CN113020900A - 一种轴流增压器涡轮叶片加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，加工精度更高。一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，包括以下步骤：S1、强力磨，对称磨叶片榫齿；S2、平面磨，以榫齿装夹定位，磨叶片出气边侧面；S3、平面磨，以榫齿装夹定位，并以磨削好的出气边侧面作为高度定位，磨叶片进气边侧边；S4、平面磨，以榫齿装夹定位，磨削叶片背弧；S5、平面磨，以榫齿装夹定位，磨削叶片内弧；S6、电火花，以榫齿和出气边侧面装夹定位，加工拉筋孔预孔；S7、线切割，以榫齿和出气边侧面装夹定位，加工拉筋孔；S8、磨粒流，以叶身装夹定位，对拉筋孔表面进行抛光、去毛刺、磨圆角。

Description

一种轴流增压器涡轮叶片加工方法

技术领域

本发明涉及涡轮增压器技术领域，特别是涉及一种轴流增压器涡轮叶片 加工方法。

背景技术

涡轮叶片是涡轮增压器转子部件中极为重要的零件。该零部件运转时， 废气的温度高达700摄氏度，叶片承受很大的离心力、震动载荷、热应力。 因此要求该零件材料必须要求有足够的屈服强度、抗拉强度、延伸率。本机 型涡轮叶片由叶型和榫齿两部分组成，叶型是复杂的空间曲面形状；榫齿为 枞树形形状，固定在轮盘上，再通过叶型上拉筋孔用拉筋丝拉紧。

此涡轮叶片材料为Ni110，结构如图1，其榫齿尺寸要求较高，且相对于 已铸造成型的叶型坐标对称，叶型为复杂空间，榫齿相对叶型位置加工时无 法直接测量加工，且榫齿粗糙度要求为Ra1.6；拉筋孔对于叶型坐标也有很高 的位置要求，拉筋孔的粗糙度要求为Ra0.8，传统线切割加工加工效率低，且 不易保证粗糙度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轴流增压器涡轮叶片 加工方法，加工精度更高。

本发明的目的是这样实现的：

一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，包括以下步骤：

S1、强力磨

对称磨叶片榫齿；

S2、平面磨

以榫齿装夹定位，磨叶片出气边侧面；

S3、平面磨

以榫齿装夹定位，并以磨削好的出气边侧面作为高度定位，磨叶片进气 边侧边；

S4、平面磨

以榫齿装夹定位，磨削叶片背弧；

S5、平面磨

以榫齿装夹定位，磨削叶片内弧；

S6、电火花

以榫齿和出气边侧面装夹定位，加工拉筋孔预孔；

S7、线切割

以榫齿和出气边侧面装夹定位，加工拉筋孔；

S8、磨粒流

以叶身装夹定位，对拉筋孔表面进行抛光、去毛刺、磨圆角。

优选地，所述步骤S1中，在强力磨机床上，上榫齿磨工具，使用定位销 与叶片原点重合，定叶片轴向距离，定位齿块与叶型内弧贴合，压紧齿块压 紧叶型背弧，采用对称磨削方法加工榫齿。

优选地，所述榫齿磨工具包括夹具体，所述夹具体上固定有定位齿块， 且铰接有压紧臂，所述压紧臂上固定有压紧齿块，所述定位齿块用于对叶型 内弧定位，所述压紧齿块用于压紧叶型背弧，压紧臂的自由端通过弹簧、螺 钉可拆卸式连接于夹具体，所述定位销安装在定位齿块上，定位销的一端用 于与叶片的凸缘抵触，定叶片轴向位置。

