CN111843389B - 一种离心泵蜗壳加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心泵蜗壳加工方法，包括如下步骤：利用数控铣床在坯料上加工蜗壳外形；根据蜗壳流道的三维模型数据，利用数控铣床在坯料上加工蜗壳流道的螺旋部分，利用数控车床加工蜗壳流道的扩散段部分，该扩散段部分与所述螺旋部分形成隔舌；利用电火花工艺去除蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分过渡连接处的余料，以得到完整的蜗壳流道；整修得到离心泵蜗壳。利用数控铣床加工螺旋部分，利用数控车床加工扩散段部分，对应于曲面结构复杂的螺旋部分和扩散段部分的过渡位置处，则选用电火花工艺加工，方便在坯料上加工得到高精度的蜗壳流道，满足高精度场所的应用要求。

Description

一种离心泵蜗壳加工方法

技术领域

本发明涉及一种离心泵蜗壳加工方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，尤其是空间站技术的发展，低比速高速离心泵因其高可靠性、良好的工作介质适应性和体积小重量轻等特点，得到了越来越广泛的应用。航天领域用低比速高速离心泵对性能参数的一致性要求很高，这就需要不断突破工艺方法以实现过流部件高的尺寸精度、轮廓精度和良好的表面粗糙度，保证产品性能和适应复杂的太空环境。

离心泵蜗壳对流道的平顺性要求很高，通常需要在三维制图软件中进行预先设计，如申请公布号为CN109711045A的中国发明专利申请中公开的离心泵蜗壳光顺造型方法，需要绘制离心泵蜗壳螺旋部分和扩散段部分的三维草图，然后生成离心泵蜗壳的螺旋部分和扩散段部分的三维曲面，再绘制等参数曲线和桥接曲线，生产隔舌曲面和连接段曲面，然后缝合相应待连接的曲面。在绘制三维草图时，绘制基圆，并围绕基圆周向按照逆时针方向每间隔45°选取一个径向截面，得到离心泵蜗壳螺旋部分的第一截面至第八截面，第八截面位于底部，第一截面至第八截面都位于经过基圆圆心的平面内，并且，第一截面至第八截面的高度依次递增，然后在离心泵蜗壳螺旋部分与扩散段部分的连接处位于第一届面和第八届面之间，通过隔舌圆弧连接，对于扩散段部分来讲，也要预先选取相应的竖向截面，进行定位，采用UGNX工具划分相应曲线，能够实现生产的离心泵蜗壳的隔舌部位各曲面之间完全光顺过渡，提高造型质量。

实际上，目前，离心泵蜗壳成型大多采用铸造成型，对于航天领域来讲，铸造成形的尺寸精度、轮廓精度和表面粗糙度均难以满足使用要求，且可靠性较差。而且，为了满足同等力学强度要求，铸造的蜗壳尺寸和重量较大，导致蜗壳整体尺寸较大，不符合航天领域中要求设计小型化的发展思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离心泵蜗壳加工方法，以解决现有技术中的铸造蜗壳因为其自身加工精度不能适用于航天领域的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的离心泵蜗壳加工方法的技术方案是：一种离心泵蜗壳加工方法，包括如下步骤：

步骤一，利用数控铣床在坯料上加工蜗壳外形；

步骤二，根据蜗壳流道的三维模型数据，利用数控铣床在坯料上加工蜗壳流道的螺旋部分，利用数控车床加工蜗壳流道的扩散段部分，该扩散段部分与所述螺旋部分形成隔舌；

步骤三，利用电火花工艺去除蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分过渡连接处的余料，以得到完整的蜗壳流道；

步骤四、整修得到离心泵蜗壳。

有益效果是：本发明所提供的离心泵蜗壳加工方法中，利用数控铣床加工螺旋部分，利用数控车床加工扩散段部分，对应于曲面结构复杂的螺旋部分和扩散段部分的过渡位置处，则选用电火花工艺加工，这样方便在坯料上加工得到高精度的蜗壳流道，满足高精度场所的应用要求，以解决现有技术中的铸造蜗壳存在的自身加工精度不高而不适于航天领域的问题。

作为进一步地改进，在电火花加工时，使用的电极具有设计加工侧面，设计加工侧面与所述过渡连接处的设计曲面形状一致。

有益效果是：在电火花加工时，放电电极的设计加工侧面与设计曲面形状一致，方便利用电极放电以在过渡位置处加工得到复杂的设计曲面。

作为进一步地改进，所述三维模型数据具有设计基圆，该设计基圆用于定位所述蜗壳流道的螺旋部分，所述电极具有定位侧面，该定位侧面用于与所述隔舌的端部顶压配合，在进行电火花加工时，使所述定位侧面处于一径向截面内，该径向截面经过所述设计基圆的圆心并沿所述设计基圆的径向延伸。

