1.磨料流技術(shù)
磨料流加工技術(shù)是在磨料流機(jī)床的壓力作用下，讓磨料介質(zhì)流經(jīng)零件需提高粗糙度質(zhì)量的表面，反復(fù)研磨，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。磨料流技術(shù)是一種全新的機(jī)械加工方法，可以應(yīng)用于復(fù)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(yù)期的加工效果，除設(shè)備以外，還包括磨料的選擇、循環(huán)次數(shù)的設(shè)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(zhì)流道的表面粗糙度質(zhì)量，引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。
2.磨料流設(shè)備
我集團(tuán)引進(jìn)的是美國制造的專門用于磨料流加工的機(jī)床，用于葉輪中氣體介質(zhì)流道的加工，提高葉輪表面的粗糙度質(zhì)量。該機(jī)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(shè)置一些參數(shù)，控制磨料往復(fù)流道的次數(shù)及時(shí)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(tài)載體，和一些磨砂攪拌而成。圖1所示為從美國引進(jìn)的磨料流專用設(shè)備及磨料。
圖 1
3.葉輪結(jié)構(gòu)
我集團(tuán)生產(chǎn)的離心壓縮機(jī)中的葉輪經(jīng)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(jié)構(gòu)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(nèi)高速流動(dòng)，并隨著葉輪進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。為保證離心壓縮機(jī)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(zhì)量要求極其嚴(yán)格。
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(nèi)，保護(hù)其他不需要磨料加工的部位，并且能夠引導(dǎo)磨料在葉輪輪盤、輪蓋及葉片組成的流道內(nèi)流動(dòng)。由于離心壓縮機(jī)都是根據(jù)客戶的具體需求設(shè)計(jì)的，一般為單件、小批量生產(chǎn)制造，因此每臺(tái)壓縮機(jī)的每個(gè)葉輪都需要設(shè)計(jì)專用的工裝夾具。在工裝的實(shí)際設(shè)計(jì)過程需要注意的幾點(diǎn)是：①保護(hù)不需要磨料的部位。②可實(shí)現(xiàn)葉輪在加工前后自由出入腔體。③某些零件需要設(shè)計(jì)斜臺(tái)結(jié)構(gòu)，有助于磨料的流動(dòng)。④工裝質(zhì)量盡可能小，以便增加該機(jī)床的加工范圍。⑤腔體內(nèi)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(jìn)入縫隙內(nèi)。如果磨料進(jìn)入縫隙內(nèi)，將會(huì)導(dǎo)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(shè)備相連的密閉腔體，二是在腔體內(nèi)固定葉輪與引導(dǎo)磨料往復(fù)運(yùn)動(dòng)的夾具。
圖3 葉輪磨料流工裝
1.底部定位環(huán) 2.底盤 3.緊固螺釘 4.內(nèi)套筒 5.套筒 6.壓蓋 7.墊套 8.吊環(huán) 9.銷釘 10.支撐盤 11.吊環(huán)
為擴(kuò)大該臺(tái)機(jī)床的生產(chǎn)能力，底部定位環(huán)及內(nèi)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(jié)晶性樹脂，密度1.15g/cm3。作為工程塑料的尼龍具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，耐熱，磨擦系數(shù)低，耐磨損，具有自潤滑性，加工性能好。經(jīng)多次試驗(yàn)證明，選用尼龍材料作為該類工裝夾具非常合適。
5.應(yīng)用案例
我集團(tuán)科研產(chǎn)品KY25中代號(hào)為KY25–2012–1的葉輪采用磨料流工藝進(jìn)行流道內(nèi)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(jīng)最終熱處理后，實(shí)際葉輪流道表面粗糙度值Ra=3.2μm左右。通過設(shè)計(jì)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(shè)備上，設(shè)置加工時(shí)間（循環(huán)次數(shù)）。葉輪加工后經(jīng)質(zhì)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(duì)比如圖4所示。對(duì)葉輪流道表面的有關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)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(zhì)量，對(duì)于不同材料、不同結(jié)構(gòu)的零件，在表面狀況不同的情況下，要達(dá)到某一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，設(shè)置一個(gè)最佳的加工時(shí)間（循環(huán)次數(shù)）和合理的工裝夾具是此工序能夠取得預(yù)期效果的關(guān)鍵。循環(huán)次數(shù)過少則達(dá)不到預(yù)期的效果；循環(huán)次數(shù)太大，加工的經(jīng)濟(jì)性則較差。
圖4 磨料流加工前后的葉輪對(duì)比
6.結(jié)語
到目前為止，我集團(tuán)采用磨料流技術(shù)進(jìn)行流道表面加工的葉輪已經(jīng)達(dá)到幾百個(gè)。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)后，提高葉輪流道表面粗糙度兩個(gè)等級(jí)以上。這項(xiàng)技術(shù)在用于提高葉輪流道表面質(zhì)量方面已經(jīng)非常成熟。
作者：沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)白云、張艷梅、關(guān)欣。
本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2016年第7期第35頁，版權(quán)歸金屬加工雜志社所有。
