一种带端面齿的高转速的叶轮加工方法与流程

1.本发明属于叶轮加工领域，更具体地涉及一种带端面齿的高转速的叶轮加工方法。


背景技术：

2.叶轮作为径向透平膨胀机等设备的主要部件，其安全可靠地运行是保证机组正常工作的重要条件。叶轮的加工制造精度，以及工序安排的合理性，将影响叶轮工作的整体性能；叶轮的材质、形状、精度不同，决定了叶轮的加工难点、工艺方法各异。此叶轮带端面齿，工作特点是高速旋转，叶轮工作转速8300r/min；对零件动平衡及尺寸精度与形位公差要求极高，内腔形状复杂，加工难度极高。


技术实现要素：

3.为解决现有技术叶轮加工困难、余量多难处理、加工精度不高、叶轮叶片单薄加工残余应力大的问题，本发明提供一种带端面齿的高转速的叶轮加工方法。
4.本发明采用的具体方案为：一种带端面齿的高转速的叶轮加工方法，所述方法包括如下步骤：
5.(1)毛坯料粗车叶轮轮廓，不开槽；
6.(2)半精车叶轮轮廓，不开槽；
7.(3)粗铣叶型；采用五轴数控加工中心对叶轮型线部位粗开槽，留余量3-4mm；；
8.(4)初次半精车叶轮轮廓；半精车轮毂外圆轮廓留余量1-2mm、精车轮毂小端面及小端面内孔至图纸要求尺寸，作为翻身找正的定位基准；叶轮轮廓型线部分留余量1-2mm；
9.(5)二次半精铣叶轮轮廓；铣叶轮轮廓型线部分至0.5-0.8mm余量；
10.(6)精车叶轮轮廓；叶轮移至数控车床，精加工叶轮轮廓外圆，不留余量，完成对叶轮的加工。
11.所述步骤(1)中毛坯料粗车叶轮轮廓，采用普通卧式车床粗车叶轮轮廓。
12.所述步骤(1)中毛坯料粗车叶轮轮廓中粗车的部位包括，粗车叶轮轮毂外圆轮廓、轮背侧型线、轮毂小端面、轮背侧工艺凸台、轮背侧基准孔及排气侧内孔。
13.所述步骤(1)毛坯料粗车叶轮轮廓完成后，进行超声波探伤，检测零件内部有无缺陷。
14.所述步骤(2)中半精车叶轮轮廓，采用三爪卡盘装夹轮背侧工艺凸台处进行精车。
15.所述步骤(2)中半精车叶轮的轮廓包括半精车外圆轮廓、叶轮轮廓型线、叶轮小端面及排气侧内孔。
16.所述步骤(3)粗铣叶型完成后进行去毛刺、去应力时效，将叶轮入电加热炉，加热温度180-190℃，保温6-8小时。
17.所述步骤(4)中初次半精车叶轮轮廓完成后，精铣端面齿，将叶轮固定在五轴加工中心上铣出端面齿的齿型，粗糙度为0.8。
18.完成所述完成对叶轮的加工前对叶轮进行磁粉探伤。
19.本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
20.1、本发明通过半精车叶轮轮廓、初次半精车叶轮轮廓、二次半精铣叶轮轮廓、精车叶轮轮廓完成了对叶轮的加工，分多次去叶轮轮廓外部型线余量的方式，避免叶轮气道部分的加工应力产生变形，多次的去余量，保证了加工出的叶轮的表面的粗糙度符合要求。
21.2、本发明在加工过程中采用超声波、磁粉探伤，保证了加工过程中叶轮内部无伤痕，简单便捷的检查机械加工的表面是否有缺陷，节约了生产成本。
附图说明
22.图1为本发明加工出的叶轮示意图；
23.图2为图1的侧视图。
具体实施方式