优选地，以榫齿装夹定位的方式为：通过双卡齿卡住榫齿两端的凹槽， 通过单卡齿卡住榫齿中间的凹槽，双卡齿、单卡齿的方向相反。

优选地，所述步骤S6中，为保证拉筋孔位置尺寸，使用定位量棒对拉筋 孔位置定位，定位量棒榫齿和拉筋孔结构及尺寸与产品涡轮叶片保持一致。

由于采用了上述技术方案，本发明可以加工出精度更高的轴流增压器涡 轮叶片，且加工效率更高。

附图说明

图1为涡轮叶片结构示意图；

图2为榫齿磨工具示意图；

图3为出气边侧面磨工具；

图4为进气边侧面磨示意图；

图5为叶根内、背弧侧面磨工具示意图；

图6为拉筋孔线切割工具示意图；

图7为拉筋孔定位量棒示意图；

图8为磨粒流工具上下半示意图；

图9为定位量棒的加工工艺步骤S4的示意图；

图10为定位量棒的加工工艺步骤S6的示意图；

图11为定位量棒的加工工艺步骤S8的示意图；

图12为涡轮叶片尺寸示意图；

图13为步骤S10的示意图。

具体实施方式

理论依据a：根据零件结构特点，优先采用叶型定位，使用对称磨削方式 完成榫齿的加工，结合滚针对榫齿尺寸进行检测；并以加工好的榫齿作为后 续工序加工定位基准，避免重复使用复杂曲面作为定位基准时，出现定位有 偏差、工装架构复杂的情况。

理论依据b：进、出气侧边相对叶型坐标尺寸要求不高，但要求相对叶型 坐标对称，且进、出气边相对叶型坐标不垂直；故加工时将采用斜定位尺寸， 使进、出气边加工时为水平方向，采用磨削加工，卡板测量。

理论依据c：背弧、内弧斜面相对叶型坐标尺寸要求不高，但相对叶型坐 标有角度偏转，故加工时将榫齿的定位齿块偏转对应角度，使斜面在加工时 偏转为水平方向，采用磨削加工，卡板测量。

理论依据d:拉筋孔与理论叶型坐标尺寸公差正负0.03和粗糙度要求为 Ra0.8，要求较高，利用电火花打预孔，线切割将拉筋孔尺寸加工到位，再用 磨粒流对拉筋孔进行抛光，以达到拉筋孔尺寸和粗糙度要求。

一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，包括以下工艺步骤：

10强力磨

采用对称磨榫齿至要求，首件投影检测，具体地：

在强力磨机床上，上榫齿磨工具，使用定位销与叶片原点O重合(原点 位于凸缘位置)定叶片轴向距离，定位齿块两截面与叶型内弧贴合，压紧齿 块压紧叶型背弧，采用对称磨削方法加工榫齿至要求，首件采用线切割切片， 投影仪将切片和榫齿图对比，以确保榫齿尺寸，如图2。

20平面磨

磨出气边侧面，具体地：

以榫齿装夹定位，使用对表架对叶型截面高度定位，使用平面磨加工出 气边侧面，用专用测量卡板进行测量，如图3。

30平面磨

磨进气边侧边，具体地：

以榫齿装夹定位，并以磨削好的出气边侧面作为高度定位，使用平面磨 加工进气边侧边，用专用测量卡板进行测量，如图4。

40钳

1、修去叶根两侧面磨削后的毛刺；

2、侧面与叶根底面交线修成R0.5。

50平面磨

磨背弧5°斜面，具体地：

以榫齿装夹定位，平面磨床磨削背弧5°斜面，专用测量卡板进行测量， 如图5。

60平面磨

磨内弧5°斜面，具体地：

以榫齿装夹定位，平面磨床磨削内弧5°斜面，专用测量卡板进行测量， 如图5。

70电火花

按图纸要求在拉筋孔位置打出

预孔,注意角度(装夹时背弧朝上)，具 体地：

以榫齿和出气边侧面装夹定位，电火花机床加工拉筋孔预孔，为保证拉 筋孔位置尺寸，使用定位量棒对拉筋孔位置定位，定位量棒榫齿和拉筋孔结 构及尺寸与产品涡轮叶片保持一致，如图6、图7。

80线切割

按图纸要求割出拉筋孔，注意角度(装夹时背弧朝上)，具体地：

以榫齿和出气边侧面装夹定位，线切割机床加工拉筋孔到要求尺寸，如 图6、图7。

90磨粒流

对拉筋孔表面抛光，以及孔口修圆角R0.5-R1，具体地：

以叶身装夹定位，用掺有磨粒的一种可流动混合物在压力的作用下对拉 筋孔表面进行抛光、去毛刺、磨圆角，如图8。

100探伤

叶片进行着色探伤，要求无裂纹缺陷。

一种涡轮叶片拉筋孔加工用定位量棒，包括杆处和四方处，所述杆处上 具有切削平面段，所述切削平面段上沿法向设有对刀用工艺销孔。

一种涡轮叶片拉筋孔加工用定位量棒的使用方法，将定位量棒装在定位 夹具上，使定位量棒上对刀用销孔的位置与待加工的叶片拉筋孔位置一致； 通过定位量棒上的对刀用销孔位置进行对刀，再加工叶片拉筋孔。

