CN107378406B - 大型压气叶轮的加工方法及其工艺搭子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型压气叶轮的工艺搭子结构，包括大型压气叶轮的本体，所述本体包括轴体、叶片，所述轴体具有大端、小端，所述叶片位于轴体大端、小端之间的周面上，所述大端面沿轴向的外侧端设有呈环状的工艺搭子，所述工艺搭子的外圆周面向轴体的轴心线方向凹陷，形成延伸成环状的V型槽。加工方法包括：S1、自由锻；S2、粗车大端面、外圆；S3、粗车小端面及子午面；S4、热处理；S5、半精车大端定位面；S6、半精车小端及子午面；S7、将压气叶轮的毛坯装夹定位于抱箍压紧夹具，铣叶片；S8、精车大端面；S9、精车外圆；S10、精车小端面及子午面。本发明有效减少了大型压气叶轮的材料浪费，降低了大型压气叶轮的制作成本。

Description

大型压气叶轮的加工方法及其工艺搭子结构
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特别是涉及一种大型压气叶轮的加工方法及其工艺搭子结构。
背景技术
近年来，叶轮机械产品在市场应用中得到广泛应用，且越来越倾向于大流量、高压比、工况恶劣方向。基于市场特性，大型压气叶轮更多地采用了综合性能优异的TC4材料，该材料具有优良的耐腐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性，在航空航天等工业部门的应用越来越广泛。而叶轮机械产品应用于污水处理和医药行业时，其恶劣的工况对材料的要求同样很高，TC4材料由此在大型压气叶轮中得以广泛运用。TC4的优异性能决定了其昂贵的采购价格。
由于叶轮机械产品的单件、小批量定制特性，压气叶轮毛坯普遍采用自由锻形式，参见图1至图3；
其余量如下(单边)：
①端面余量，粗加工1.5mm+半精加工1mm+精加工1mm；
②外圆余量，粗加工1.5mm+半精加工1mm+精加工1mm。
而在实际加工中，铣叶片工序需要对叶轮采用工装压紧，通常采用以下两种形式：⑴芯轴压紧，适用于直径不大于Φ380mm的叶轮铣削加工中，参见图2。
⑵抱箍压紧，适用于直径大于Φ380mm的叶轮铣削加工中，参见图3。
压气叶轮加工路线为：粗车大端面、外圆→粗车小端及子午面→热处理→半精车大端定位面→半精车小端及子午面→铣叶片→精车大端面→精车外圆→精车小端及子午面。
由图3及工艺路线可知，在直径大于Φ380的叶轮余量留取中，需要将抱箍压紧部位计算入毛坯余量中，所以毛坯图外圆实际需要为：粗加工1.5+半精加工1+工艺搭子+精加工1。
由图4可以看出，此工艺搭子部位直接导致径向余量单边至少增加5mm。
反映到毛坯尺寸中，所增加的毛坯体积
(其中d为叶轮直径，H为叶轮总高度)
由此结果可以看出，当压气叶轮直径越大，总高度越高时，此工艺搭子对毛坯体积的影响越大，造成的采购成本越高，参见图5。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大型压气叶轮的加工方法及其工艺搭子结构，有效减少了大型压气叶轮的材料浪费，降低了大型压气叶轮的制作成本。
本发明的目的是这样实现的：
一种大型压气叶轮的工艺搭子结构，包括大型压气叶轮的本体，所述本体包括轴体、叶片，所述轴体具有大端、小端，所述叶片位于轴体的圆周面上，所述轴体大端的圆周面上设有呈环状的工艺搭子，所述工艺搭子沿径向向轴体的轴心线方向凹陷，形成延伸成环状V型槽结构的工艺搭子。
优先地，所述V型槽的槽底为平面。
优先地，所述V型槽的槽底宽度为a，V型槽的槽底宽度选用满足夹具压紧要求的最小宽度。
优先地，所述V型槽的两斜壁均为45°倾角。
一种大型压气叶轮的加工方法，包括以下步骤：
S1、采用TC4自由锻制作压气叶轮的毛坯，所述压气叶轮的毛坯上预留粗加工余量、半精加工余量以及精加工余量，钻轴体的轴向内孔；
S2、粗车压气叶轮的大端各面；
S3、粗车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面；
S4、热处理；
S5、半精车压气叶轮的大端各面，并通过大端定位半精车轴体的轴向内孔以及车削加工权利要求1所述的工艺搭子；
S6、半精车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面；
S7、将压气叶轮的半成品装夹定位于抱箍压紧夹具，铣叶片、流道；
S8、精车压气叶轮的大端各面、轴体的轴向内孔；
S9、精车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面。
优先地，S7中，铣叶片程序分粗铣、精铣，精铣前留0.2mm精加工余量，粗铣结束48小时后进行精铣加工。
优先地，所述大端各面包括背弧面、大端的圆周面以及大端凸台的端面、圆周面。
优先地，所述小端各面包括叶轮定位面以及小端凸台的端面、圆周面。
优先地，S8中，车削去除工艺搭子。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
