CN115091143A - 一种离心泵的高效加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及离心泵加工技术领域,具体为一种离心泵的高效加工方法,包括工艺参数设计过程、表面处理过程以及装配过程,所述工艺参数设计过程包括如下步骤:参数计算;建立数据库,曲率计算,基于步骤S2的叶轮数据库计算出叶片模型的最小曲率半径;工艺参数设置,根据从数据库中提取的数据信息和最小曲率半径对比已有的参数设置方案进行工艺参数设置;根据设置的工艺参数生成刀具加工轨迹,并进行加工仿真;通过计算处理自动生成离心泵叶轮的三维实体模型,在此基础之上自动设置加工参数,生成加工仿真的刀具轨迹模拟叶片的数控加工过程,实现了叶片数控加工编程的模板化使离心泵的加工过程更加高效。
Description
技术领域
本发明涉及离心泵加工技术领域,具体为一种离心泵的高效加工方法。
背景技术
泵在国民生产生活中广泛使用,离心泵则更为普遍,是工农业生产中的主要耗能设备之一,而泵叶片的形状又较为复杂,空间呈扭曲状,在设计泵叶轮时,叶片的造型是重要的环节,在设计中占主要地位,且设计过程较为复杂,提高离心泵研究、设计以及制造水平,对国民经济的发展及节约能源将产生重要的影响。
为了获得性能优良的离心泵,传统的方法是先根据模型换算法或速度系数法计算出流道、叶片轴面截线及木模截线,然后根据图纸制成模型,并在试验台上反复试验,最终得出符合要求的水力模型,但是这一过程费时费力,而且制造精度差,显然已无法满足现代工业发展的要求,所以亟需一种离心泵的高效加工方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心泵的高效加工方法,以解决现上述问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明为一种离心泵的高效加工方法,包括工艺参数设计过程、表面处理过程以及装配过程,所述工艺参数设计过程包括如下步骤:
步骤S1:参数计算,泵叶轮水力CAD根据设计参数,确定泵的总体结构形式,叶轮的盖板和叶片的进出口直径以及比转速等;
步骤S2:建立数据库,基于步骤S1的叶轮的盖板以及叶片的相关数据建立叶轮数据库;
步骤S3:曲率计算,基于步骤S2的叶轮数据库计算出叶片模型的最小曲率半径;
步骤S4:工艺参数设置,根据从数据库中提取的数据信息和最小曲率半径对比已有的参数设置方案进行工艺参数设置;
步骤S5:根据设置的工艺参数生成刀具加工轨迹,并进行加工仿真;
步骤S6:将步骤S5的加工件进行表面处理加工过程,且表面处理加工过程包括抛光工艺和喷丸工艺;
步骤S7:将步骤S6表面处理加工后的成品放置在配套的存放设备中。
优选的:所述步骤S2的数据库数据存储格式与步骤S1泵水力设计CAD输出的数据格式一致。
优选的:所述步骤S5加工仿真过程为由型值点生成曲线,再由曲线生成曲面,最终形成实体模型。
优选的:所述盖板建模包括:
泵水力设计CAD输出的数据,获取盖板建模的必要参数值;
经过计算和经验参数确定盖板厚度,绘制盖板的轴截面轮廓;
选中该轮廓和中心轴进行旋转,形成盖板。
优选的:所述步骤S2数据库包括两个数据表,分别为叶片数据表以及叶轮参数表,且叶片数据表存放叶片的型值参数数据,表中的字段主要为叶片型值点的坐标,叶轮参数表存放叶轮的相关参数。
优选的:所述步骤S1泵叶轮水利设计CAD输出的柱坐标型值点需转换成直角坐标形式。
一种离心泵的高效加工方法制得的工件,所述工件进行表面处理加工过程,且表面处理加工过程包括抛光工艺和喷丸工艺,所述抛光工艺包括机械抛光、化学抛光、流体抛光和电化学抛光,且流体抛光具体包括以下步骤:
将待抛光工件固定夹持在夹头上,将多个夹头分别悬挂在行星齿轮机构的传动转盘上,通过行星齿轮机构设置的回转机构驱动待抛光工件进行自传和公转,并将工件缓慢插入并完全浸没在磨料桶内,进行抛光过程。
优选的:所述工件的喷丸工艺具体参数如下,弹丸直径为0.2-2.5mm,压缩空气压力为0.2-0.6Mpa,喷流与表面角度为30-90°,喷嘴系用T7或T8工具钢制成并淬火至硬度50-55HRc,每个喷嘴使用期限为15-20天。
一种离心泵的高效加工方法制得的工件,其特征在于:所述工件按照特定工艺参数和流程进行装配,并保存在配套的存放设备中。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过对泵的水力细致深入的分析提出了叶片边界型值点的计算方法针对离心泵叶轮结构设计,基于图形支撑软件,确定了相关的参数和特征划分,解决了三维实体建模中的关键技术,在获取前期的泵水力设计结果后,通过计算处理可以自动生成离心泵叶轮的三维实体模型,在此基础之上自动设置加工参数,生成加工仿真的刀具轨迹模拟叶片的数控加工过程,实现了叶片数控加工编程的模板化使离心泵的加工过程更加高效。
附图说明