有益效果是：利用定位侧面与隔舌端部的配合，方便引导电极移动而逐步去除多余材料。

作为进一步地改进，所述电极为紫铜电极。

作为进一步地改进，所述三维模型数据具有与所述螺旋部分对应的设计基圆和沿逆时针方向围绕所述设计基圆布置的第一截面~第八截面，第一截面~第八截面均处于所述设计基圆径向截面内，第一截面~第八截面间隔45°，且第八截面对应位于设计基圆底部，在利用数控铣床在坯料上加工所述螺旋部分时，在第七截面和第八截面之间退刀，在设计基圆周向上，从铣削退刀处到隔舌位置之间的余料即为所述蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分过渡连接处的余料。

作为进一步地改进，在步骤一中，先下料，坯料尺寸大于离心泵蜗壳的包络尺寸，在此基础上加工出蜗壳外形和加工基准，以加工基准为基础，加工出蜗壳两端面内孔特征、密封圈槽特征、安装螺纹底孔以及出口螺纹。

作为进一步地改进，步骤四中的整修包括钳工去毛刺、加工安装螺纹孔、钳工修整蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分的过渡连接处使之光滑过渡、清洗以及表面阳极化处理。

有益效果是：去除毛刺，攻螺纹孔并修正过渡部分，清洗以及表面阳极化处理，可以有效提高加工后的蜗壳精度。

附图说明

图1为离心泵蜗壳设计图；

图2为图1所示离心泵蜗壳另一角度的设计图；

图3为图1的侧视图；

图4为图3中的A-A剖视图；

图5为采用电火花工艺加工蜗壳螺旋部分与扩散段部分过渡位置处的结构示意图；

图6为图5中B-B剖视图。

附图标记说明：

1-螺旋部分，2-正面端面内孔，3-扩散段部分，4-背面端面内孔，5-隔舌，6-设计基圆，7-电极，71-设计加工侧面，72-定位侧面，8-密封圈槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的离心泵蜗壳加工方法的一种具体实施例：

本实施例所提供的蜗壳加工方法用于加工得到如图1至图4所示的离心泵蜗壳，该离心泵蜗壳具有正面端面内孔2和背面端面内孔4，两端面内孔导通，在中间导通段内设置密封圈槽8，并且，还对应设置有安装螺纹和出口螺纹，以实现蜗壳的正常装配。对于离心泵蜗壳来讲，正面端面内孔2为叶轮孔，用于安装叶轮，叶轮孔的周向孔壁形成流道的螺旋部分。

本发明所提供的离心泵蜗壳加工方法的实施例包括如下步骤：

步骤一，利用数控铣床在坯料上加工蜗壳外形。

具体来说，先下料，坯料尺寸大于离心泵蜗壳的包络尺寸，满足铣削加工的装夹要求。然后加工出蜗壳的外形特征和加工基准，以加工基准为基础，加工出蜗壳两端面内孔特征、密封圈槽特征、安装螺纹底孔以及出口螺纹。

在加工正面端面内孔2时，一同加工出设计基圆，以便于后续在设计基圆的基础上铣削加工蜗壳流道的螺旋部分。

步骤二，根据蜗壳流道的三维模型数据，利用数控铣床在坯料上加工蜗壳流道的螺旋部分，利用数控车床加工蜗壳流道的扩散段部分，该扩散段部分与所述螺旋部分形成隔舌。

先在数控铣床上铣削加工出蜗壳流道的螺旋部分的大部分结构，此步骤是关键，根据蜗壳流道的三维模型数据，在UGNX中生产转用数控铣刀导轨路线，将刀轨路线数据导入数控铣床中心进行铣削加工。

实际上，如图4所示，上述的三维模型数据具有与螺旋部分对应的设计基圆6和沿逆时针方向围绕设计基圆布置的第一截面~第八截面，第一截面~第八截面均处于所述设计基圆径向截面内，第一截面~第八截面依次间隔45°，且第八截面对应位于设计基圆6的底部，并且，第一截面~第八截面的高度依次增加，以形成螺旋结构。

在利用数控铣床在坯料上加工上述的螺旋部分1时，在第七截面和第八截面之间适时退刀，可以加工出螺旋部分的大部分结构。在此需要说明的是，需要根据螺旋流道的具体尺寸确定第七截面和第八截面之间的退刀位置，如果不及时退刀的话，铣刀容易过渡铣削而破坏扩散段部分的结构，造成不可逆的损伤。但是，如果提前退刀的话，也会导致余量过多，导致后续电火花加工工作量较重。

然后在数控车床上加工蜗壳流道的扩散段部分，将坯料在数控车床上找正装夹固定，车削加工出如图4所示的扩压锥管，以形成扩散段部分3，车刀车削到图4所示的第八截面位置处时，扩散段部分3与螺旋部分1贯通，此时，使得扩散段部分与螺旋部分形成隔舌5。

步骤三，利用电火花工艺去除蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分过渡连接处的余料，以得到完整的蜗壳流道。

由于铣削加工过程中，在第七截面和第八截面之间退刀，如此一来，在设计基圆周向上，从铣削退刀处到隔舌位置之间会留存有余料，在电火花成型机上，如图5和图6所示，用紫铜的电极7将蜗壳流道从第七截面到隔舌5之间的材料余量去除掉，即去除蜗壳力道的螺旋部分1与扩散段部分3过渡连接处的余料，得到完整的蜗壳流道曲面。

