CN108443450B - 一种液力偶合器用转子的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液力偶合器用转子及其生产方法，它包括内法兰盘、环形涡轮腔、叶片、外法兰盘，内法兰盘与环形涡轮腔为一体式连接，叶片与环形涡轮腔为焊接，外法兰盘与环形涡轮腔焊接，环形涡轮腔模锻成型，内法兰盘、环形涡轮腔、叶片、外法兰盘选用不锈钢材质，生产方法包括选材、初步整形、模锻造型、环形涡轮腔成型处理、焊接叶片的步骤，改变了传统转子的结构连接方式，减少了生产工艺对环境的污染危害，降低能耗，通过本方法获得的液力偶合器转子光滑平整度好，结构规整，精度高，材料提升空间大，转子的可修复，极大的降低了生产成本，节约能源。

Description

一种液力偶合器用转子的生产方法

技术领域

本发明涉及煤矿、矿山刮板机及破碎机用液力偶合器技术领域，具体为液力偶合器用转子的生产方法。

背景技术

目前市场上销售的液力偶合器转子一般采用Cu、Al、Mg等有色金属通过精密铸造的方获得，合金中含有大量的有色金属单质和Si、C、S、P等元素及其相互之间形成的二元、三元、四元等合金，由于含有色金属较多，易于形成对环境有害的物质，发达国家已经很少使用；以上金属合金通过精密铸造而成形，需要复杂的铸造模具，大型熔炉，脱氧剂及脱氧设备，热处理设备，制作工艺复杂并且难于控制，工件极易形成砂眼、气孔、裂纹等铸造缺陷，而且能耗高，占地面积较大；合金形成后，由于要获得合适的抗拉强度，屈服强度，延伸率，硬度，因此对合金中各元素所占比例要求极为严格，铸造过程中加入的顺序、温度及时间都有严格的要求，铸造质量很难得到有效的控制及保证，操作稍有偏差，将使整个铸造过程前功尽弃；所获得的CuAl合金液力偶合器转子，由于叶片较薄，叶处厚度只有5mm，数量较多，泵轮有46个叶片，涡轮有45个叶片，叶片在圆周方向上必须均布，这样动平衡较好，对介质的冲击较低，然而铸造过程很难做到叶片的均布及厚度均匀；铸造成形后如果叶片部位存在缺陷，整个部件只有报废；制做的转子由于采用CuAl合金，材料本身的可修复性低，一但成形或损坏，很难修复;现有铸造成型的转子，受铸造工艺影响，表面粗糙无法达到光滑平整，叶片之间间隙小，处理加工困难，曲线平滑性降低，对工作介质的摩擦力也变大，这样既影响转子的运转平稳性，也使工作介质更容易生热，能耗相对较高；受铸造生产工艺的影响，转子的材质性能提升空间有限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液力偶合器用转子及其生产方法，改变了转子的结构连接方式，减少了生产工艺对环境的污染危害，降低能耗，通过本方法获得的液力偶合器转子光滑平整度好，结构规整，精度高，材料提升空间大，转子的可修复，极大的降低了生产成本，节约能源。

为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：

一种液力偶合器用转子，它包括内法兰盘、环形涡轮腔、叶片、外法兰盘，内法兰盘与环形涡轮腔为一体式连接，叶片与环形涡轮腔为焊接，外法兰盘与环形涡轮腔焊接，所述的环形涡轮腔模锻成型，所述的内法兰盘、环形涡轮腔、叶片、外法兰盘选用不锈钢材质。

一种液力偶合器用转子的生产方法：它包括以下步骤：

1.选材:选取30408不锈钢板；

2.初步整形:对选取的板材进行初步加工，使其各部位的厚度大于等于后期成型产品尺寸，便于后续模锻造型:

①用等离子切割设备将不锈钢板做成圆形板, 采用水下等离子切割机将选用的不锈钢钢板（S30408）下料成形，内径留有加工余量，转子的外径按腔形曲线展开后计算所得，内径经机械加工处理，冲压成形时可以保证有效成形；

②采用车床设备去除多余的厚度，采用大型卧式车床对步骤①下料后的圆环进行机械加工处理，按转子腔形设计要求计算出冲压后需要减薄及增厚的部位，车床加工后留出变形量，保证冲压成形后各部位有足够的加工余量，保证腔形曲面全部加工后，可以得到平滑的过渡曲线，从而有效减小对传递介质的磨擦力；

