磨料流技术在叶轮加工中的应用及工装研制

1.磨料流技术
　　磨料流加工技术是在磨料流机床的压力作用下，让磨料介质流经零件需提高粗糙度质量的表面，反复研磨，直至达到设计要求。磨料流技术是一种全新的机械加工方法，可以应用于复杂形状的加工零件，以及其他方法难以加工的部位。磨料流可加工的材料范围宽，不仅能加工金属材料，还能加工硬塑料、陶瓷等。要想顺利地完成零件的磨料流加工，得到预期的加工效果，除设备以外，还包括磨料的选择、循环次数的设定、工装的夹具是否合理以及挤压力的大小等影响因素。为提高叶轮气体介质流道的表面粗糙度质量，引进了该项技术。

2.磨料流设备
　　我集团引进的是美国制造的专门用于磨料流加工的机床，用于叶轮中气体介质流道的加工，提高叶轮表面的粗糙度质量。该机床的作用是固定被加工工件和夹具，控制磨料的挤出压力。通过在操作板上设置一些参数，控制磨料往复流道的次数及时间。使用的磨<为一种具有柔软性、黏弹性和切割性的半固态载体，和一些磨砂搅拌而成。图1所示为从美国引进的磨料流专用设备及磨料。    

图  1

3.叶轮结构
　　我集团生产的离心压缩机中的叶轮经常选用的材料有KMN、FV520B和X12CR13等，叶轮由轮盘、轮盖和叶片组成（见图2）。叶轮结构分为两件焊、三件焊和整体铣制。叶轮直径一般在400～1 200mm。气体在轮盘、轮盖和叶片这三者之间形成的流道内高速流动，并随着叶轮进行高速旋转。为保证离心压缩机的整体性能，在叶轮加工制造过程中，尺寸精度、表面粗糙度质量要求极其严格。

 
图  2

4.工装夹具
　　该类工装夹具的功能是需要把叶轮牢固地固定在密闭腔内，保护其他不需要磨料加工的部位，并且能够引导磨料在叶轮轮盘、轮盖及叶片组成的流道内流动。由于离心压缩机都是根据客户的具体需求设计的，一般为单件、小批量生产制造，因此每台压缩机的每个叶轮都需要设计专用的工装夹具。在工装的实际设计过程需要注意的几淌牵孩俦；げ恍枰磨料的部位。②可实现叶轮在加工前后自由出入腔体。③某些零件需要设计斜台结构，有助于磨料的流动。④工装质量尽可能小，以便增加该机床的加工范围。⑤腔体内的夹具零件与腔体的配合间隙要合适，既能自由装配，也要防止磨料进入缝隙内。如果磨料进入缝隙内探会导致叶轮与工装件及工装件之间的拆卸困难。

　　图3所示为一种叶轮的磨料流工装夹具，主要由两部分组成，一部分是与设备相连的密闭腔体，二是在腔体内固定叶轮与引导磨料往复运动的夹具。

 
图3  叶轮磨料流工装
1.底部定位环  2.底盘  3.紧固螺钉  4.内套筒  5.套筒  6.压盖  7.垫套  8.吊环 9.销钉  10.支撑盘  11.吊环

　　为扩大该台机床的生产能力，底部定位环及内套筒、支撑盘等采用尼龙材料MC902，该尼龙为韧性角状半透明或乳白色结晶性树脂，密度1.15g/cm3。作为工程塑料的尼龙具有很高的机械强度，耐热，磨擦系数低，耐磨损，具有自润滑性，加工性能好。经多次试验证明，选用尼龙材料作为该类工装夹具非常合适。

5.应用案例
　　我集团科研产品KY25中代号为KY25–2012–1的叶轮采用磨料流工艺进行流道内的加工，以提高叶轮的工作性能。叶轮材料为KMN，直径为450mm。叶轮流道经最终热处理后，实际叶轮流け砻娲植诙戎礡a=3.2μm左右。通过设计叶轮的专用工装夹具，将叶轮与工装夹具装配好后安装到设备上，设置加工时间（循环次数）。叶轮加工后经质检部门检查，叶轮流道表面粗糙度值Ra降低到了0.8μm以下。磨料流加工前后的叶轮对比如图4所示。对叶轮流道表面的有关试验验证表明ひ堵侄啾湫率提高了1%以上。为了保证高精度和表面质量，对于不同材料、不同结构的零件，在表面状况不同的情况下，要达到某一个技术指标，设置一个最佳的加工时间（循环次数）和合理的工装夹具是此工序能够取得预期效果的关键。循环次数过少则达不到预期的效果；循环次数太大ぜ庸さ木济性则较差。

 
图4  磨料流加工前后的叶轮对比

6.结语
　　到目前为止，我集团采用磨料流技术进行流道表面加工的叶轮已经达到几百个。应用该项技术后，提高叶轮流道表面粗糙度两个等级以上。这项技术在用于提高叶轮流道表面质量方面已经非常成熟。

　　作者：沈阳鼓风机集团白云、张艳梅、关欣。

　　本文发表于《金〖庸ぃɡ浼庸ぃ》2016年第7期第35页，版权归金属加工杂志社所有。