一种涡轮叶片拉筋孔加工用定位量棒的加工方法，包括以下步骤：

S1、热处理；

S2、粗车

粗车零件外形，并加工测量工艺销；

S3、磨一

粗磨零件杆处外圆及台阶端面，作为后续找正基准；

S4、划线

留余量画出四方处的外形线，以及切削平面段的外形线；

S5、铣

参考划线铣四方处以及切削平面段，使四方处形成榫齿头部；

S6、磨二

磨榫齿头部的四个侧面，作为后续加工基准；

S7、线切割

以步骤S3、S6磨出的面为基准，采用慢走丝在榫齿头部上割榫齿外形；

S8、镗

以步骤S3、S6磨出的面为基准，采用高精度坐标镗床加工出涡轮叶片对 刀用销孔，并在同一轴线位置另加工一个测量用工艺销孔；

S9、磨三

给步骤S8加工的两工艺销孔配磨对刀用工艺销、测量用工艺销；

S10、钳；

装上两个工艺销，并在两个工艺销上放量针，然后将四方处的一侧面放 在水平平台上，量针位置与放置面相反，测量出量针最高点至放置面的实际 尺寸，并与理论尺寸对比；

S11、磨四

通过磨放置面来保证量针最高点至放置面的尺寸，控制在理论尺寸的公 差范围内，保证定位量棒对刀孔在使用时的位置。

所述步骤S2包括：

车杆处、四方处外圆以及零件两端，然后在零件两端打工艺孔；

车工艺销，然后在工艺销两端打工艺孔。

本发明根据涡轮叶片的结构尺寸特点，由于对刀用销孔所在轴线与任何 平面均存在角度，所以无法使用已有平面直接装夹来加工对刀用销孔，同时 无法直接检测对刀用销孔的相对位置尺寸。故在加工过程中，我们采用增加 一个工艺销孔的方法来进行检测，同时在不影响其使用情况下，通过先加工 好对刀用销孔，然后通过加工平面的方式来保证对刀用销孔的位置。

具体地：

附图中，1为四方处，2为杆处，3为切削平面段，4为划线。

定位量棒的加工工艺步骤：

S1、热处理；

热处理HRC36-40(按下限淬)；

S2、粗车，粗车零件外形，并加工测量工艺销；本实施例中：

车

(杆处)外圆长100，四方处外圆车至

总长(杆处和四方处) 车至125，零件两端打A1.6中心孔(工艺孔)；

车

(长)工艺销，两端打中心孔A1(工艺孔)，材料45钢，数量 2件。参见图9。

S3、粗磨，粗磨零件杆处外圆及台阶端面，作为后续找正基准；本实施 例中：

顶两端中心孔，磨

外圆光出，并靠出台阶端面；参见图9。

S4、划线，留余量画出榫齿头部(四方处、杆部)的外形线；参见图9。

S5、铣，参考划线铣出榫齿头部外形；参见图10。

S6、磨，磨准榫齿头部角度，作为后续加工基准；参见图10。

S7、线切割，以已磨外圆及已磨平面为基准，采用慢走丝割准头部榫齿； 本实施例中：

元宝铁夹

外圆，撩直已磨14.29侧面及

外圆母线，按附图割头部 齿型(14.29单边余量1mm)，并保证23尺寸，叶根型线见HZTL212292。参见 图11。

S8、镗，以已磨外圆及已磨平面为基准，采用高精度坐标镗床加工出涡 轮叶片对刀用销孔，并在同一轴线位置另加工一个测量用工艺销孔；按工艺 附图钻孔；本实施例中：

找平已磨扁势平面，按附图钻铰

通孔(15.8尺寸为孔竖直 中心至右侧边最高点尺寸)(销孔的轴心线与右侧边不是平行的，而是有角度 的，故是以右侧边最高点为参考并留余量来先确定销孔的位置尺寸，最后通 过测量并磨右侧边来保证最终位置尺寸要求)，参见图11。

