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        磨料流技術在葉輪加工中的應用及工裝研制

        1.磨料流技術
          磨料流加工技術是在磨料流機床的壓力作用下,讓磨料介質流經零件需提高粗糙度質量的表面,反復研磨,直至達到設計要求。磨料流技術是一種全新的機械加工方法,可以應用于復雜形狀的加工零件,以及其他方法難以加工的部位。磨料流可加工的材料范圍寬,不僅能加工金屬材料,還能加工硬塑料、陶瓷等。要想順利地完成零件的磨料流加工,得到預期的加工效果,除設備以外,還包括磨料的選擇、循環次數的設定、工裝的夾具是否合理以及擠壓力的大小等影響因素。為提高葉輪氣體介質流道的表面粗糙度質量,引進了該項技術。
         

        2.磨料流設備
          我集團引進的是美國制造的專門用于磨料流加工的機床,用于葉輪中氣體介質流道的加工,提高葉輪表面的粗糙度質量。該機床的作用是固定被加工工件和夾具,控制磨料的擠出壓力。通過在操作板上設置一些參數,控制磨料往復流道的次數及時間。使用的磨料為一種具有柔軟性、黏彈性和切割性的半固態載體,和一些磨砂攪拌而成。圖1所示為從美國引進的磨料流專用設備及磨料。

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        圖  1

        3.葉輪結構
          我集團生產的離心壓縮機中的葉輪經常選用的材料有KMN、FV520B和X12CR13等,葉輪由輪盤、輪蓋和葉片組成(見圖2)。葉輪結構分為兩件焊、三件焊和整體銑制。葉輪直徑一般在400~1 200mm。氣體在輪盤、輪蓋和葉片這三者之間形成的流道內高速流動,并隨著葉輪進行高速旋轉。為保證離心壓縮機的整體性能,在葉輪加工制造過程中,尺寸精度、表面粗糙度質量要求極其嚴格。

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        圖  2

        4.工裝夾具
          該類工裝夾具的功能是需要把葉輪牢固地固定在密閉腔內,保護其他不需要磨料加工的部位,并且能夠引導磨料在葉輪輪盤、輪蓋及葉片組成的流道內流動。由于離心壓縮機都是根據客戶的具體需求設計的,一般為單件、小批量生產制造,因此每臺壓縮機的每個葉輪都需要設計專用的工裝夾具。在工裝的實際設計過程需要注意的幾點是:①保護不需要磨料的部位。②可實現葉輪在加工前后自由出入腔體。③某些零件需要設計斜臺結構,有助于磨料的流動。④工裝質量盡可能小,以便增加該機床的加工范圍。⑤腔體內的夾具零件與腔體的配合間隙要合適,既能自由裝配,也要防止磨料進入縫隙內。如果磨料進入縫隙內,將會導致葉輪與工裝件及工裝件之間的拆卸困難。

          圖3所示為一種葉輪的磨料流工裝夾具,主要由兩部分組成,一部分是與設備相連的密閉腔體,二是在腔體內固定葉輪與引導磨料往復運動的夾具。

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        圖3  葉輪磨料流工裝
        1.底部定位環  2.底盤  3.緊固螺釘  4.內套筒  5.套筒  6.壓蓋  7.墊套  8.吊環 9.銷釘  10.支撐盤  11.吊環

          為擴大該臺機床的生產能力,底部定位環及內套筒、支撐盤等采用尼龍材料MC902,該尼龍為韌性角狀半透明或乳白色結晶性樹脂,密度1.15g/cm3。作為工程塑料的尼龍具有很高的機械強度,耐熱,磨擦系數低,耐磨損,具有自潤滑性,加工性能好。經多次試驗證明,選用尼龍材料作為該類工裝夾具非常合適。

        5.應用案例
          我集團科研產品KY25中代號為KY25–2012–1的葉輪采用磨料流工藝進行流道內的加工,以提高葉輪的工作性能。葉輪材料為KMN,直徑為450mm。葉輪流道經最終熱處理后,實際葉輪流道表面粗糙度值Ra=3.2μm左右。通過設計葉輪的專用工裝夾具,將葉輪與工裝夾具裝配好后安裝到設備上,設置加工時間(循環次數)。葉輪加工后經質檢部門檢查,葉輪流道表面粗糙度值Ra降低到了0.8μm以下。磨料流加工前后的葉輪對比如圖4所示。對葉輪流道表面的有關試驗驗證表明,葉輪多變效率提高了1%以上。為了保證高精度和表面質量,對于不同材料、不同結構的零件,在表面狀況不同的情況下,要達到某一個技術指標,設置一個最佳的加工時間(循環次數)和合理的工裝夾具是此工序能夠取得預期效果的關鍵。循環次數過少則達不到預期的效果;循環次數太大,加工的經濟性則較差。

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        圖4  磨料流加工前后的葉輪對比

        6.結語
          到目前為止,我集團采用磨料流技術進行流道表面加工的葉輪已經達到幾百個。應用該項技術后,提高葉輪流道表面粗糙度兩個等級以上。這項技術在用于提高葉輪流道表面質量方面已經非常成熟。
         

          作者:沈陽鼓風機集團白云、張艷梅、關欣。

          本文發表于《金屬加工(冷加工)》2016年第7期第35頁,版權歸金屬加工雜志社所有。


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