CN112894283B - 一种叶轮加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶轮加工方法，所述方法包括：S1、按照叶轮工艺尺寸留量锻制毛坯；S2、粗车各档尺寸，并预留量；S3、热处理；S4、半精车叶轮叶片和子午线，并预留量；S5、半精铣叶轮叶片；S6、热处理；S7、精铣叶轮叶片和流道；S8、精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线；S9、在指定部位进行激光打标；S10、叶轮动平衡检测。本发明实施例提供的叶轮加工方法存在两次热处理的工序，能够更加有效的去除应力，减小叶轮的应力变形。另外，本发明实施例中先精铣叶轮叶片，再精车叶轮的子午线和叶背，采用这样的加工顺序能够提高叶片子午线的精度，使得叶轮精度和合格率较高。

Description

一种叶轮加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种叶轮加工方法。

背景技术

微型燃气轮机具有结构紧凑、重量轻，维护费用低等特点可以广泛用于分布式发电领域，各个核心零部件精度要求高低直接影响整机性能。压气机叶轮是微型燃气轮机的核心部件，位于微型燃气轮机的压气机内，主要是连续的从大气中吸入空气并将其压缩，然后将压缩后的空气送入燃烧室。故它的加工精度直接影响机组的工作性能。

目前传统的叶轮加工方法是优先精车出叶片子午线，然后在把叶片加工成型，现有的加工方法由于叶片加工去除余料多，应力释放后，极易产生变形，叶片的子午线精度低，且不稳定。这种加工方法生产的叶轮的整体精度和合格率较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决现有的叶轮加工方法生产的叶轮精度和合格率较低的问题。

本发明实施例提供了一种叶轮加工方法，所述方法包括：

S1、按照叶轮工艺尺寸留量锻制毛坯；

S2、粗车各档尺寸，并预留量；

S3、热处理；

S4、半精车叶轮叶片和子午线，并预留量；

S5、半精铣叶轮叶片；

S6、热处理；

S7、精铣叶轮叶片和流道；

S8、精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线；

S9、在指定部位进行激光打标；

S10、叶轮动平衡检测。

进一步地，所述热处理包括：

基于箱式炉进行热处理，其中，箱式炉的温度升至190℃，保温12小时，自然冷却。

进一步地，所述半精车叶轮叶片和子午线，并预留量包括：

半精车叶轮叶片和子午线，其中，子午线单边预留量0.1毫米；

总长尺寸88.2毫米加工到尺寸88.2毫米。

进一步地，所述半精铣叶轮叶片包括：

大面向上，依据工装定位销孔位置，做直径8毫米的定位销孔；

根据工装进行装夹，以外圆为基准找正，参照三维模型数控半精铣叶片流道，轮盘面留1毫米余量，叶片单边留1毫米余量；

数控铣叶片及轮盘面，叶片根部端面留0.3毫米余量，叶片单边留0.5毫米的余量，进口和根部圆角留0.2毫米余量。

进一步地，所述精铣叶轮叶片和流道包括：

基于五轴加工中心精铣叶轮叶片和流道，将进口和根部圆角精铣至要求尺寸。

进一步地，所述精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线包括：

以外圆和叶背端面为基准找正，精车内孔，内孔留0.2毫米余量；

找正芯轴和叶背直径76毫米外圆端面，精车叶背至要求尺寸，精车直径76毫米外圆端面，去量至要求尺寸；

找正叶背端面，找正内孔，精车内孔和子午线至要求尺寸。

进一步地，所述精车内孔至要求尺寸包括：

根据内孔留0.2毫米余量，分十一刀进给，最大处吃刀深度≤0.25毫米，压力6kg/cm²。

进一步地，所述精车叶背包括：

分十六刀进给，最大切削深度≤0.25毫米，压力6kg/cm²。

进一步地，所述精车子午线包括：

分三刀进给，其中第一刀切削深度≤0.04毫米，第二刀和第三刀切削深度≤0.02毫米。

进一步地，所述精车子午线包括：

从叶片的小端视角，逆时针断续精车子午线。

本发明实施例提供了一种叶轮加工方法，所述方法包括：S1、按照叶轮工艺尺寸留量锻制毛坯；S2、粗车各档尺寸，并预留量；S3、热处理；S4、半精车叶轮叶片和子午线，并预留量；S5、半精铣叶轮叶片；S6、热处理；S7、精铣叶轮叶片和流道；S8、精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线；S9、在指定部位进行激光打标；S10、叶轮动平衡检测。