图1为本发明一种离心泵的高效加工方法工艺参数设计流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,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他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明为一种离心泵的高效加工方法,包括工艺参数设计过程、表面处理过程以及装配过程,所述工艺参数设计过程包括如下步骤:
步骤S1:参数计算,泵叶轮水力CAD根据设计参数,确定泵的总体结构形式,叶轮的盖板和叶片的进出口直径以及比转速等;
步骤S2:建立数据库,基于步骤S1的叶轮的盖板以及叶片的相关数据建立叶轮数据库;
步骤S3:曲率计算,基于步骤S2的叶轮数据库计算出叶片模型的最小曲率半径;
步骤S4:工艺参数设置,根据从数据库中提取的数据信息和最小曲率半径对比已有的参数设置方案进行工艺参数设置;
步骤S5:根据设置的工艺参数生成刀具加工轨迹,并进行加工仿真;
步骤S6:将步骤S5的加工件进行表面处理加工过程,且表面处理加工过程包括抛光工艺和喷丸工艺;
步骤S7:将步骤S6表面处理加工后的成品放置在配套的存放设备中。
泵水力CAD设计应遵循以下技术要求:叶片数6片均匀分布,且叶片间节距允差0.5mm;从进口看叶轮应为逆时针方向旋转;叶片进口部位修整为流线型,并尽量减薄;叶片工作面用径向样板检查。
基于泵水力设计的输出结果建模,主要是根据其输出的木模型值点数据建模,建模功能将涉及到对数据库的访问,因为其型值点数据比较多存储在数据库中,数据库的使用需要有相应的功能支持包括数据库的建立、维护以及删除功能,所以参数化建模部分应该具有数据库操作功能和建模功能,数据库操作功能主要包括新建数据库和更新数据库两部分,新建数据库根据用户需要在用户指定的磁盘位置建立叶轮数据库,数据库中存储的是叶轮的盖板以及叶片的相关数据,其数据存储格式与泵水力设计输出的数据库格式一致,更新数据库是对由泵水力设计生成的数据库以及用户手动新建的数据库进行修改,建模功能主要是根据用户需要,针对用户指定的叶轮数据库在SolidWorks软件平台上建造叶片及叶轮实体模型,建模时,程序根据用户指定的建模数据库,从数据库中读取目标数据进行自动建模,如果需要修改参数,可以直接打开数据库文件,对数据库的存储数据进行修改,也可以利用建模功能模块所提供的数据库操作功能对数据库进行更新,这样给用户提供了方便,也使得工作效率得到提高。
加工仿真是在前期参数化实体造型研究的基础上,通过CAM软件应用于泵叶片的数控加工编程,主要过程为将前期由参数化建模功能生成的模型在MasterCAM软件平台上经过工艺参数设置生成刀具的加工轨迹,仿真叶片的加工过程,检查刀具加工轨迹及加工效果,最后生成后处理NC代码。
数控加工工艺一般包括以下步骤:
机床的合理选用,在数控机床上加工零件时,一般有两种情况,一种有零件图样和毛坯,需要选择适合加工该零件的数控机床,另一种是已经有了数控机床,要选择适合在该机床上加工的零件,无论哪种情况,都要考虑毛坯的材料和类别、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等因素,要保证加工零件的技术要求。
数控加工零件工艺性分析,零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则,零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。
确定加工方法和加工方案,加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求,由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多,因而在实际选择时,要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑;零件上比较精密表面的加工,常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的,对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的,还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案,确定加工方案时,首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求,初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。
本发明根据设置的工艺参数加工出的工件,还需进行后续的表面加工过程,同时还配备有对应的存放设备,用于对离心泵进行保护和存放,表面加工过程包括抛光工艺和喷丸工艺过程,其中抛光是对材料表面进行细微的表面处理,平整表面,使得表面具备高的精度和低的粗糙度,能够提高表面的光学装饰性能,抛光的方法有机械抛光、化学抛光、流体抛光和电化学抛光(电解抛光)等工艺,其主要目的是清洁零件表面,流体磨料具有天然的仿形能力,可以自适应叶轮内部弯曲表面,贴合曲面抛光,抛光效果均匀可控,流体抛光具体包括以下步骤:将待抛光工件固定夹持在夹头上,将多个夹头分别悬挂在行星齿轮机构的传动转盘上,通过行星齿轮机构设置的回转机构驱动待抛光工件进行自传和公转,并将工件缓慢插入并完全浸没在磨料桶内,进行抛光过程,回传机构在高速的旋转过程中,工件与磨料产生无序、不间断地摩擦,从而实现工件钝化、研磨、抛光的效果。