此处的电极具有设计加工侧面，该设计加工侧面与过渡连接处的设计曲面形状一致，电火花加工时，即可得到光滑的设计曲面。

实际上，上述紫铜的电极7具有定位侧面72，该定位侧面72用于与隔舌5的端部顶压配合，在进行电火花加工时，使定位侧面72处于一径向截面内，该径向截面经过设计基圆6的圆心并沿设计基圆3的径向延伸。在进行电火花加工时，电极7将与隔舌5端面顶压配合，在定位侧面的引导下一点点地去除多余的材料，最终得到光滑的曲面形状。

在使用紫铜电极放电去除多余材料时，由电火花成型机中的循环油液不断地将放电蚀除的金属材料为例冲洗带走，保证蜗壳流道的加工精度。

本实施例中，电火花加工的尺寸精度可以得到10μm级，表面粗糙度可以达到铣削的精度，而且，在表面处理后可以满足使用精度要求。

步骤四，整修以得到蜗壳。此处的整修包括钳工修整、清洗及表面阳极化处理。

其中，钳工修整步骤中包括去除零件毛刺，并攻安装螺纹孔，以及修整蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分的过渡连接处使之光滑过渡。

本实施例所提供的离心泵蜗壳加工方法中，采用数控铣削和数控车削加工处流道的主体尺寸，再采用电火花工艺放电去除螺旋部分和扩散段部分的过渡连接处，完成蜗壳流道复杂不规则曲面的精密加工，可有效保证蜗壳流道曲面的尺寸精度、轮廓精度、表面粗糙度以及良好的一致性要求。

本实施例中，离心泵蜗壳的坯料采用硬铝合金，方便在其上进行铣削、车削及电火花加工，这种硬铝合金硬度及强度较高，能够在较小尺寸下满足高强度要求。当然，在其他实施例中，也可以采用其他材料如铝镁合金。

本实施例中，在电火花加工过程中，放电的电极采用紫铜电极，在其他实施例中，也可采用其他材料制作电极，如采用黄铜。

本实施例中，在电火花加工过程中，放电的电极具有相应的设计加工侧面，该设计加工侧面预先在电极上加工制造，其与蜗壳流道相应位置处的曲面形状一致，方便加工得到设计曲面。在其他实施例中，也可利用其他形状的放电电极一点点的将多余的余料去除掉，此时，对电火花成型机的要求相对较高。

本实施例中，在电火花加工过程中，放电的电极上具有定位侧面，用于与隔舌的端部顶压配合，以引导电极移动而实现放电去除余料的操作。在其他实施例中，也可以不在放电的电极上设置定位侧面，此时，可以在电火花成型机上设置外置的加工工装来引导放电电极的移动轨迹。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种离心泵蜗壳加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，利用数控铣床在坯料上加工蜗壳外形；

步骤二，根据蜗壳流道的三维模型数据，利用数控铣床在坯料上加工蜗壳流道的螺旋部分，所述三维模型数据具有与所述螺旋部分对应的设计基圆和沿逆时针方向围绕所述设计基圆布置的第一截面~第八截面，所述设计基圆用于定位所述蜗壳流道的螺旋部分，第一截面~第八截面均处于所述设计基圆径向截面内，第一截面~第八截面依次间隔45°，以形成螺旋结构，且第八截面对应位于设计基圆底部，在利用数控铣床在坯料上加工所述螺旋部分时，在第七截面和第八截面之间退刀，利用数控车床加工蜗壳流道的扩散段部分，在数控车床的车刀车削到第八截面位置处时，扩散段部分与所述螺旋部分贯通，使得扩散段部分与螺旋部分形成隔舌；

步骤三，利用电火花工艺去除蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分过渡连接处的余料，以得到完整的蜗壳流道，在设计基圆周向上，从铣削退刀处到隔舌位置之间的余料即为所述蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分过渡连接处的余料；

步骤四，整修得到离心泵蜗壳。

2.根据权利要求1所述的离心泵蜗壳加工方法，其特征在在于，在电火花加工时，使用的电极具有设计加工侧面，设计加工侧面与所述过渡连接处的设计曲面形状一致。

3.根据权利要求2所述的离心泵蜗壳加工方法，其特征在于，所述电极具有定位侧面，该定位侧面用于与所述隔舌的端部顶压配合，在进行电火花加工时，使所述定位侧面处于一径向截面内，该径向截面经过所述设计基圆的圆心并沿所述设计基圆的径向延伸。

4.根据权利要求3所述的离心泵蜗壳加工方法，其特征在于，所述电极为紫铜电极。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离心泵蜗壳加工方法，其特征在于，在步骤一中，先下料，坯料尺寸大于离心泵蜗壳的包络尺寸，在此基础上加工出蜗壳外形和加工基准，以加工基准为基础，加工出蜗壳两端面内孔特征、密封圈槽特征、安装螺纹底孔以及出口螺纹。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的离心泵蜗壳加工方法，其特征在于，步骤四中的整修包括钳工去毛刺、加工安装螺纹孔、钳工修整蜗壳流道的螺旋部分与扩散段部分的过渡连接处使之光滑过渡、清洗以及表面阳极化处理。

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