CN103381543A - 一种制造大直径闭式叶轮的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种制造大直径闭式叶轮的方法，属于航空航天设备制造技术领域。它包括叶轮帽盖粗加工；叶轮粗加工；组装叶轮组件工艺件；装夹并钎焊；粗加工叶轮侧外圆与阶梯面；粗加工叶轮帽盖；精加工叶轮侧的外形型面及内孔；精加工叶轮帽盖的外部圆弧面；动态平衡校正等步骤。本发明的有益效果为：本发明为平衡精度为G0.2的大直径闭式钎焊叶轮的加工提供了一个行之有效的加工方案，加工出的风机叶轮平衡精度高，解决了高精度动平衡时因去除金属余量过大使产品存在使用隐患的问题、提高了产品的工作寿命与工作可靠性。

Description

一种制造大直径闭式叶轮的方法
技术领域
本发明涉及一种制造大直径闭式叶轮的方法，属于航空航天设备制造技术领域。
背景技术
目前，大直径闭式叶轮作为风机的核心部件在航空航天等技术领域得到了广泛的应用。通常风机的叶轮在工作中处于旋转状态，一般转速均在每分钟几千转以上，甚至高达每分钟几万转，叶轮平衡可以保证风机具有较高的效率和较低的噪声，倘若存在较大不平衡时，轻则造成风机噪音大，寿命短，重则整机振动激烈，造成早期损坏。
因此，所有风机叶轮不论任何材质，都必须做动平衡校正，动平衡与旋转体的材料没有关系，主要与转速和质量有关系，尤其是与转速关系重大，转速越高，需要做动平衡的精度等级越高。由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得叶轮在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到叶轮上，引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时可能造成破坏性事故。为此，叶轮在装配前必须进行平衡校验，使其达到允许的平衡精度等级，或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内。校验时，用平衡精度等级来衡量叶轮的平衡度，平衡精度等级越高，表示叶轮的平衡度越好，其质量越稳定，寿命也就越长。
然而，闭式叶轮由叶轮与叶轮帽盖组成，其工作在高转速工况下，必须保证叶轮与叶轮帽盖的同心使质量分布均匀，如果质量分布不均匀，在高速旋转时发生偏心产生振动，将直接影响产品性能和寿命。然而，目前在闭式钎焊叶轮设计与制造过程中存在两个不确定的因素：第一，在闭式钎焊叶轮制造及钎焊过程中质量不能达到完全对称，在高速旋转时会使叶轮失去平衡产生离心力，使产品发生振动；第二，在叶轮制造生产过程中可能因切削力大，切削加工时变形抗力大，使材料产生塑性变形，如此一来，本身加工好的叶轮在机械加工过程中可能因装夹或应力释放而再变形，使产品又处于不平衡状态。有了这两个不确定因素，闭式钎焊叶轮为了能得到较好的实际工作效果，在装配使用前需要在模拟工作状态下进行高精度的动平衡校正。在动平衡校正标准中，精密磨床芯轴、主轴、陀螺仪的精度等级也仅为G0.4的精度等级。由于叶轮与叶轮帽盖在钎焊过程中会发生偏心现象，为达到比G0.4更高的精度等级G0.2，常常在闭式叶轮进行G0.2高精度动平衡校正过程中会出现因去除金属余量过大导致闭式叶轮壁厚偏薄现象，如动平衡校正时去除金属余量过多，使叶轮壁厚偏薄后将会直接影响叶轮的结构与工作性能，使产品的正常工作存在隐患，容易引发事故。
发明内容
本发明是为了解决制造平衡精度等级为G0.2的叶轮时，在平衡校正过程中因去除金属余量过大导致闭式叶轮壁厚偏薄而影响叶轮的结构与工作性能，导致使产品的正常工作存在隐患以及容易引发事故的问题，提供了一种制造大直径闭式叶轮的方法，尤其是一种制造平衡精度等级为G0.2的大直径闭式叶轮的方法。
本发明所述的一种制造大直径闭式叶轮的方法，它包括以下步骤：
步骤一：叶轮帽盖粗加工；
将叶轮帽盖除弧面外的外形加工成型，并在阶梯侧预留出阶梯状8～10mm加工余量，将叶轮帽盖与叶轮配合面外圈加工出三个工艺台阶，使叶轮帽盖与叶轮装配在一起时单边间隙控制在0.1mm以内；
步骤二：叶轮粗加工；
将叶轮除叶形型面外的外形加工成型，叶轮轮毂外圆及阶梯侧预留出阶梯状5～8mm加工余量；
步骤三：组装叶轮组件工艺件；
将叶轮帽盖与叶轮装在专用工装组合件上，形成叶轮组件工艺件，并装上垫片，用紧固件将叶轮与叶轮帽盖紧固在一起；
步骤四：装夹并钎焊；
将紧固好的叶轮组件工艺件装配在专用钎焊工装上，并进炉进行钎焊，钎焊后去除钎焊专用工装；
步骤五：粗加工叶轮侧外圆与阶梯面；
以叶轮组件工艺件中叶轮帽盖侧的阶梯面为初次定位装夹基准，粗加工叶轮侧外圆与阶梯面，加工时，车圆外圆与阶梯面即可，作为二次定位装夹的基准；
步骤六：粗加工叶轮帽盖；
