消防水泵葉輪車削加工夾具設計及工藝改進

陳廣建

（蘇州市蘇水實業發展有限公司，蘇州 215000）

本文主要分析影響葉輪加工和造成形位公差超差等質量問題的原因，并針對相關問題進行工藝改進，同時采用驗證措施和方法，證明改進后的工藝提高了葉輪的加工效率和產品質量，在相同或類似產品的加工制造中有示范引領作用。

1 消防水泵葉輪加工特點及工藝要求

消防水泵葉輪為H59 鑄銅成型中空鑄件，主要加工兩端面、凸臺、外徑和內孔，形狀位置和線形尺寸公差要求較高[1]。它的主要尺寸如圖1 所示。

第一，粗車工序。平端面A 留0.3mm 精車余量；粗車φ25mm 的孔，留0.5mm 精車余量；粗車5.0mm 的臺階高度留0.3mm 精車余量；粗車φ100mm 的孔留0.5mm 精車余量。第二，鉆孔、粗鏜工序。用φ14mm 的普通錐柄麻花鉆加工通孔；粗鏜φ15mm 內孔，留0.5mm 精鏜余量。第三，調頭、粗車工序。加工平端面C，留0.3mm 精車余量；加工φ28mm 的孔，留0.5mm 精車余量；對于6.0mm 的臺階高度，留0.3mm 精車余量。第四，精車工序。按照標準操作流程，孔徑的尺寸公差應滿足φ28mm±0.05mm，臺階高度的尺寸公差應滿足6.0mm±0.05mm。第五，精鏜、倒角工序。精鏜內孔應滿足φ15mm±0.05mm；倒角為3×C1。第六，調頭、精車、倒角工序。經該工序處理后，葉輪的尺寸公差應滿足90mm±0.05mm、φ25mm±0.05mm，臺階高度應滿足5.0mm±0.05mm，倒角2×C1。第七，精車、倒角工序。采用一夾一頂的方法，精車φ100mm±0.05mm，倒角1×C1。第八，拉槽工序。拉槽尺寸4mm×2mm。最后，經尺寸全檢合格后入庫，流轉至組裝工序。

圖1 消防水泵葉輪

消防水泵葉輪車削加工中，葉輪的線形尺寸和表面粗糙度經過粗車和精車后都能滿足相關技術要求。但是，因為葉輪是鑄銅成型中空鑄件，所以它的定位面和夾緊面均為毛坯面且強度不足。夾緊力過小會產生松動現象，夾緊力過大會產生彈性或塑性變形，導致出現形位公差超差的現象[2]。

2 產生問題的原因分析

普通C6136 或C6140 型車床用三爪卡盤夾持工件找正并夾緊，由于車削加工時的車削力和車削沖擊力大于或等于夾緊力，零件在持續車削和鑄造白口時切削力瞬間急劇增大，導致零件加工過程出現松動的現象。松動狀況嚴重時會發生零件變形、車刀擠碎以及工件飛出等事故，難以保證消防水泵葉輪的加工精度要求。

3 車削加工使用的夾具設計制作及方法改進

為消除工件在夾緊時因夾緊力的大小不易精準控制而產生塑性變形、顫抖或松動、擠碎車刀、工件飛出和尺寸超差等問題，現對原加工工藝流程進行認真梳理、比較論證和篩選優化，并設計消防水泵葉輪車削實用新型夾具。該新型夾具不但定位方式精準，而且方便快捷，零件夾緊狀態牢固可靠[3]。新型夾具結構如圖2 所示。

圖2 消防水泵葉輪車削夾具結構示意圖

精車時，用內六角螺栓將該新型夾具直接固定在車床主軸的法蘭上，以取代三爪卡盤，并把工件內孔套裝在夾具芯棒上（通常兩者的配合間隙為0.02 ～0.03mm），工件精面緊貼夾具基準面。根據新型夾具制定更加合理的加工工藝，即將原第四、第五工序合并為精車、精鏜、倒角，原第六、第七工序在新型夾具上一次裝夾加工完成。優化改進后的方案縮短了加工時間，并且因采用了新型夾具一次裝夾加工完成，提高了消防水泵葉輪的同軸度、平行度、平面度及垂直度，且生產效率提高了35%左右。可見，新型夾具保證了各部位加工尺寸的準確可靠。

4 新型夾具的使用與調整

使用該新型夾具前，應清理其各部位和與之連接的車床主軸法蘭面，去除殘留雜質、灰塵及細小金屬碎屑，并均勻涂抹潤滑油，以提高夾具的精度和使用壽命。在使用該新型夾具量產前，需用千分表調校精確后再將其緊固在車床主軸法蘭上，以避免零件的形位公差和線形尺寸超差。使用該新型夾具加工葉輪首件完工后，應對照產品圖紙標注的相關尺寸和技術要求全面檢查產品，若發現問題，要及時調整夾具，待修復后才能繼續使用。為發揮該新型夾具的優勢，應避免加工過程中工件的抖動，要選取合適的進給量和主軸轉速。

使用該新型夾具前，應仔細檢查其各部位的完好程度，發現損傷時需及時修復。該新型夾具使用后，應將其各部位均勻涂抹防銹油，并使法蘭面朝下水平放置于干燥通風處，避免人為損傷。

5 結語

生產使用實踐表明，該消防水泵葉輪專用車削夾具科技含量和創新水平較高，加工工藝科學合理，定位精確可靠，夾緊牢固，極大地提高了生產效率和產品質量。