喷丸是用铁丸撞击材料表面,去除零件表面的氧化皮等污物,进一步的喷丸使得零件表面产生压应力,从而提高零件的接触疲劳强度,弹丸直径在0.2-2.5mm之间,压缩空气压力为0.2-0.6Mpa,喷流与表面角度为30-90°,喷嘴系用T7或T8工具钢制成并淬火至硬度50-55HRc,每个喷嘴使用期限为15-20天。
本发明一种离心泵的高效加工方法原理如下:本发明通过对泵的水力细致深入的分析提出了叶片边界型值点的计算方法针对离心泵叶轮结构设计,基于图形支撑软件,确定了相关的参数和特征划分,解决了三维实体建模中的关键技术,在获取前期的泵水力设计结果后,通过计算处理可以自动生成离心泵叶轮的三维实体模型,在此基础之上自动设置加工参数,生成加工仿真的刀具轨迹模拟叶片的数控加工过程,实现了叶片数控加工编程的模板化使离心泵的加工过程更加高效。
工序与工步的划分以及零件的安装与夹具的选择,在数控机床上加工零件,工序可以比较集中,在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序,首先应根据零件图样,考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作,若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工,哪一部分在其它机床上加工,即对零件的加工工序进行划分。
以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,不能认定本发明具体实施只局限于这些说明,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。
Claims (9)
1.一种离心泵的高效加工方法,包括工艺参数设计过程、表面处理过程以及装配过程,其特征在于,所述工艺参数设计过程包括如下步骤:
步骤S1:参数计算,泵叶轮水力CAD根据设计参数,确定泵的总体结构形式,叶轮的盖板和叶片的进出口直径以及比转速等;
步骤S2:建立数据库,基于步骤S1的叶轮的盖板以及叶片的相关数据建立叶轮数据库;
步骤S3:曲率计算,基于步骤S2的叶轮数据库计算出叶片模型的最小曲率半径;
步骤S4:工艺参数设置,根据从数据库中提取的数据信息和最小曲率半径对比已有的参数设置方案进行工艺参数设置;
步骤S5:根据设置的工艺参数生成刀具加工轨迹,并进行加工仿真。
2.根据权利要求1所述的一种离心泵的高效加工方法,其特征在于:所述步骤S2的数据库数据存储格式与步骤S1泵水力设计CAD输出的数据格式一致。
3.根据权利要求1所述的一种离心泵的高效加工方法,其特征在于:所述步骤S5加工仿真过程为由型值点生成曲线,再由曲线生成曲面,最终形成实体模型。
4.根据权利要求3所述的一种离心泵的高效加工方法,其特征在于:所述盖板建模包括:
泵水力设计CAD输出的数据,获取盖板建模的必要参数值;
经过计算和经验参数确定盖板厚度,绘制盖板的轴截面轮廓;
选中该轮廓和中心轴进行旋转,形成盖板。
5.根据权利要求1所述的一种离心泵的高效加工方法,其特征在于:所述步骤S2数据库包括两个数据表,分别为叶片数据表以及叶轮参数表,且叶片数据表存放叶片的型值参数数据,表中的字段主要为叶片型值点的坐标,叶轮参数表存放叶轮的相关参数。
6.根据权利要求1所述的一种离心泵的高效加工方法,其特征在于:所述步骤S1泵叶轮水利设计CAD输出的柱坐标型值点需转换成直角坐标形式。
7.根据权利要求1-6所述的一种离心泵的高效加工方法制得的工件,其特征在于:所述工件进行表面处理加工过程,且表面处理加工过程包括抛光工艺和喷丸工艺,所述抛光工艺包括机械抛光、化学抛光、流体抛光和电化学抛光,且流体抛光具体包括以下步骤:
将待抛光工件固定夹持在夹头上,将多个夹头分别悬挂在行星齿轮机构的传动转盘上,通过行星齿轮机构设置的回转机构驱动待抛光工件进行自传和公转,并将工件缓慢插入并完全浸没在磨料桶内,进行抛光过程。
8.根据权利要求7所述的一种离心泵的高效加工方法,其特征在于:所述工件的喷丸工艺具体参数如下,弹丸直径为0.2-2.5mm,压缩空气压力为0.2-0.6Mpa,喷流与表面角度为30-90°,喷嘴系用T7或T8工具钢制成并淬火至硬度50-55HRc,每个喷嘴使用期限为15-20天。
9.根据权利要求1-8所述的一种离心泵的高效加工方法制得的工件,其特征在于:所述工件按照特定工艺参数和流程进行装配,并保存在配套的存放设备中。
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