通过设计冲压模具后试模得出，待加工件Φ285mm尺寸以内部分减薄较为严重，则加工后的圆环必须留有足够的拉伸量；

进一步地，在加工件的内部减薄部位可以施焊一层5mm厚度层，使其拉伸后达到同样的效果；

3.模锻造型：

①将初步整形后的板材在台车炉内加热至熔融状态，具体加热温度为1100℃；

②通过模锻设备将熔融状态的板材模锻成型，该步骤主要是对环形涡轮腔造型；

③冷却至450-520℃，得到模锻后的成型转子锻坯；

4.环形涡轮腔成型处理：

通过数控机床对环形涡轮腔进行精确平滑切削，使其环形涡轮腔的内弧度达到设计尺寸要求，通过圆盘固定夹具将模锻后的造型产品固定，旋转固定夹具，通过平滑切削方式，对环形涡轮腔内的多段弧进行修正；

5.焊接叶片：

①加工叶片，使其尺寸符合转子环形内腔的弧度；

②焊接，将转子固定，通过焊接工装将叶片一一焊接；

具体的操作过程：所述的焊接工装包括固定转板、叶片压紧装置，通过锁紧螺母将转子压紧在焊接工装的固定转板上；将叶片置于泵轮或涡轮环形蜗轮腔的内腔内，使叶片与环形蜗轮内腔紧密接合，通过叶片压紧装置压紧并固定叶片，对叶片加以焊接；当焊接完一片后，转动固定转板，约180度来焊接泵轮U形环另一侧叶片，这样使环形蜗轮腔内的叶片进行逐个对称焊接，减少焊接变形；以此类推使整个泵轮或涡轮焊接完成；

进一步地，偶数叶片数的泵轮或蜗轮，叶片焊接时，焊接完一片后，旋转固定转板180度对焊第二片，奇数叶片数的蜗轮或泵轮，旋转固定转板180度后偏移（180度/奇数）角度后对焊第二片叶片；

6.去应力：

具体的操作过程：井式炉400度-500度去应力；或常温下，自然时效半年以上。

7.精加工：

人工去焊渣；数控车削中心按图纸精度加工；立式加工中心用球形刀清扫焊缝至光滑圆润。

本发明的有益效果为：改变了转子的涡轮内腔结构与叶片的连接方式及生产方法，打破了传统的蜗轮转子的生产工艺，环保。

（1）提高了制件的成功率，可满足不同腔形、叶片数的设计需求，无须大量模具，加工方式灵活，降低了生产成本，节约能源；

（2）光滑度以及产品外形精度上，尤其是环形涡轮腔的曲面更平滑，对工作介质的摩擦力更小，减少了流体的紊流，这样既增加了腔形的深度和最大直径，提高了传动功率，也减小了对工作介质的摩擦力，更好的控制了介质的流动，能耗低，并提高了偶合器的传动功率；

（3）材质选用304不锈钢，好处，可以选用铸造工艺无法实现的材质，使得转子的强度等性能有很大的提升空间，使高转速耦合器的制造成为可能。

（4）产品可修复，尤其是转子叶片的问题，可重新补修，不存在废品率。

（5）涡轮以水为介质时，不锈钢材质及其光洁度，可以保证涡轮永不结垢！大大提高了耦合器的动力传递效率。

附图说明

图1为本发明实施例液力偶合器用转子结构示意图；

图2为焊接工装结构示意图。

具体实施方式

如附图所示的一种液力偶合器用转子，它包括内法兰盘1、环形涡轮腔2、叶片3、外法兰盘4，内法兰盘1与环形涡轮腔2为一体式连接，由一整块的圆板材料加工制成，叶片3与环形涡轮腔2为焊接，外法兰盘4与环形涡轮腔2焊接，所述的环形涡轮腔2模锻成型，所述的内法兰盘1、环形涡轮腔2、叶片3、外法兰盘4选用不锈钢材质。

一种液力偶合器用转子的生产方法：它包括以下步骤：

1.选材:选取30408不锈钢板；

2.初步整形:对选取的板材进行初步加工，使其各部位的厚度大于等于后期成型产品尺寸，便于后续模锻造型:

①用等离子切割设备将不锈钢板做成圆形板, 采用水下等离子切割机将选用的不锈钢钢板（S30408）下料成形，中心作孔成圆环，内径留有加工余量，圆环转子的外径按腔形曲线展开后计算所得，内径经机械加工处理，冲压成形时可以保证有效成形；

②采用车床设备去除多余的厚度，采用大型卧式车床对步骤①下料后的圆环进行机械加工处理，按转子腔形设计要求计算出冲压后需要减薄及增厚的部位，车床加工后留出变形量，保证冲压成形后各部位有足够的加工余量，保证腔形曲面全部加工后，可以得到平滑的过渡曲线，从而有效减小对传递介质的磨擦力；

具体实施时，通过设计冲压模具后试模得出，待加工件Φ285mm尺寸以内部分减薄较为严重，则加工后的圆环必须留有足够的拉伸量。

进一步地，在加工件的内部减薄部位可以施焊一层5mm厚度层，使其拉伸后达到同样的效果。

3.模锻造型：

①将初步整形后的板材在台车炉内加热至熔融状态，具体加热温度为1100℃；

②通过模锻设备将熔融状态的板材模锻成型，该步骤主要是对环形涡轮腔造型；

③冷却至500℃，得到模锻后的成型转子锻坯。

4.环形涡轮腔成型处理：

通过数控机床对环形涡轮腔进行精确平滑切削，使其环形涡轮腔的内弧度达到设计尺寸要求，通过圆盘固定夹具将模锻后的造型产品固定，旋转固定夹具，通过平滑切削方式，对环形涡轮腔内的多段弧进行修正。

5.焊接叶片：

①加工叶片，使其尺寸符合转子环形内腔的弧度；

②焊接，将转子固定，通过焊接工装将叶片一一焊接。

具体的操作过程：所述的焊接工装如图2所示，包括固定转板5、叶片压紧装置，通过锁紧螺母将转子压紧在焊接工装的固定转板5上；将叶片3置于泵轮或涡轮转子环形蜗轮腔2的内腔内，使叶片3与环形蜗轮内腔2紧密接合，通过叶片压紧装置压紧并固定叶片3，对叶片3加以焊接；当焊接完一片后，转动固定转板5，约180度来焊接泵轮转子环形蜗轮腔2另一侧叶片，这样使环形蜗轮腔2内的叶片进行逐个对称焊接，减少焊接变形；以此类推使整个泵轮或涡轮焊接完成；

进一步地，偶数叶片数的泵轮或蜗轮，叶片焊接时，焊接完一片后，旋转固定转板180度对焊第二片，奇数叶片数的蜗轮或泵轮，旋转固定转板180度后偏移（180度/奇数）角度后对焊第二片叶片；

所述的焊接工装还包括底板7、底板中心设置有竖向固定轴9，固定转板5通过轴承套接在固定轴9外围，固定转板5通过轴承与底板7滑动转动连接，固定转板5通过定位止口与液力偶合器用转子卡接，固定轴9上设置有活动臂10，活动臂10与固定轴9顶端竖向铰接，活动臂10端部设置有锁紧板11，锁紧板11可固定夹持叶片3，定位转板5可通过锁紧装置与底板7固定连接，活动臂、锁紧板构成叶片压紧装置；锁紧板11上设置有锁紧螺栓，锁紧板11通过锁紧螺栓固定叶片与锁紧板11的连接；锁紧板11包括固定板和活动板，固定板通过缩进螺栓与活动板固定连接，叶片夹持在活动板和固定板之间；所述的定位转板外圈设置有定位孔，定位孔通过定位螺栓与底板固定连接，定位孔为均匀分布的两圈，定位螺栓为四个。

6.去应力

具体的操作过程：井式炉加热到400度-500度去应力；或常温下，自然晾置时效半年以上。

7.精加工

人工去焊渣；数控车削中心按图纸精度加工；立式加工中心用球形刀清扫焊缝至光滑圆润；

本发明的有益效果为：改变了转子的涡轮内腔结构与叶片的连接方式及生产方法，打破了传统的蜗轮转子的生产工艺，环保。

（1）提高了制件的成功率，可满足不同腔形、叶片数的设计需求，无须大量模具，加工方式灵活，降低了生产成本，节约能源；

（2）光滑度以及产品外形精度上，尤其是环形涡轮腔的曲面更平滑，对工作介质的摩擦力更小，减少了流体的紊流，这样既增加了腔形的深度和最大直径，提高了传动功率，也减小了对工作介质的摩擦力，更好的控制了介质的流动，能耗低，并提高了偶合器的传动功率；