上述的技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提供的叶轮加工方法存在两次热处理的工序，能够更加有效的去除应力，减小叶轮的应力变形。另外，本发明实施例中先精铣叶轮叶片，再精车叶轮的子午线和叶背，采用这样的加工顺序能够提高叶片子午线的精度，使得叶轮精度和合格率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的叶轮加工操作流程图；

图2为本发明实施例提供的叶轮加工过程示意图；

图3为本发明实施例提供的锻制毛坯参照图；

图4为本发明实施例提供的粗车各档尺寸参照图；

图5为本发明实施例提供的半精车叶轮叶片和子午线参照图；

图6为本发明实施例提供的半精铣叶轮叶片参照图；

图7为本发明实施例提供的精车叶轮轴向内孔参照图；

图8为本发明实施例提供的精车叶轮叶背参照图；

图9为本发明实施例提供的精车叶轮子午线照图；

图10为本发明实施例提供的另一精车叶轮叶背参照图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的叶轮加工操作流程图，依次包括锻件毛坯、粗加工、热处理、半精车、半精铣、热处理、精铣、精车、钳、动平衡、终检和叶轮入库。其中，基于数控车床对毛坯进行粗加工，粗加工之后放入箱式炉进行热处理，热处理之后基于数控车床进行半精车，半精车之后基于五轴加工中心进行半精铣，半精铣之后再放入箱式炉进行热处理，然后基于五轴加工中心进行精铣，基于数控车床进行精车，利用激光打标机进行钳、利用平衡机进行动平衡检测，最后终检，合格之后入库。

图2为本发明实施例提供的叶轮加工过程示意图，该过程包括：S1、按照叶轮工艺尺寸留量锻制毛坯；S2、粗车各档尺寸，并预留量；S3、热处理；S4、半精车叶轮叶片和子午线，并预留量；S5、半精铣叶轮叶片；S6、热处理；S7、精铣叶轮叶片和流道；S8、精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线；S9、在指定部位进行激光打标；S10、叶轮动平衡检测。

以加工100千瓦等级微型燃气轮机中的叶轮为例进行详细说明。

按照叶轮工艺尺寸留量锻制毛坯。具体的，按工艺尺寸

毫米(mm)放工艺余量锻制毛坯。锻件按工艺图粗车后UT探伤，并提供检测报告。锻件粗加工后进行性能热处理(固溶+时效)。锻件表面不允许有裂纹、结疤、夹渣等缺陷。按图3的尺寸要求在试料段取样做机械性能试验，并提供报告。剩余试料随锻件本体一起进厂，供复验。按图4的尺寸粗车各档尺寸。

毛坯粗车之后，放入箱式炉，将炉温升至190℃，保温12小时，自然冷却。完成第一次热处理。

按图5的尺寸半精车叶轮叶片和子午线，并预留量。具体的，半精车叶轮叶片和子午线，其中，子午线单边预留量0.1mm；总长尺寸88.2(+0.05至-0.05)mm加工到尺寸88.2(0至+0.05)mm。例如加工到88.23mm。

半精铣叶轮叶片，具体的，大面向上，依据工装定位销孔位置，做直径8mm的定位销孔。上专用工装，按图6装夹，以外圆为基准找正，开粗：参照三维模型数控铣叶片流道。轮盘面留1mm余量，叶片单边留1mm的余量。进口圆角暂不加工。去应力处理，待机冷却后再进行后续加工。半精铣：数控铣叶片及轮盘面，叶片根部端面留0.3mm余量，叶片单边留0.5mm的余量，进口、根部圆角留0.2mm余量。注意：尺寸88.2(+0.05/-0.05)车床加工尺寸为88.2(+0.05/0)，所以刀具对刀应该在Z方向的理论值上往Z的正方向上抬高0.02mm。

如图6所示，加工内容包括：

1、大面向上，工装、螺钉、螺母装夹，侧头X、Y方向分中找正直径184.6mm外圆，叶片曲面分中找正，验证直径184.6mm外圆和叶片曲面的同轴度不大于0.005mm。参照三维模型用刀具D12R3 4°粗加工叶片流道，轮盘面留量1mm，叶片单边留量1mm，吃刀深度≤10mm。进口圆角暂不加工，去应力处理，待机冷却后再进行后续加工。其中，进给量3500mm/min，主轴转速12000r/min，进给次数1次。