以粗加工过的叶轮侧作为二次定位装夹基准，对叶轮帽盖进行粗加工，加工时对称检查叶轮帽盖阶梯面侧上四点壁厚值，对称检测四点的壁厚最大值与最小值的差值不大于0.15mm；
步骤七：精加工叶轮侧的外形型面及内孔；
以叶轮组件工艺件中粗加工过叶轮帽盖的阶梯面为三次定位装夹基准，精加工叶轮侧的外形型面及内孔，使内孔与叶轮帽盖保持同心，保证内孔与叶轮轮毂外圆的同轴度不大于0.01；
步骤八：精加工叶轮帽盖的外部圆弧面；
以精加工过的叶轮侧外圆为定位装夹基准精加工叶轮帽盖的外部圆弧面，圆弧面外圆与叶轮轮毂上的内孔同轴度不大于0.02；
步骤九：动态平衡校正；
将动平衡专用芯轴装配在机加完成后的叶轮组件上，对零件进行G0.2高精度动平衡校正，去除金属余量，直到达到所需要的平衡精度等级，叶轮加工完成。
所述步骤三中所述的专用工装组合件是由金属板和圆柱形金属棒料焊接后机加而成。
所述步骤九中所述动平衡专用芯轴是由圆柱形金属棒机加后热处理，再进行磨削而形成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明为平衡精度为G0.2的大直径闭式钎焊叶轮的加工提供了一个行之有效的加工方案；通过叶轮帽盖上的工艺外圆台阶面与专用钎焊工装的定位，以及通过叶轮组合件钎焊后加工基准的相互调整与转换，有效的减小了叶轮与叶轮帽盖加工和钎焊过程中的不同心问题，保证了钎焊零件的同轴度，成功的解决了进行G0.2高精度动平衡时，因去除金属余量过多导致叶轮壁厚偏薄影响叶轮的结构与工作性能的问题，成功的消除了产品在工作中的隐患。
附图说明
图1是本发明叶轮帽盖结构图；
图2是本发明叶轮结构图；
图3是本发明专用工装结构图；
图4是将叶轮组件工艺件结构图；
图5是动平衡专用芯轴结构图；
图6是在动平衡机上进行动平衡校正时的装配示意图。
图中：叶轮帽盖1、叶轮2、金属板3、圆柱形棒4、垫片5、螺母6、专用工装组合件7、叶轮组件工艺件8、动平衡专用芯轴9、平衡去金属处10、平衡支架11、驱动轮12。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1-6所示，本发明所述的发明所述的一种制造大直径闭式叶轮的方法，它包括以下步骤：
步骤一：叶轮帽盖粗加工；
将叶轮帽盖1除弧面外的外形加工成型，并在阶梯侧预留出阶梯状8～10mm加工余量，将叶轮帽盖与叶轮配合面外圈加工出三个工艺台阶，使叶轮帽盖1与叶轮装配在一起时单边间隙控制在0.1mm以内，起到预定位作用；预留工艺台阶面目的是使叶轮帽盖与叶轮装配在一起时能够起到预定位作用；如轮帽盖与叶轮配合面外圈无台阶则在钎焊前装配时容易出现严重不同心现象，导致后期G0.2高精度动平衡校正时金属去除余量过大；
步骤二：叶轮粗加工；
将叶轮2除叶形型面外的外形加工成型，叶轮轮毂外圆及阶梯侧预留出阶梯状5～8mm加工余量，用于钎焊后对叶轮组件进行粗加工时装夹用，以方便后续机械加工；
步骤三：组装叶轮组件工艺件；
将叶轮帽盖与叶轮组装在专用工装组合件7上，形成叶轮组件工艺件8，所述专用工装组合件由金属板3、圆柱形棒4、垫片5以及螺母6组装而成；通过叶轮上的内孔以及叶轮帽盖外圈的台阶与钎焊专用工装来定位，保证叶轮与叶轮帽盖的同心；装配时应将叶轮帽盖上的工艺台阶与叶轮叶形完全贴合，防止发生不同心现象；
步骤四：装夹并钎焊；
将紧固好的叶轮组件工艺件8装配在专用钎焊工装（附图中未示出）上，并进炉进行钎焊，钎焊后去除钎焊专用工装；
步骤五：粗加工叶轮侧外圆与阶梯面；
以叶轮组件工艺件中叶轮帽盖侧的阶梯面为初次定位装夹基准，粗加工叶轮侧外圆与阶梯面，加工时，车圆外圆与阶梯面即可，作为二次定位装夹的基准；
步骤六：粗加工叶轮帽盖；
以粗加工过的叶轮侧作为二次定位装夹基准，对叶轮帽盖进行粗加工，加工时对称检查叶轮帽盖阶梯面侧上四点壁厚值，对称检测四点的壁厚最大值与最小值的差值不大于0.15mm；
步骤七：精加工叶轮侧的外形型面及内孔；
以叶轮组件工艺件8中粗加工过叶轮帽盖的阶梯面为三次定位装夹基准，精加工叶轮侧的外形型面及内孔，使内孔与叶轮帽盖保持同心，解决了叶轮上装配芯轴的内孔与叶轮帽盖不同心的问题，同时保证内孔与叶轮轮毂外圆的同轴度不大于0.01；
步骤八：精加工叶轮帽盖的外部圆弧面；
以精加工过的叶轮侧外圆为定位装夹基准精加工叶轮帽盖的外部圆弧面，圆弧面外圆与叶轮轮毂上的内孔同轴度不大于0.02；
步骤九：动态平衡校正；
将动平衡专用芯轴9装配在机加完成后的叶轮组件上，对零件进行G0.2高精度动平衡校正，在平衡去金属处10处去除金属余量，直到达到所需要的平衡精度等级，叶轮加工完成。
在进行动平衡校正时，将叶轮和叶轮帽盖组成的叶轮组件安装在动平衡支架11上，在驱动轮12的驱动下去除金属余量进行平衡校正.
