CN105563053A - 极薄整体三元叶轮加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩机叶轮的加工工艺，具体地说是一种叶片极薄的极薄整体三元叶轮加工工艺，包括毛坯件外廓形状加工、叶轮数控铣制加工、外轮廓最终加工，其中在毛坯件外廓形状加工时加工出找正基准和装卡基准，在毛坯件上侧加工出一个基准凸台，所述基准凸台的外圆面即为找正基准，在叶轮数控铣制加工时，用于对叶片精加工的精加工刀具为锥形且前端为球头状，叶片精加工时，首先采用前端球头直径为R4的精加工刀具进行加工，然后采用前端球头直径为R2的精加工刀具进行全叶片的精加工。本发明加工效率高，大大节省了找正时间和加工时间，且能加工出精度较高的三元叶轮。

Description

极薄整体三元叶轮加工工艺

技术领域

本发明涉及压缩机叶轮的加工工艺，具体地说是一种叶片极薄的极薄整体三元叶轮加工工艺。

背景技术

叶轮又称工作轮，是离心式压缩机中唯一对气流作功的元件，也是转子上的最主要部件，叶轮设有叶片，气体即在叶轮叶片的作用下随叶片作高速旋转，气体受旋转离心力的作用以及在叶轮里的扩压流动使它通过叶轮的压力得到提高。三元叶轮的加工精度对整台离心压缩机有着至关重要的影响，提高三元叶轮的加工精度是提高机组性能的重要手段。现有技术中，整体式三元叶轮的加工方法主要有精密铸造、数控切削加工、电解加工等方法，整体三元叶轮的加工在国内已研究了十多年，并积累了一定的加工经验，但对于叶片最薄处仅为0.6mm且叶片数量较多的极薄整体三元叶轮的加工来说，由于叶片较薄且叶轮结构复杂，如果依据现有技术中的整体三元叶轮加工经验将使加工极为困难，比如：现有技术中的三元叶轮加工找正基准是位于叶轮出口处的叶轮出口外圆周面，依据该基准加工极薄整体三元叶轮将会出现找正不便、加工误差大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶片极薄的极薄整体三元叶轮加工工艺，加工效率高，大大节省了找正和加工时间，且能加工出精度较高的极薄整体三元叶轮。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种极薄整体三元叶轮加工工艺，包括(一)毛坯件外廓形状加工，将毛坯件加工成整体三元叶轮的外廓形状，并加工出找正基准和装卡基准；(二)叶轮数控铣制加工，先进行粗加工、再通过精加工加工出叶片及轮毂；(三)外轮廓最终加工。

所述步骤(一)中，在毛坯件上侧加工出一个基准凸台(1)，所述基准凸台(1)的外圆周面即为找正基准。

所述基准凸台(1)的外圆周面的粗糙度小于Ra3.2。

所述步骤(二)中，先通过粗加工加工出叶片和轮毂的轮廓。

所述步骤(二)中，用于对叶片精加工的精加工刀具为锥形且前端为球头状。

所述精加工刀具的锥度为6°。

叶片精加工时，首先采用前端球头直径为R4的精加工刀具进行加工，然后采用前端球头直径为R2的精加工刀具完成全叶片的最后加工。

所述步骤(二)中，根据找正基准将工件装卡找正后利用五坐标机床完成加工。

所述步骤(三)中，将工件装卡找正后，根据所述找正基准对数控铣制完成后的三元叶轮进行车削加工完成三元叶轮外轮廓的最终加工。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明在毛坯件外廓形状加工时加工出装卡基准和找正基准，其中在毛坯件上侧加工出一个基准凸台，所述基准凸台的外圆周面即为找正基准，并作为所有后续工序的加工基准，以所述基准凸台外圆周面作为找正基准使得找正时偏心角更小，从而误差更小，同时按照改进后的基准，操作者找正更加方便，降低找正时间一倍左右。

2、本发明在叶轮数控铣制加工时，采用全锥角状的精加工刀具，所述精加工刀具的锥角的锥度设计为6°，叶片的精加工时先采用前端球头直径为R4的精加工刀具3进行叶片大部分精加工，然后采用前端球头直径为R2的精加工刀具3进行全叶片的精加工，去掉剩余的余量，这样大大提高了加工效率，且加工精度有所保证。

附图说明

图1为本发明毛坯件外廓形状示意图，

图2为本发明所用的精加工刀具示同意，

图3为本发明叶轮数控铣制加工示意图。

其中，1为基准凸台，2为叶轮出口外圆周面，3为精加工刀具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明加工极薄整体三元叶轮的方法整个过程分为：毛坯件外廓形状加工、叶轮数控铣制加工和外轮廓最终加工,具体为:

(一)毛坯件外廓形状加工

毛坯件进行热处理(包括固溶化和时效)后，首先将毛坯件加工成整体三元叶轮的外廓形状，在加工外廓形状时，如图1所示，需加工出叶轮的找正基准和装卡基准，其中加工找正基准时，需在毛坯件上侧加工出一个基准凸台1，所述基准凸台1的外圆周面粗糙度小于Ra3.2，此外圆周面即为本发明的找正基准，也是所有后续工序的加工基准。本实施例中，所述基准凸台1在叶轮高度方向上的长度为5mm。现有技术中的找正基准是位于叶轮出口处的叶轮出口外圆周面2，所述叶轮出口外圆周面2可作为本发明中找正基准的校验基准。

本发明找正基准的建立，大大提高叶轮的找正精度，有效保证叶轮轮廓和中心孔的同轴度，从而明显提高叶轮的加工精度。从理论上也可以推导出这样一个结果：

tanθ＝X/H

其中：θ为偏心角度(度°)，X为叶轮叶片径向高度(mm)，H:为叶轮叶片轴向高度(mm)。

对于任意一个叶轮叶片来说，其轴向高度是固定的，偏心角度与叶轮叶片径向高度成正比变化，因此只要我们保证偏心角度越小，那么叶轮叶片径向高度偏差越小。将找正基准确定为所述基准凸台1的外圆周面，这种基准变换使得找正时偏心角更小，从而误差更小，同时按照改进后的基准，操作者找正更加方便，降低找正时间一倍左右。

(二)叶轮数控铣制加工

毛坯件加工成形后，根据找正基准将工件装卡找正并使各项跳动误差控制在0.01mm以内，然后利用五坐标机床按照数控程序进行叶轮数控铣制加工。

叶轮数控铣制加工包括粗加工和精加工两部分，粗加工采用常规加工方式，利用直径较大的刀具进行粗加工,去除大部分余量，加工出叶片和轮毂的轮廓，然后利用精加工刀具3进行精加工。本实施例的粗加工余量为2～3mm。

如图2所示，三元叶轮叶片的精加工铣制刀具的设计需考虑到刀具要有好的强度，因此将刀具设计成锥形且前端为球头状的精加工刀具3，所述精加工刀具3的锥度设计为6°，所述精加工刀具3的长度和前端直径根据实际需要确定。

由于该种叶轮的叶片薄且叶片数量多，叶片的精加工首先采用前端球头直径为R4的精加工刀具3对叶片进行加工,本实施例采用R4的精加工刀具3加工后的余量为0.5mm，然后调整五坐标机床的加工参数，并采用前端球头直径为R2的精加工刀具3进行全叶片的精加工，余量为0mm，完成叶片加工。由于R2的小直径精加工刀具3切削性能较差，先采用R4的精加工刀具3进行精加工可以明显提高加工效率。叶轮的叶片加工结束后，采用常规刀具进行叶轮轮毂的精加工，余量为0mm。完成叶轮轮毂的精加工后，三元叶轮的数控铣制加工就全部完成。

(三)外轮廓最终加工

叶轮数控铣制加工完成后，接下来是极薄整体三元叶轮数控铣后的外轮廓最终加工。工件按叶轮铣制后的外圆及流道端面打表装卡找正，各项跳动允许误差＜0.005mm，并按照基准凸台1上的找正基准将数控铣制完成后的三元叶轮进行车削加工，完成三元叶轮外轮廓的最终加工，然后经过调整和时效等热处理工序后，整个三元叶轮加工结束。

Claims (9)

1.一种极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：包括(一)毛坯件外廓形状加工，将毛坯件加工成整体三元叶轮的外廓形状，并加工出找正基准和装卡基准；(二)叶轮数控铣制加工，先进行粗加工、再通过精加工加工出叶片及轮毂；(三)外轮廓最终加工。

2.根据权利要求1所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：所述步骤(一)中，在毛坯件上侧加工出一个基准凸台(1)，所述基准凸台(1)的外圆周面即为找正基准。

3.根据权利要求2所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：所述基准凸台(1)的外圆周面的粗糙度小于Ra3.2。

4.根据权利要求1所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：所述步骤(二)中，先通过粗加工加工出叶片和轮毂的轮廓。

5.根据权利要求1所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：所述步骤(二)中，用于对叶片精加工的精加工刀具(3)为锥形且前端为球头状。

6.根据权利要求5所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：所述精加工刀具(3)的锥度为6°。

7.根据权利要求5所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：叶片精加工时，首先采用前端球头直径为R4的精加工刀具(3)进行加工，然后采用前端球头直径为R2的精加工刀具(3)完成全叶片的最后加工。

8.根据权利要求1所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：所述步骤(二)中，根据找正基准将工件装卡找正后利用五坐标机床完成加工。

9.根据权利要求1所述的极薄整体三元叶轮加工工艺，其特征在于：所述步骤(三)中，将工件装卡找正后，根据所述找正基准对数控铣制完成后的三元叶轮进行车削加工完成三元叶轮外轮廓的最终加工。