2、参照三维模型用刀具D12R3 4°半精加工叶片和轮盘面，轮盘面留量0.3mm，叶片单边留余量0.13mm，进口、根部圆角留量0.1mm。其中，进给量4000mm/min，主轴转速12000r/min，进给次数1次。

3、参照三维模型用刀具D12R2 6°精加工叶片到位。其中，进给量3000mm/min，主轴转速12000r/min，进给次数1次。

4、参照三维模型用刀具D10R1 8°清根、倒角；锐边倒钝、去毛刺。其中，进给量2200mm/min，主轴转速11000r/min，进给次数1次。

半精铣叶轮叶片之后，放入箱式炉，将炉温升至190℃，保温12小时。完成第二次热处理。

精铣叶轮叶片和流道。具体的，基于五轴加工中心精铣叶轮叶片和流道，将进口和根部圆角精铣至要求尺寸。

所述精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线包括：

以外圆和叶背端面为基准找正，精车内孔，内孔留0.2mm余量；

找正芯轴和叶背直径76mm外圆端面，精车叶背至要求尺寸，精车直径76mm外圆端面，去量至要求尺寸；

找正叶背端面，找正内孔，精车内孔和子午线至要求尺寸。

如图7所示，加工内容包括：

1.软爪夹外圆，以外圆和叶背端面为基准找正，验证找正内孔(至少2处)及直径45mm小端面，车内孔，内孔留量0.2。

2.自制芯轴，找正心轴和叶背直径76mm外圆端面，车叶背至图8尺寸要求，车直径76mm端面，去量＜0.05mm。

3.装夹右端直径119.4mm外圆，找正叶背端面，找正内孔(至少2处)，精车内孔和子午线至图纸要求，精车子午线吃刀量：第一刀切削深度≤0.04mm，之后每刀切削深度≤0.02mm，见图9所示。

4.自制芯轴，找正心轴和叶背直径76mm外圆端面，车叶背至图纸要求，见图10所示。

所述精车内孔至要求尺寸包括：根据内孔留0.2mm余量，分十一刀进给，最大处吃刀深度≤0.25mm，压力6kg/cm²。其中，进给量0.15mm/r，主轴转速600r/min，进给次数11次。

所述精车叶背包括：分十六刀进给，最大切削深度≤0.25mm，压力6kg/cm²。自制芯轴，内孔小端和芯轴用螺钉和压板压紧，车叶背至图8所示尺寸要求。其中，进给量0.1mm/r，主轴转速1200r/min，进给次数16次。

所述精车子午线包括：分三刀进给，其中第一刀切削深度≤0.04mm，第二刀和第三刀切削深度≤0.02mm。

1、装夹右端直径119.4mm外圆，找正内孔(至少2处)，精车内孔，最大切削深度≤0.25mm；压力5kg/cm²。其中，进给量0.15mm/r，主轴转速500r/min，进给次数11次。

2、分三刀进给，其中第一刀切削深度≤0.04mm，第二刀和第三刀切削深度≤0.02mm。其中，进给量0.1mm/r，主轴转速500r/min，进给次数3次。

所述精车子午线包括：从叶片的小端视角，逆时针断续精车子午线。

五轴精铣叶片后，叶片叶尖有向下变形的趋势，从叶片小端视角看，有顺时针变形的趋势，断续精车子午线过程中，从小端视角，逆时针断续加工。从而使变形减小，提高零件的加工精度。

精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线之后，在指定部位进行激光打标，做标记。叶轮动平衡检测。上动平衡芯轴(芯轴单独做好动平衡)，叶轮进行动平衡试验，记录动平衡实验结果，并存档。检查外观及内孔，检查无误做防护入库。

本发明实施例提供了一种叶轮加工方法，所述方法包括：S1、按照叶轮工艺尺寸留量锻制毛坯；S2、粗车各档尺寸，并预留量；S3、热处理；S4、半精车叶轮叶片和子午线，并预留量；S5、半精铣叶轮叶片；S6、热处理；S7、精铣叶轮叶片和流道；S8、精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线；S9、在指定部位进行激光打标；S10、叶轮动平衡检测。