本实例中采用的支撑方式为硬支撑方式，在去除金属余量时，应选择在两去除金属面交替去除金属余量，以实例中金属材料计算，用φ5平底钻进行去除金属余量，钻削0.1mm深度的孔时，去除的金属重量约为0.0054g，用φ8平底钻进行去除金属余量，钻削0.1mm深度的孔时，去除的金属重量约为0.0138g，在实例中叶轮高精度动平衡后达到的平衡精度为小于0.2g.cm。
所述步骤三中所述的专用工装组合件是由金属板和圆柱形金属棒料焊接后机加而成。
所述步骤九中所述动平衡专用芯轴是由一块圆柱形金属棒机加后热处理，再进行磨削而形成。

Claims (3)

1.一种制造大直径闭式叶轮的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：叶轮帽盖粗加工；
将叶轮帽盖除弧面外的外形加工成型，并在阶梯侧预留出阶梯状8～10mm加工余量，将叶轮帽盖与叶轮配合面外圈加工出三个工艺台阶，使叶轮帽盖与叶轮装配在一起时单边间隙控制在0.1mm以内；
步骤二：叶轮粗加工；
将叶轮除叶形型面外的外形加工成型，叶轮轮毂外圆及阶梯侧预留出阶梯状5～8mm加工余量；
步骤三：组装叶轮组件工艺件；
将叶轮帽盖与叶轮装在专用工装组合件上，形成叶轮组件工艺件，并装上垫片，用紧固件将叶轮与叶轮帽盖紧固在一起；
步骤四：装夹并钎焊；
将紧固好的叶轮组件工艺件装配在专用钎焊工装上，并进炉进行钎焊，钎焊后去除钎焊专用工装；
步骤五：粗加工叶轮侧外圆与阶梯面；
以叶轮组件工艺件中叶轮帽盖侧的阶梯面为初次定位装夹基准，粗加工叶轮侧外圆与阶梯面，加工时，车圆外圆与阶梯面即可，作为二次定位装夹的基准；
步骤六：粗加工叶轮帽盖；
以粗加工过的叶轮侧作为二次定位装夹基准，对叶轮帽盖进行粗加工，加工时对称检查叶轮帽盖阶梯面侧上四点壁厚值，对称检测四点的壁厚最大值与最小值的差值不大于0.15mm；
步骤七：精加工叶轮侧的外形型面及内孔；
以叶轮组件工艺件中粗加工过叶轮帽盖的阶梯面为三次定位装夹基准，精加工叶轮侧的外形型面及内孔，使内孔与叶轮帽盖保持同心，保证内孔与叶轮轮毂外圆的同轴度不大于0.01；
步骤八：精加工叶轮帽盖的外部圆弧面；
以精加工过的叶轮侧外圆为定位装夹基准精加工叶轮帽盖的外部圆弧面，圆弧面外圆与叶轮轮毂上的内孔同轴度不大于0.02；
步骤九：动态平衡校正；
将动平衡专用芯轴装配在机加完成后的叶轮组件上，对零件进行G0.2高精度动平衡校正，去除金属余量，直到达到所需要的平衡精度等级，叶轮加工完成。
2.如权利要求1所述的一种制造大直径闭式叶轮的方法，其特征在于：步骤三中所述的专用工装组合件是由金属板和圆柱形金属棒料焊接后机加而成。
3.如权利要求1所述的一种制造大直径闭式叶轮的方法，其特征在于：所述步骤九中动平衡专用芯轴是由圆柱形金属棒机加后热处理，再进行磨削而形成。
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