24.在下文将结合附图对本发明做进一步详细地说明，显然此处应该理解的是，所描述的实施方案不是全部的实施方案，仅用于解释说明本发明，而不限制本发明。
25.实施例1
26.本发明提供一种带端面齿的高转速的叶轮加工方法，所述方法包括如下步骤：选用不锈钢05cr17ni4cu4nb锻件作为毛坯料。对毛坯料粗车轮廓，利用普通卧式车床粗车叶轮轮廓，粗车部位包括粗车叶轮轮毂外圆轮廓、轮背侧型线、轮毂小端面、轮背侧工艺凸台、轮背侧基准孔及排气侧内孔；对粗车后的叶轮轮廓进行超声波探伤，检测零件内部有无缺陷；半精车轮廓：三爪卡盘装夹轮背侧工艺凸台处，利用车削加工中心半精车叶轮轮廓，半精车叶轮轮廓具体包括半精车外圆轮廓、叶轮轮廓型线、叶轮小端面及排气侧内孔；粗铣叶型：利用五轴数控加工中心对叶轮型线部位粗开槽，即粗加工叶轮流道；留余量3mm；叶轮最薄处只有0.7mm，且叶片与叶片之间的间隙最小处只有11mm，初次开槽，去余量大，数控程序尽量采取局部去量法，而不是按叶轮型线走数控程序；钳工去毛刺；去应力时效，将叶轮入电加热炉，加热温度190℃，保温6小时。
27.初次半精车叶轮轮廓：采用三爪卡盘装夹在轮背侧工艺凸台处，在数控车床上精车叶轮轮廓，精车叶轮轮廓具体包括精车轮毂外圆轮廓、轮毂小端面及小端面内孔，保证形位公差要求；粗车轮毂大端面一小部分，用于翻面找正基准，装夹一次，实现小端外径与内孔同时精加工，同时为翻面加工提供基准，加工效率高，且工件定位准确，加工精度高；精车叶轮轮廓型线部分，留余量1mm；精铣端面齿：将叶轮固定在五轴加工中心上，铣出端面齿的齿型，粗糙度保证在0.8，同时，按照上诉加工方式，铣制与端面齿啮合的工装，用于后续机械加工的装夹定位、找正等；去毛刺，尖边倒角；检查：将主轴装夹在数控车床上，叶轮与主轴进行装配，液压工装拧紧叶轮连接螺栓，液压工装力28mpa，检查叶轮的端面齿与工装的端面齿的接触面状态，接触面不低于80％；最终液压工装力32mpa,保证连接螺栓伸长量在0.55-0.6mm内。
28.二次半精铣叶轮轮廓，精车主轴与叶轮合为一体，半精车叶轮轮廓型线部分外圆尺寸至0.5mm余量，检查外圆跳动量以及小端面跳动值在0.03之内；精铣：将叶轮从主轴中拆下，对端面齿做好保护，在数控五轴机床上精铣叶轮气道部分、叶轮叶片，保证尺寸及形
位公差要求；将叶轮再移至数控车床，精加工叶轮轮廓外圆剩余0.5mm余量，此余量是为防止叶轮叶片和流道在铣削过程中发生变形，而在精车气道和叶片后再加工外圆；去除毛刺；利用三坐标测试机，对工件进行检验，检验所加工尺寸是否符合要求。
29.进行磁粉探伤，检查机械加工的表面是否有缺陷，不允许有发纹、裂纹等缺陷。动平衡：因动平衡时叶轮带有端面齿，轴向无法单独固定，采用工装夹持；叶轮的轮背处为去重位置，去重区域需打磨光滑，表面粗糙度达到要求。
30.最终检验，对表面质量进行检查，包括叶轮的尺寸、规格是否符合、表面是否有擦伤、表面是否有杂质；然后进行油封，入库。
31.实施例2