上述的技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提供的叶轮加工方法存在两次热处理的工序，能够更加有效的去除应力，减小叶轮的应力变形。另外，本发明实施例中先精铣叶轮叶片，再精车叶轮的子午线和叶背，采用这样的加工顺序能够提高叶片子午线的精度，使得叶轮精度和合格率较高。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种叶轮加工方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、按照叶轮工艺尺寸留量锻制毛坯；

S2、粗车各档尺寸，并预留量；

S3、热处理；

S4、半精车叶轮叶片和子午线，并预留量；

S5、半精铣叶轮叶片；

S6、热处理；

S7、精铣叶轮叶片和流道；

S8、精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线；

S9、在指定部位进行激光打标；

S10、叶轮动平衡检测；

所述热处理包括：

基于箱式炉进行热处理，其中，箱式炉的温度升至190℃，保温12小时，自然冷却；

所述精车子午线包括：分三刀进给，其中第一刀切削深度≤0.04mm，第二刀和第三刀切削深度≤0.02mm；其中，进给量0.1mm/r，主轴转速500r/min，进给次数3次；

所述精车子午线包括：从叶片的小端视角，逆时针断续精车子午线；

所述叶轮为100千瓦等级微型燃气轮机中的叶轮；

加工内容包括：

大面向上，工装、螺钉、螺母装夹，侧头X、Y方向分中找正直径184.6mm外圆，叶片曲面分中找正，验证直径184.6mm外圆和叶片曲面的同轴度不大于0.005mm，参照三维模型用刀具D12R3 4°粗加工叶片流道，轮盘面留量1mm，叶片单边留量1mm，吃刀深度≤10mm；进口圆角暂不加工，去应力处理，待机冷却后再进行后续加工；其中，进给量3500mm/min，主轴转速12000r/min，进给次数1次；

参照三维模型用刀具D12R3 4°半精加工叶片和轮盘面，轮盘面留量0.3mm，叶片单边留余量0.13mm，进口、根部圆角留量0.1mm；其中，进给量4000mm/min，主轴转速12000r/min，进给次数1次；

参照三维模型用刀具D12R2 6°精加工叶片到位；其中，进给量3000mm/min，主轴转速12000r/min，进给次数1次；

参照三维模型用刀具D10R1 8°清根、倒角；锐边倒钝、去毛刺；其中，进给量2200mm/min，主轴转速11000r/min，进给次数1次；

加工内容还包括：

软爪夹外圆，以外圆和叶背端面为基准找正，验证找正内孔及直径45mm小端面，车内孔，内孔留量0.2mm；

自制芯轴，找正心轴和叶背直径76mm外圆端面，车叶背至要求尺寸，车直径76mm端面，去量＜0.05mm；

装夹右端直径119.4mm外圆，找正叶背端面，找正内孔，精车内孔和子午线至图纸要求，精车子午线吃刀量：第一刀切削深度≤0.04mm，之后每刀切削深度≤0.02mm；

自制芯轴，找正心轴和叶背直径76mm外圆端面，车叶背至要求尺寸。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半精车叶轮叶片和子午线，并预留量包括：

半精车叶轮叶片和子午线，其中，子午线单边预留量0.1毫米；

总长尺寸88.2毫米加工到尺寸88.2毫米。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半精铣叶轮叶片包括：

大面向上，依据工装定位销孔位置，做直径8毫米的定位销孔；

根据工装进行装夹，以外圆为基准找正，参照三维模型数控半精铣叶片流道，轮盘面留1毫米余量，叶片单边留1毫米余量；

数控铣叶片及轮盘面，叶片根部端面留0.3毫米余量，叶片单边留0.5毫米的余量，进口和根部圆角留0.2毫米余量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精铣叶轮叶片和流道包括：

基于五轴加工中心精铣叶轮叶片和流道，将进口和根部圆角精铣至要求尺寸。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精车叶轮轴向内孔、叶背和子午线包括：

以外圆和叶背端面为基准找正，精车内孔，内孔留0.2毫米余量；

找正芯轴和叶背直径76毫米外圆端面，精车叶背至要求尺寸，精车直径76毫米外圆端面，去量至要求尺寸；

找正叶背端面，找正内孔，精车内孔和子午线至要求尺寸。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述精车内孔至要求尺寸包括：

根据内孔留0.2毫米余量，分十一刀进给，最大处吃刀深度≤0.25毫米，压力6kg/cm²。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述精车叶背包括：

分十六刀进给，最大切削深度≤0.25毫米，压力6kg/cm²。

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