一般来说，如果对刀孔两个方向的尺寸与定位测量平面均是平行时，我 们一般都是先加工好定位测量平面后再来加工对刀孔，但由于这个定位量棒 的其中一个定位测量平面与对刀孔的轴心线是成一定的角度的，所以针对这 种情况，我们是先在定位测量平面留余量加工好对刀孔，最后以对刀孔为基 准来加工定位测量平面，以保证相对位置。

S9、磨，与已加工的销孔配磨两个工艺销；本实施例中：

与两个

孔配磨两工艺销，间隙0.01mm以内；

S10、检测，采用两个工艺销、一个量针及已磨平面为基准，检测图纸要 求尺寸，并与图纸理论尺寸比较；

参见图12，钳工使用工艺销检查尺寸和S11磨100工序的A面才是保证 尺寸的最重要工序。先通过装上两个工艺销，并在两个工艺销上放直径φ6mm 的量针，然后将A面放在水平平台上，测量出φ6量针最高点至100工序A面 的实际尺寸，理论尺寸应该为23.622。

S11、磨，根据实际检测出的数据，磨平面至理论尺寸来保证图纸要求；

最后通过磨A面来保证φ6量针最高点至100工序A面的尺寸，控制在理 论尺寸的公差范围内，这样才能保证定位量棒对刀孔在使用时的位置。

根据图11可以看出，对刀孔在圆棒平面上可以通过两个方向的尺寸来确 定，一个方向为对刀孔中心至榫齿头部端面的尺寸(即L+16.924)，这个方向 很好处理，可以直接测量出来的；而另一个方向的尺寸是通过B-B视图来描 述的，但对刀孔的轴心线与榫齿头部右边平面是成一定的角度的，我们无法 直接通过榫齿头部右边平面测量来控制，所以才在定位量棒的圆棒平面上多 加工一个工艺销孔来辅助测量对刀孔在这个方向的尺寸。

S12、钳，去毛刺，并用工艺销将测量用工艺销孔闷死；

S13、表面处理，发蓝。

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 (5)

1.一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、强力磨

对称磨叶片榫齿；

S2、平面磨

以榫齿装夹定位，磨叶片出气边侧面；

S3、平面磨

以榫齿装夹定位，并以磨削好的出气边侧面作为高度定位，磨叶片进气边侧边；

S4、平面磨

以榫齿装夹定位，磨削叶片背弧；

S5、平面磨

以榫齿装夹定位，磨削叶片内弧；

S6、电火花

以榫齿和出气边侧面装夹定位，加工拉筋孔预孔；

S7、线切割

以榫齿和出气边侧面装夹定位，加工拉筋孔；

S8、磨粒流

以叶身装夹定位，对拉筋孔表面进行抛光、去毛刺、磨圆角。

2.根据权利要求1所述的一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，其特征在于：所述步骤S1中，在强力磨机床上，上榫齿磨工具，使用定位销与叶片原点重合，定叶片轴向距离，定位齿块与叶型内弧贴合，压紧齿块压紧叶型背弧，采用对称磨削方法加工榫齿。

3.根据权利要求2所述的一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，其特征在于：所述榫齿磨工具包括夹具体，所述夹具体上固定有定位齿块，且铰接有压紧臂，所述压紧臂上固定有压紧齿块，所述定位齿块用于对叶型内弧定位，所述压紧齿块用于压紧叶型背弧，压紧臂的自由端通过弹簧、螺钉可拆卸式连接于夹具体，所述定位销安装在定位齿块上，定位销的一端用于与叶片的凸缘抵触，定叶片轴向位置。

4.根据权利要求1所述的一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，其特征在于：以榫齿装夹定位的方式为：通过双卡齿卡住榫齿两端的凹槽，通过单卡齿卡住榫齿中间的凹槽，双卡齿、单卡齿的方向相反。

5.根据权利要求1所述的一种轴流增压器涡轮叶片加工方法，其特征在于：所述步骤S6中，为保证拉筋孔位置尺寸，使用定位量棒对拉筋孔位置定位，定位量棒榫齿和拉筋孔结构及尺寸与产品涡轮叶片保持一致。

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