32.本发明提供一种带端面齿的高转速的叶轮加工方法，所述方法包括如下步骤：选用不锈钢05cr17ni4cu4nb锻件作为毛坯料。对毛坯料粗车轮廓，利用普通卧式车床粗车叶轮轮廓，粗车部位包括粗车叶轮轮毂外圆轮廓、轮背侧型线、轮毂小端面、轮背侧工艺凸台、轮背侧基准孔及排气侧内孔；对粗车后的叶轮轮廓进行超声波探伤，检测零件内部有无缺陷；半精车轮廓：三爪卡盘装夹轮背侧工艺凸台处，利用车削加工中心半精车叶轮轮廓，半精车叶轮轮廓具体包括半精车外圆轮廓、叶轮轮廓型线、叶轮小端面及排气侧内孔；粗铣叶型：利用五轴数控加工中心对叶轮型线部位粗开槽，即粗加工叶轮流道；留余量4mm；钳工去毛刺；去应力时效，将叶轮入电加热炉，加热温度180℃，保温8小时。
33.初次半精车叶轮轮廓：采用三爪卡盘装夹在轮背侧工艺凸台处，在数控车床上精车叶轮轮廓，精车叶轮轮廓具体包括精车轮毂外圆轮廓、轮毂小端面及小端面内孔，保证形位公差要求；粗车轮毂大端面一小部分，用于翻面找正基准，装夹一次，实现小端外径与内孔同时精加工，同时为翻面加工提供基准，加工效率高，且工件定位准确，加工精度高；精车叶轮轮廓型线部分，留余量2mm；精铣端面齿：将叶轮固定在五轴加工中心上，铣出端面齿的齿型，粗糙度保证在0.8，同时，按照上诉加工方式，铣制与端面齿啮合的工装，用于后续机械加工的装夹定位、找正等；去毛刺，尖边倒角；检查：将主轴装夹在数控车床上，叶轮与主轴进行装配，液压工装拧紧叶轮连接螺栓，液压工装力28mpa，检查叶轮的端面齿与工装的端面齿的接触面状态，接触面不低于80％；最终液压工装力32mpa,保证连接螺栓伸长量在0.55-0.6mm内。
34.二次半精铣叶轮轮廓，精车主轴与叶轮合为一体，半精车叶轮轮廓型线部分外圆尺寸至0.8mm余量，检查外圆跳动量以及小端面跳动值在0.03之内；精铣：将叶轮从主轴中拆下，对端面齿做好保护，在数控五轴机床上精铣叶轮气道部分、叶轮叶片，保证尺寸及形位公差要求；将叶轮再移至数控车床，精加工叶轮轮廓外圆剩余0.5mm余量，此余量是为防止叶轮叶片和流道在铣削过程中发生变形，而在精车气道和叶片后再加工外圆；去除毛刺；利用三坐标测试机，对工件进行检验，检验所加工尺寸是否符合要求。
35.进行磁粉探伤，检查机械加工的表面是否有缺陷，不允许有发纹、裂纹等缺陷。动平衡：因动平衡时叶轮带有端面齿，轴向无法单独固定，采用工装夹持；叶轮的轮背处为去重位置，去重区域需打磨光滑，表面粗糙度达到要求。
36.最终检验，对表面质量进行检查，包括叶轮的尺寸、规格是否符合、表面是否有擦伤、表面是否有杂质；然后进行油封，入库。
37.目前，带端面齿叶轮的工作特点是高速旋转，叶轮工作转速8300r/min；对零件动
平衡及尺寸精度与形位公差要求极高，内腔形状复杂，加工难度极高，传统的加工方式难以准确快速的加工得到满足要求的叶轮。本发明所述加工方法分多次去叶轮轮廓外部型线余量，多次加工，避免叶轮气道部分的加工应力产生变形，多次的去余量，还能保住加工表面的粗糙度；本发明加工21只叶片周向均匀分布；叶轮的叶型偏差不大于
±
0.05mm，叶片表面、叶轮小端端面、内孔粗糙度为1.6，符合叶轮的加工要求且加工效率高。
38.以上附图及解释说明仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。