精密渦輪零件的加工工藝分析

楊垚?沈洋

摘 要：渦輪是一種將流動(dòng)工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械。它是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的主要部件之一，本文重點(diǎn)結(jié)合筆者的工作實(shí)際就精密渦輪零件的加工工藝做了分析和研討。

關(guān)鍵詞：渦輪;零部件;加工工藝

渦輪簡稱T，最早時(shí)候由瑞典的薩博（SAAB）汽車公司應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。在發(fā)動(dòng)機(jī)排量一定的情況下，若想提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，最有效的方法就是多提供燃料燃燒。然而，向氣缸內(nèi)多提供燃料容易做到，但要提供足夠量的空氣以支持燃料完全燃燒，靠傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)是很難完成的。因此，提高發(fā)動(dòng)機(jī)吸入氣體的能力，也就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率就顯得尤為重要。增壓技術(shù)就是一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣能力的方法，采用專門的壓氣機(jī)將氣體在進(jìn)入氣缸前預(yù)先進(jìn)行壓縮，提高進(jìn)入氣缸的氣體密度，減小氣體的體積，這樣，在單位體積里，氣體的質(zhì)量就大大增加了，進(jìn)氣量即可滿足燃料的燃燒需要，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的。

1.渦輪優(yōu)缺點(diǎn)分析

渦輪，即渦輪增壓，主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)排量的條件下，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)能較大幅度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩，一般而言，加裝渦輪增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩要增大20%～30%。從另一方面講渦輪增壓能夠提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)排量的條件下，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)能較大幅度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩，一般而言，加裝渦輪增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩要增大20%～30%。從另一方面講渦輪增壓能夠提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。不過渦輪增壓也有它的缺點(diǎn)，這就是渦輪遲滯效應(yīng)，因?yàn)闇u輪要等發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)（大概2000rpm）才能啟動(dòng)工作，其次是渦輪增壓帶來的噪聲增大和排氣散熱問題。因此，精密渦輪零件的加工工藝是確保汽車性能的關(guān)鍵保障，下面就渦輪加工工藝作一探討。

2.渦輪工藝路線的制定

在制定部件工藝路線之前首先要確定工件的定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)是指零件在加工過程中，用于確定零件在機(jī)床或夾具上的位置基準(zhǔn)。它是零件上與夾具定位元件直接接觸的點(diǎn)、線或面。在進(jìn)行外圓及孔加工時(shí)，其軸線就是定位基準(zhǔn)，若有孔時(shí)，可采用外圓表面。工藝路線的擬定主要是選擇各個(gè)表面的加工方法和加工方案、確定各個(gè)表面的加工順序以及工序集中與分散的程度、合理選用機(jī)床和刀具、確定所用夾具的大致結(jié)構(gòu)等，要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際靈活應(yīng)用。加工階段的劃分應(yīng)根據(jù)零件的加工質(zhì)量要求，一般劃分為粗加工、半精加工、精加工、超精密加工階段。這樣可保證加工質(zhì)量，合理使用加工設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，減少表面損害等。但加工階段劃分不是絕對(duì)的。加工工序安排一般多從精基準(zhǔn)的加工開始，再以精基準(zhǔn)定位加工其他表面。加工工序是遵循先粗后精、先主后次、先面后孔的原則。

3.渦輪零件的加工工藝

精密渦輪零件的加工工序復(fù)雜，所以一定要制定合理的加工工序，在制定時(shí)要綜合考慮材質(zhì)、技術(shù)要求、加工設(shè)備、熱處理等，要合理確定加工余量，正確計(jì)算各工序尺寸及公差，充分利用好加工設(shè)備和工藝裝備，正確選擇切削用量及加工工時(shí)定額，保證加工質(zhì)量及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

3.1銑削的加工

零件要求兩件出，用方料線切割一次出兩件，若用圓棒加工，工序較復(fù)雜。磨削是表面精加工的主要方法，磨削主要用于中小型零件高精度表面及淬火鋼等硬度較高的材料表面加工。磨削表面粗糙度為RaO.8～0.2μm后，兩平面間的尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT6！IT5，平面度可達(dá)0.01！0.03mm/m，精磨去除余量0.05mm，精磨后的尺寸為55mmx55mm×49.2mm。該零件除表面外，主要是孔系加工，采用立式三坐標(biāo)數(shù)控銑削加工中心進(jìn)行加工。由于該零件材質(zhì)較硬，內(nèi)孔表面加工較外圓表面困難得多，工序也多，此處采用鉆一線切割的加工方法。一次裝夾即可完成所有孔的加工，因此確定工序?yàn)?個(gè)，分3個(gè)工步，按照先小孔后大孔的加工原則，安排如下：按底孔要求尺寸Ф1.500mm，鉆至直徑Ф1.2mm，并鉆Ф2.0mm孔;分別按2個(gè)底孔要求尺寸Ф2.500mm，鉆至直徑Ф2.2mm，并鉆Ф3.0mm、深35mm孔;按底孔要求尺寸Ф5.600mm，鉆至直徑Ф5.0mm，并倒角C0.5mm。

3.2線切割加工

由于零件內(nèi)孔技術(shù)要求較高，而本身材質(zhì)又硬，結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，采用電火花線切割加工，省掉了形狀復(fù)雜的成型電極，大大降低了工藝裝備的制造成本，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，可以加工很微細(xì)的窄縫、異形孔和復(fù)雜的型腔;由于蝕除量很小，所以加工效率很高。電火花半精加工粗糙度為RalOμm，精加工粗糙度為Ra2.5～1.25μm。具體如下：將底孔Ф1.2mm電火花線切割至Ф1.500mm;分別將2個(gè)底孔Ф2.2mm電火花線切割至Ф2.500mm;將底孔Ф5.0mm尺寸電火花線切割至Ф5.600mm;電火花線切割Ф24.400mm外圓形狀，同時(shí)切割開口槽，一次成功。電火花線切割機(jī)床可分為快走絲和慢走絲兩大類，此處采用慢走絲電火花線切割。慢走絲粗加工，火花間隙0.02～0.03mm，精加工時(shí)間隙在5～6μm，采用慢走絲電火花線切割可以循環(huán)加工。加工控制量為：C001，1～2刀，間隙0.03mm;C002，1～2刀，間隙0.02mm;C003，l～2刀，間隙0.0lmm;C004，1～2刀，間隙5～6mm。

3.3內(nèi)外圓磨床加工

由于工件是精密零件，在電火花線切割后安排磨床精密磨削，精密磨后工件精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T5，表面粗糙度為RaO.63～0.16μm。加工時(shí)，內(nèi)外圓最好在一次安裝中同時(shí)磨出，以保證它們之間有較高的垂直度。具體如下磨直徑Ф2400mm外圓;磨削直徑Ф5.6mm內(nèi)孔段;外圓磨削5μm，尺寸到40.27～0.3mm。銑削環(huán)形排氣槽，利用轉(zhuǎn)盤成型銑刀銑削;銑削寬2.0mm、深0.3mm排氣槽。數(shù)控車削加工Ф23.16mm錐形外圓，將高度加工至48.46土0.01mm電火花放電加工直徑Ф7.150mm、長約11mm圓孔、端部圓角。因孔小，難以在車削加工中用鏜刀加工;若用加工中心銑削加工，刀直徑較小，易出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，形成加工錐度，同時(shí)圓孔圓度達(dá)不到要求。電火花放電加工頂部凹槽;若用加工中心銑削加工，因尺寸較小，深度約11mm，加工中易出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，并且底部為直角，無法清角。

參考文獻(xiàn)：

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