元闭式叶轮的加工方法。该方法在锻件上整体铣制，提高了叶轮的加工质量，避免了焊接缺陷。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的加工方法为：在五轴联动数控加工中心上，将半精车完的锻件装卡后经钻孔、粗加工、半精加工、清根和精加工进行闭式通道的整体铣制，整体铣制出叶片及叶片通道。
其中：所述钻孔是从叶片通道的入口侧和出口侧分别向叶片通道的中心钻孔、直至在叶片通道的中心处会合，去除叶片通道内大部分材料；：从叶片通道的出口侧向通道内进刀，刀具伸进叶片通道的长度大约为通道的1/3，先进行粗加工，余量为1mm；然后对经过粗加工的部位再进行半精加工，余量为0.2mm；叶片通道的中间部位分为第一中间部位及靠近轮盖的第二中间部位，中间部位采用一般刚性较好的球头锥刀、球头棒铣刀或插铣刀，中间部位采用棒棒糖铣刀进行加工；所述棒棒糖铣刀的刀头为球状，刀头通过小于其直径的颈部与刀杆连接，在切削时颈部及刀杆与已加工好的半精加工叶片通道之间形成间隙；从叶片通道的入口侧向通道内进刀，先进行粗加工，余量为1mm；然后对经过粗加工的部位再进行半精加工，余量为0.2mm；采用球头锥刀、球头棒铣刀、平底刀具或棒棒糖铣刀进行加工；对叶片进行清根的刀具选用棒棒糖铣刀或球头棒铣刀，采用插铣的方式；最后对叶片、轮毂及轮盖分别进行的精加工，余量为-0.01mm，选用棒棒糖铣刀或球头棒铣刀，从叶片通道的入口侧及出口侧分别进行精加工。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明与传统的焊接方法相比，仅使用一个整体的锻件毛坏，节省了原材料，降低了生产成本。
2.本发明的加工工序较少，加工速度快，大大提高了工作效率。
3.本发明避免了因热变形和焊接造成的质量缺陷，加工质量好。
4.采用本发明整体铣制方法加工的三元闭式叶轮，其叶轮强度高、具有良好的耐腐蚀性。
5.本发明能够根据工件的材质、结构、尺寸规格及技术要求，优化整体铣制加工方法流程，并根据不同加工工序配备适用的刀具，从而降低了叶轮的加工时间，提高了刀具的寿命指标。
附图说明
图1a为传统加工工艺的流程图之一；
图1b为传统加工工艺的流程图之二；
图1c为传统加工工艺的流程图之三；
图1d为传统加工工艺的流程图之四；
图1e为传统加工工艺的流程图之五；
图1f为传统加工工艺的流程图之六；
图1g为传统加工工艺的流程图之七；
图2a为本发明加工方法的流程图之一；
图2b为本发明加工方法的流程图之二；
图2c为本发明加工方法的流程图之三；
图2d为本发明加工方法的流程图之四；
图3为本发明加工叶片通道的球头锥刀结构示意图；
图4为本发明加工叶片通道中间部位的棒棒糖铣刀结构示意图；
图5为本发明加工叶片通道的平底刀具结构示意图；
图6为本发明加工叶片通道的球头棒铣刀结构示意图；
图7a为本发明叶片通道的内部结构示意图；
图7b为图5a的左视图；
图7c为图5a中的A-A剖视图；
图7d为图5a中的B-B旋转剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图2a～2d所示，图中虚线表示叶轮形状，实线表示锻件毛胚。本发明加工三元闭式叶轮的方法整个过程分为：锻件毛坯(图2a)、叶轮轮廓的半精车(图2b)、叶片闭式通道的整体铣制(图2c)及外轮廓精车(图2d)。具体为：
将整体锻件1(如图2a所示)装卡在数控机床的车削加工中心上，如图2b所示，图中的实线为车削加工图，对锻件进行车削，轴向进刀车削至叶片通道的入口侧3，径向进刀车削出轮盖的外轮廓；
如图2c所示，在五轴数控机床上，采用从叶片通道11的入口侧3和出口侧4分别向叶片通道11的中心钻孔、直至在叶片通道11的中心处会合，去除叶片通道11内的大部分材料，以便于下一步粗加工叶片通道时，刀具进刀比较容易，还可延长刀具的寿命；同时孔的加工稳定，效率较高。
如图2c所示，从叶片通道11的出口侧4(最大直径侧)向通道内进行通道粗加工(粗铣)，余量1mm；然后对经过粗加工的部位再进行半精加工(半精铣)，余量为0.2mm；刀具伸进去的加工长度为叶片通道的1/3。为了增加刀具的刚性，可采用如图3所示的刀杆为锥体、刀头为球面的球头锥刀或刚性较好的插铣刀。