（3）材质选用304不锈钢，好处，可以选用铸造工艺无法实现的材质，使得转子的强度等性能有很大的提升空间，使高转速耦合器的制造成为可能。

（4）产品可修复，尤其是转子叶片的问题，可重新补修，不存在废品率。

（5）涡轮以水为介质时，不锈钢材质及其光洁度，可以保证涡轮永不结垢！大大提高了耦合器的动力传递效率。

Claims (6)

1.一种液力偶合器用转子的生产方法，其特征是：它包括以下步骤：

(1)选材：钢板；

(2)初步整形:对选取的板材进行初步加工，使其各部位的厚度大于等于后期成型产品尺寸，便于后续模锻造型:

①用等离子切割设备将不锈钢板做成圆形板,采用水下等离子切割机将选用的不锈钢钢板下料成形，内径留有加工余量，转子的外径按腔形曲线展开后计算所得，内径经机械加工处理，冲压成形时可以保证有效成形；

②采用车床设备去除多余的厚度，采用大型卧式车床对步骤①下料后的圆环进行机械加工处理，按转子腔形设计要求计算出冲压后需要减薄及增厚的部位，车床加工后留出变形量，保证冲压成形后各部位有足够的加工余量，保证腔形曲面全部加工后，可以得到平滑的过渡曲线，从而有效减小对传递介质的磨擦力；

(3)模锻造型：

①将初步整形后的板材在台车炉内加热至熔融状态；

②通过模锻设备将熔融状态的板材模锻成型，该步骤主要是对环形涡轮腔造型；

③冷却，得到模锻后的成型转子锻坯；

(4)环形涡轮腔成型处理：

通过数控机床对环形涡轮腔进行精确平滑切削，使其环形涡轮腔的内弧度达到设计尺寸要求，通过圆盘固定夹具将模锻后的造型产品固定，旋转固定夹具，通过平滑切削方式，对环形涡轮腔内的多段弧进行修正；

(5)焊接叶片：

①加工叶片，使其尺寸符合转子环形内腔的弧度；

②焊接，将转子固定，通过焊接工装将叶片一一焊接。

2.根据权利要求1所述的液力偶合器用转子的生产方法，其特征是：它还包括步骤：(6)去应力：

具体的操作过程：井式炉400度-500度去应力；或常温下，自然时效半年以上；

(7)精加工：

人工去焊渣；数控车削中心按图纸精度加工；立式加工中心用球形刀清扫焊缝至光滑圆润。

3.根据权利要求1所述的液力偶合器用转子的生产方法，其特征是：步骤(5)焊接叶片中所述的焊接工装包括固定转板、叶片压紧装置，通过锁紧螺母将转子压紧在焊接工装的固定转板上；将叶片置于泵轮或涡轮环形涡轮腔的内腔内，使叶片与环形涡轮内腔紧密接合，通过叶片压紧装置压紧并固定叶片，对叶片加以焊接；当焊接完一片后，转动固定转板，约180度来焊接泵轮U形环另一侧叶片，这样使环形涡轮腔内的叶片进行逐个对称焊接，减少焊接变形；以此类推使整个泵轮或涡轮焊接完成。

4.根据权利要求1所述的液力偶合器用转子的生产方法，其特征是：步骤(5)中，偶数叶片数的泵轮或涡轮的转子，叶片焊接时，焊接完一片后，旋转固定转板180度对焊第二片，奇数叶片数的涡轮或泵轮，旋转固定转板180度后偏移角度后对焊第二片叶片。

5.根据权利要求1所述的液力偶合器用转子的生产方法，其特征是：步骤(1)中选取30408不锈钢为基材。

6.根据权利要求1所述的液力偶合器用转子的生产方法，其特征是：步骤(3)模锻造型中：①台车炉内加热温度为1100℃；

③冷却至500℃，得到模锻后的成型转子锻坯。