軸流泵葉片加工新工藝

湖南利歐泵業(yè)有限公司（湘潭 411201) 馮滴清 雷艷輝

1.問題分析

我公司軸流泵葉片生產(chǎn)采用的是精密鑄造成型，材質(zhì)是ZG1Cr18Ni9不銹鋼，葉片曲面工作面和背面以前采用的是打磨拋光的加工工藝，然而葉片表面為不規(guī)則的復(fù)雜曲面且曲率變化大，打磨不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下，也無法保證打磨加工后的曲面形狀符合設(shè)計(jì)模型要求。由于葉片鑄造變形和收縮率不一致，導(dǎo)致每一個(gè)葉片曲面厚度和翼型尺寸難以保證，并影響葉輪部件的整體質(zhì)量。以軸流泵型號(hào)1400ZLB5-2.5為例，對(duì)比傳統(tǒng)加工工藝及新加工工藝進(jìn)行說明。圖1為零件圖，圖2為毛坯鑄件實(shí)物圖。

2.原加工工藝過程分析

工藝過程:①毛坯檢查:葉片安裝在劃線平臺(tái)上，找出Sφ1140mm外球工藝圓臺(tái)和葉片根部φ80mm外圓的各中心孔及0°線。②打樣沖后鉆中心孔。③上葉片專用夾具，夾緊葉片兩型面，頂中心孔，粗精車φ80mm外圓、φ198mm外圓、Sφ450mm內(nèi)球及平面各至圖樣尺寸。④上葉片鉆孔夾具，鉆模板對(duì)準(zhǔn)葉片零刻線，鉆4個(gè)沉頭螺栓孔和5個(gè)φ8mm孔。⑤銑去 Sφ1140mm球外圓上工藝圓臺(tái)。⑥按葉輪部件圖組裝后，配車Sφ1140mm外球至圖樣尺寸。⑦打磨葉片兩型面，后拋光處理。

圖1

圖2

3.新工藝路線分析

為提高產(chǎn)品質(zhì)量，新工藝要求:第一改為利用先進(jìn)的三維坐標(biāo)儀畫出葉片毛坯0°線和兩端中心，以減小輔助夾具找中心造成的精度誤差。第二采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑葉片型面，通過編程分粗銑和精銑二道工序完成。按圖樣技術(shù)要求:葉片的表面粗糙度值Ra=6.3μm，葉片工作面波浪度不大于1/100，背面波浪度1.5/100，葉片的型線偏差不超過±1mm，葉片厚度的允許偏差為葉片設(shè)計(jì)厚度±1mm，同一臺(tái)泵葉片間的重量允差不超過200g。具體工藝步驟如下:

(1)上鏜床銑平Sφ1140mm外圓上的工藝圓臺(tái)平面及葉片頸部φ80mm平面。

(2)利用先進(jìn)的三維坐標(biāo)測量儀檢查精鑄葉片毛坯曲面加工余量以及鑄造變形量是否合格。而后利用三坐標(biāo)測量儀掃描記錄上葉片曲面上的多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，來確定葉片的中心線，找出葉片毛坯外圓Sφ1140mm工藝圓臺(tái)階上平面的中心點(diǎn)，以及葉片根部端φ80mm位置平面中心點(diǎn)，然后鉆樣沖孔。

(3)上鏜床鉆兩端中心孔。

(4)上葉片專用夾具，兩頂中心孔，車φ80mm外圓及平面、φ198mm臺(tái)階及Sφ450mm內(nèi)球至圖樣尺寸。

(5)利用設(shè)計(jì)葉片數(shù)控銑專用工裝裝夾葉片(見工裝示意圖3)，中心孔定位通過數(shù)控編程程序分粗、精銑兩道工序，在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床銑出葉片工作曲面和背面曲面至圖樣尺寸。

圖3

(6)利用鉆模鉆葉片根部的4個(gè)沉頭螺栓孔。

(7)上鏜床銑去Sφ1140mm球外圓上工藝圓臺(tái)。

(8)按葉輪部件圖將葉片、葉輪座、葉片壓板裝配好，并螺栓緊固，上數(shù)控車床配車葉片Sφ1140mm外球面至圖樣尺寸。

4.葉片數(shù)控銑專用工裝夾具

為利用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，需要設(shè)計(jì)專用葉片裝夾工裝。工裝包括底板、固定支撐座和活動(dòng)調(diào)節(jié)板。底板上銑有葉片的投影輪廓和x、y方向坐標(biāo)線。固定支撐座與底板用螺栓固定，并配作定位銷，其頂部是曲面形狀，其曲面通過數(shù)控銑削，與葉片工作面的曲面完全吻合。活動(dòng)調(diào)節(jié)板上，銑削了一條長槽，通過螺栓，固定在固定支撐座上，其上下方向可以隨意調(diào)節(jié)，使葉片毛坯背面與之接觸。利用該裝置，輔以頂尖，將工件完全固定 (見圖4)，分粗、精銑削葉片工作面至圖樣尺寸，葉片數(shù)控銑削加工完工作面后，將活動(dòng)調(diào)節(jié)板降低，低于固定支撐座3高度即可。然后將葉片旋轉(zhuǎn)180°，使其正面正好與固定支撐座的頂部曲面相吻合，然后也分粗、精銑削加工葉片背面至圖樣尺寸要求。

圖4

利用該工藝裝備，數(shù)控銑工作頂尖可以快速裝夾葉片及定位，用半圓形硬質(zhì)合金刀片YBM球形銑刀銑削，進(jìn)行數(shù)控粗、精銑削加工。粗銑時(shí)主軸銑刀轉(zhuǎn)速選擇在1000r/min左右，加沖洗切削液;精銑時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)到2000r/min左右。圖5所示為五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心銑削葉片照片和軸流泵葉片銑削完出后的產(chǎn)品零件實(shí)物圖。

圖5

5.結(jié)語

通過新的工藝路線以及設(shè)計(jì)專門葉片輔助夾具在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床上加工葉片，極大地提高了葉片表面加工精度，精銑拋光后的表面粗糙度值可以達(dá)到Ra=1.6μm，保證了加工后的葉片零件完全符合設(shè)計(jì)模型要求，葉輪轉(zhuǎn)子部件動(dòng)平衡精度也隨著提高。軸流泵產(chǎn)品的水力效率和生產(chǎn)效率也提高了，使產(chǎn)品質(zhì)量品位大大提升，增強(qiáng)了我公司軸流泵產(chǎn)品的市場競爭力。