渦輪流量計(jì)葉輪的加工工藝

孫 靖

（陜西航天動(dòng)力高科技股份有限公司，陜西 西安 710100）

智能渦輪流量計(jì)，是陜西航天動(dòng)力高科技股份有限公司的一項(xiàng)新開發(fā)的民品產(chǎn)品，其機(jī)械部分原理是：當(dāng)流量流入流量計(jì)時(shí)，在導(dǎo)流體的作用下得到調(diào)整并加速，由于葉輪與流體流向成一定角度，此時(shí)渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，在克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉(zhuǎn)。

流量計(jì)的結(jié)構(gòu)緊湊，其中葉輪是流量計(jì)的關(guān)鍵件，是傳感器的檢測(cè)元件。葉輪由高導(dǎo)磁性材料硬鋁2A12制成，與表體同軸，葉片數(shù)常用12～24片，葉輪幾何形狀及尺寸對(duì)傳感器性能有較大影響，葉片的旋轉(zhuǎn)角度與導(dǎo)程的精確程度，直接關(guān)系到渦輪流量計(jì)的精度，即檢測(cè)線性度的值。型號(hào)為150的葉輪的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1。

圖1 型號(hào)為150的葉輪結(jié)構(gòu)尺寸圖

此種零件在公司為首次加工，。如按一般工藝，在銑加工中心加工最好，但這樣勢(shì)必會(huì)使加工成本增加好幾倍。考慮到流量計(jì)還在研發(fā)試制階段，要做到既節(jié)約成本，又不影響尺寸精度，因此我們針對(duì)車間現(xiàn)有設(shè)備的加工能力情況，決定在普通臥銑上加工。

1 葉輪加工的難點(diǎn)

葉輪的加工難點(diǎn)有：

（1）葉輪材料為2A12，零件精度要求高，在機(jī)加過程中容易變形；

（2）葉輪的葉片壁厚薄，其壁厚只有1～2 mm，加工過程中，其直徑越大，加工時(shí)零件顫動(dòng)越嚴(yán)重，從而對(duì)尺寸精度產(chǎn)生很大影響，直接影響氣體的流速及檢測(cè)線性度的值；

（3）中心小孔與外圓直徑差大，同軸度要求0.015 mm。

針對(duì)以上加工難點(diǎn)，我們制定出相應(yīng)的措施。

2 制定的兩套工藝方案

我們綜合考慮各方面的因素，制定出以下兩條工藝方案：

（1）方案一。車外圓，幾件為一體—銑削螺旋葉片—鉗工去除毛刺—車斷為單件，鏜沉孔及外圓—銑槽—葉輪做動(dòng)平衡—表面氧化處理。對(duì)方案一試加工一件，其結(jié)果不甚理想，因銑削后的葉片厚度只有1 mm，用它來作為定位基準(zhǔn)鏜孔，很容易使葉片變形，且內(nèi)外圓的同軸度難以保證，由此得出改進(jìn)方案二。

（2）改進(jìn)方案二。粗車（各面均留量1 mm，左端凸臺(tái)加長15 mm，給銑加工預(yù)留夾頭）—熱處理（材料具有熱處理強(qiáng)化能力，因此在零件粗加工后安排一次熱處理工序，以消除加工應(yīng)力）——精車（孔與外圓一刀下，調(diào)頭上軟爪，這樣來保證同軸度）——銑（掛輪，借助工裝銑削等速螺旋葉片）—鉗（去除所有毛刺）—銑（銑槽，去夾頭）—葉輪做動(dòng)平衡—表面氧化處理。

3 專用的工裝夾具

在銑削葉片過程中，為了排除零件顫動(dòng)，我們做了一套工裝夾具（如圖2）。

圖2 專用工裝夾具

工裝為兩塊夾板，工裝1右端呈凹心狀，左端車A2頂尖孔，這樣可以保證夾板外端受力，有效的減少了振動(dòng)，降低了表面粗糙度，而且也擺脫了原來加工必須要小切削量，每次切削量不到0.5 mm，耗時(shí)（型號(hào)150的銑削需16 h）的煩惱，現(xiàn)在加工此零件，效率提高了2～3倍，每次切削量可到1～1.5 mm。

在裝夾零件時(shí)，以往采用三爪夾盤夾緊，而三爪夾盤自身精度較低，這樣加工的零件在做動(dòng)平衡后的數(shù)值偏差較大，增加做動(dòng)平衡的難度，后來我們采取了在工裝上的改進(jìn)措施。

把工裝2的基準(zhǔn)孔與零件配合，用M8頂絲頂住，這樣使加工精度提高到0.01～0.02 mm，動(dòng)平衡有了較大的改善。

4 其他的工藝措施

為了減少工件在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的阻力，我們采用車床所用的活頂尖，使轉(zhuǎn)動(dòng)更加順利。

在銑削過程中，由于銑刀在工件的右側(cè)，而螺旋線為右旋，在旋轉(zhuǎn)過程中，產(chǎn)生一向上的作用力。而普通銑刀底面有凹坑，不能切削，而使銑刀受到一向上的力，使銑削過程變得很困難，造成銑刀折斷。我們采用底齒過中心的銑刀，使底齒也產(chǎn)生切削，使旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的力轉(zhuǎn)化為切削力。

采用上述工藝對(duì)工件加工后，經(jīng)多次檢測(cè)，達(dá)到了使用要求，降低了加工成本，同時(shí)也保證了螺旋葉片對(duì)傳感器精度的影響最小，即檢測(cè)線性度值小于1.5%。

5 檢測(cè)的改進(jìn)

在選擇加工葉輪的螺旋導(dǎo)程時(shí)，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)情況加以改進(jìn)。葉輪的精度，直接影響流量計(jì)的精度。當(dāng)螺旋角過大時(shí)，造成螺旋葉片安裝角β 增大,即葉片重疊度增大，從而增加了軸承的工作負(fù)荷，使軸承阻力矩增大，減少了使用壽命，同時(shí)也使葉輪本身受較大的作用力，使其變形而失去作用；當(dāng)螺旋角過小時(shí)，造成一部分氣流從葉片間的空隙中流失，不能產(chǎn)生使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力量，從而使流量計(jì)的線性度升高。

氣體渦輪流量計(jì)的儀表常數(shù)K 應(yīng)為

其中，

β為葉片安裝角；

g為氣體留量；

Z為葉片數(shù)；

θ為流體出口角，理想狀態(tài)下，無阻力矩存在，則θ為0；

A為進(jìn)口處的氣體流通面積。

加工的流量計(jì)在檢測(cè)精度過程中，發(fā)現(xiàn)如下問題：

（1）示值誤差（δm）i 過大；

（2）重復(fù)性（Er）i 不理想，正常值是小于0.5%；

（3）線性度超出正常值范圍（小于1.5%）。

我們針對(duì)所產(chǎn)生的問題，對(duì)葉輪的螺旋角重新進(jìn)行計(jì)算，縮小了導(dǎo)程，使葉片重疊度增加，即葉輪所造成的氣體流通空間更加封閉。

6 結(jié)束語

經(jīng)過這樣改進(jìn)后的葉輪，裝在原固定座上再進(jìn)行重新檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)后，全部達(dá)到精度要求，精度提高一級(jí)，經(jīng)用戶使用后，非常滿意。

[1]蔡武昌.新型流量檢測(cè)儀表[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.