叶片通道中间部位由于叶片扭曲大，同时轮盖侧曲率较大，采用传统刀具很难达到这个部位，因此在加工叶片通道中间部位时采用如图4所示的棒棒糖铣刀，棒棒糖铣刀的刀头7为球状，刀头7通过小于其直径的颈部8与刀杆9连接，在切削时，利用棒棒糖铣刀直径较大的刀头部与轮盖接触、参与切削，颈部8及刀杆9不与已加工好的半精加工叶片通道发生干涉。为了提高加工的效率，可将叶片通道11的中间部位分为两部分，即体积较大的第一中间部位5及体积较小的第二中间部位6，体积较大的第一中间部位5可采用球头锥刀或插铣刀替换棒棒糖铣刀，而体积较小的第二中间部位6采用棒棒糖铣刀进行加工。
如图2c所示，从叶片通道11的入口侧3(最小直径侧)向通道内进刀，先进行粗加工(粗铣)，余量为1mm；然后对已经粗加工的部位再进行半精加工(半精铣)，余量为0.2mm；可以根据叶片及通道情况选用球头锥刀、球头棒铣刀、平底刀具或棒棒糖铣刀进行加工；如图5所示，平底刀具刀头的轴向截面为梯形，其刀头的端面为平面；如图6所示，球头棒铣刀的刀杆为圆柱体，其刀头为球面；如果有干涉，则可选用棒棒糖铣刀。
如图2c所示，叶片通道加工完成后，对叶片清根，选用刚性较好的棒棒糖铣刀，采用插铣的方式。最后是精加工(精铣)，余量为-0.01mm，选用棒棒糖铣刀或球头棒铣刀，从叶片通道的入口侧3及出口侧4分别进行叶片、轮毂及轮盖的精加工，这部分切削量很少，但需要的刀具较长。
如图2d所示，整体铣制叶片及通道全部完成以后，在数控车床上进行叶轮外轮廓的精车达到设计要求。
采用本发明的加工方法加工的三元闭式叶轮，叶轮直径为450mm叶片10的个数为17个，在叶轮的圆周上等分，任意两叶片间距偏差＜±0.05mm；材料为高强度马氏体沉淀硬化不锈钢，实际按加工时间计算，一共是3451分钟，即57.5小时，如果采用传统的焊接工艺，不仅从质量上难与本发明的加工方法相比，它的制造周期最少也需3～4个月。

Claims (7)

1.一种三元闭式叶轮的加工方法，其特征在于：在五轴联动数控加工中心上，将半精车完的锻件装卡后经钻孔、粗加工、半精加工、清根和精加工进行闭式通道的整体铣制，整体铣制出叶片及叶片通道。
2.按权利要求1所述三元闭式叶轮的加工方法，其特征在于：所述钻孔是从叶片通道(11)的入口侧(3)和出口侧(4)分别向叶片通道(11)的中心钻孔、直至在叶片通道(11)的中心处会合，去除叶片通道(11)内大部分材料。
3.按权利要求2所述三元闭式叶轮的加工方法，其特征在于：从叶片通道(11)的出口侧(4)向通道内进刀，刀具伸进叶片通道的长度大约为通道的1/3，先进行粗加工，余量为1mm；然后对经过粗加工的部位再进行半精加工，余量为0.2mm；叶片通道(11)的中间部位分为第一中间部位(5)及靠近轮盖的第二中间部位(6)，中间部位(5)采用一般刚性较好的球头锥刀、球头棒铣刀或插铣刀，中间部位(6)采用棒棒糖铣刀进行加工。
4.按权利要求3所述三元闭式叶轮的加工方法，其特征在于：所述棒棒糖铣刀的刀头(7)为球状，刀头(7)通过小于其直径的颈部(8)与刀杆(9)连接，在切削时颈部(8)及刀杆(9)与已加工好的半精加工叶片通道之间形成间隙。
5.按权利要求2所述三元闭式叶轮的加工方法，其特征在于：从叶片通道(11)的入口侧(3)向通道内进刀，先进行粗加工，余量为1mm；然后对经过粗加工的部位再进行半精加工，余量为0.2mm；采用球头锥刀、球头棒铣刀、平底刀具或棒棒糖铣刀进行加工。
6.按权利要求1所述三元闭式叶轮的加工方法，其特征在于：对叶片进行清根的刀具选用棒棒糖铣刀或球头棒铣刀，采用插铣的方式。
7.按权利要求1所述三元闭式叶轮的加工方法，其特征在于：最后对叶片、轮毂及轮盖分别进行的精加工，余量为-0.01mm，选用棒棒糖铣刀或球头棒铣刀，从叶片通道的入口侧及出口侧分别进行精加工。
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