通过改变工艺撘子的形式，使叶轮毛坯不需要因为压紧方式的不同而增加毛坯余量，同时能满足零件的压紧需求。此环状V型槽的结构中，a值可根据叶轮定位面到背弧尺寸的不同进行调整，以达到压紧要求并尽量减少精加工时的余量。
将现有的环类楔型工艺搭子设计成V型槽的结构，使累加材料式的工艺搭子融合进固有毛坯中，这种结构形式的改变不会带来加工上的难度，但却能够实际解决大型叶轮毛坯余量过多的问题。
优点：
1、解决了原楔型工艺搭子带来的毛坯体积增大问题。
2、此种V型槽式工艺搭子加工难度较小。
3、由于毛坯余量的减少，缩短粗加工周期，节约了加工成本。
4、原材料价值越高、叶轮外形越大时，毛坯采购成本下降越可观。
附图说明
图1为压气叶轮示意图；
图2为芯轴压紧式夹具的结构示意图；
图3为抱箍压紧式夹具的结构示意图；
图4为工艺搭子尺寸示意图；
图5为工艺搭子对毛坯尺寸的影响示意图；
图6为新型工艺搭子结构示意图；
图7为新型工艺搭子在毛坯中的位置示意图。
图8为S5的示意图。
附图中，1为大端，2为小端，3为轴向内孔，4为叶轮定位面，5为轴体，6为叶片，7为子午面，8为轴体大端的圆周面，9为工艺搭子，10为背弧面。
具体实施方式
参见图6、图7，为一种大型压气叶轮的工艺搭子结构，包括大型压气叶轮的本体，所述本体包括轴体、叶片，所述轴体具有大端、小端，所述叶片位于轴体的圆周面上，所述轴体大端的圆周面上设有呈环状的工艺搭子，所述工艺搭子沿径向向轴体的轴心线方向凹陷，形成延伸成环状V型槽结构的工艺搭子。所述V型槽的槽底为平面。所述V型槽的两斜壁均为45°倾角。优先地，所述V型槽的槽底宽度为a，a值根据叶轮定位面到背弧尺寸的不同进行调整，以达到压紧要求并尽量减少精加工时的余量。所述V型槽与轴体大端端面之间的距离为4.5mm。
一种大型压气叶轮的加工方法，包括以下步骤：
S1、采用TC4自由锻制作压气叶轮的毛坯(自由锻毛坯结构简单，采用整块的圆柱状坯料)，所述压气叶轮的毛坯上预留粗加工余量1.5mm，半精加工余量1mm，以及精加工余量1mm；此处，加工余量是指在将整体叶轮的最大直径或最大轴向距离的基准上，增加加工余量；钻轴体的轴向内孔；
S2、粗车压气叶轮的大端各面；所述大端各面包括背弧面、大端的圆周面以及大端凸台的端面、圆周面。
S3、粗车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面；所述小端各面包括叶轮定位面以及小端凸台的端面、圆周面。
S4、热处理；
参见图8，S5、半精车压气叶轮的大端各面，并通过大端定位半精车轴体的轴向内孔以及车削加工权利要求1所述的工艺搭子；本实施例中，此工艺搭子采用外圆车刀、槽刀车出。
S6、半精车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面；
S7、将压气叶轮的半成品装夹定位于抱箍压紧夹具，铣叶片、流道；铣叶片程序分粗铣、精铣，精铣前留0.2mm精加工余量，粗铣结束48小时后进行精铣加工。
S8、精车压气叶轮的大端各面、轴体的轴向内孔；车削去除工艺搭子。
S9、精车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种大型压气叶轮的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用TC4自由锻制作压气叶轮的毛坯，所述压气叶轮的毛坯上预留粗加工余量、半精加工余量以及精加工余量，钻轴体的轴向内孔；
S2、粗车压气叶轮的大端各面；
S3、粗车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面；
S4、热处理；
S5、半精车压气叶轮的大端各面，并通过大端定位半精车轴体的轴向内孔以及车削加工工艺搭子；
所述工艺搭子在所述轴体大端的圆周面上呈环状，所述工艺搭子沿径向向轴体的轴心线方向凹陷，形成延伸成环状V型槽结构的工艺搭子；
S6、半精车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面；
S7、将压气叶轮的半成品装夹定位于抱箍压紧夹具，铣叶片、流道；
S8、精车压气叶轮的大端各面、轴体的轴向内孔；
车削去除工艺搭子；
S9、精车压气叶轮的小端各面及叶轮子午面。
2.根据权利要求1所述的一种大型压气叶轮的加工方法，其特征在于：所述V型槽的槽底为平面。
3.根据权利要求2所述的一种大型压气叶轮的加工方法，其特征在于：所述V型槽的槽底宽度为a，V型槽的槽底宽度选用满足夹具压紧要求的最小宽度。
4.根据权利要求1所述的一种大型压气叶轮的加工方法，其特征在于：所述V型槽的两斜壁均为45°倾角。
5.根据权利要求1所述的一种大型压气叶轮的加工方法，其特征在于，S7中，铣叶片程序分粗铣、精铣，精铣前留0.2mm精加工余量，粗铣结束48小时后进行精铣加工。
6.根据权利要求1所述的一种大型压气叶轮的加工方法，其特征在于，所述大端各面包括背弧面、大端的圆周面以及大端凸台的端面、圆周面。
7.根据权利要求1所述的一种大型压气叶轮的加工方法，其特征在于，所述小端各面包括叶轮定位面以及小端凸台的端面、圆周面。
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