摘 要：渦輪流量計葉輪在加工中采用科學(xué)工藝，通過設(shè)計工裝夾具，利用普通設(shè)備加工，有效排除了工件加工過程中產(chǎn)生的振動，通過選擇正確的螺旋角，提高了葉輪的加工精度，節(jié)約了加工成本。

  智能渦輪流量計，是陜西航天動力高科技股份有限公司的一項新開發(fā)的民品產(chǎn)品，其機械部分原理是：當(dāng)流量流入流量計時，在導(dǎo)流體的作用下得到調(diào)整并加速，由于葉輪與流體流向成一定角度，此時渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，在克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉(zhuǎn)。

  流量計的結(jié)構(gòu)緊湊，其中葉輪是流量計的關(guān)鍵件，是傳感器的檢測元件。葉輪由高導(dǎo)磁性材料硬鋁2A12制成，與表體同軸，葉片數(shù)常用12～24片，葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影響，葉片的旋轉(zhuǎn)角度與導(dǎo)程的程度，直接關(guān)系到渦輪流量計的精度，即檢測線性度的值。型號為150的葉輪的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1。

  此種零件在公司為加工，。如按一般工藝，在銑加工中心加工，但這樣勢必會使加工成本增加好幾倍?？紤]到流量計還在研發(fā)試制階段，要做到既節(jié)約成本，又不影響尺寸精度，因此我們針對車間現(xiàn)有設(shè)備的加工能力情況，決定在普通臥銑上加工。

1 葉輪加工的難點

 葉輪的加工難點有：

（1）葉輪材料為2A12，零件精度要求高，在機加過程中容易變形；

（2）葉輪的葉片壁厚薄，其壁厚只有1～2mm，加工過程中，其直徑越大，加工時零件顫動越嚴(yán)重，從而對尺寸精度產(chǎn)生很大影響，直接影響氣體的流速及檢測線性度的值；

（3）中心小孔與外圓直徑差大，同軸度要求0.015mm。

針對以上加工難點，我們制定出相應(yīng)的措施。

2 制定的兩套工藝方案

我們綜合考慮各方面的因素，制定出以下兩條工藝方案：

（1）方案一。車外圓，幾件為一體—銑削螺旋葉片—鉗工去除毛刺—車斷為單件，鏜沉孔及外圓—銑槽—葉輪做動平衡—表面氧化處理。對方案一試加工一件，其結(jié)果不甚理想，因銑削后的葉片厚度只有1mm，用它來作為定位基準(zhǔn)鏜孔，很容易使葉片變形，且內(nèi)外圓的同軸度難以保證，由此得出改進(jìn)方案二。

（2）改進(jìn)方案二。粗車（各面均留量1mm，左端凸臺加長15mm，給銑加工預(yù)留夾頭）—熱處理（材料具有熱處理強化能力，因此在零件粗加工后安排一次熱處理工序，以消除加工應(yīng)力）—精車（孔與外圓一刀下，調(diào)頭上軟爪，這樣來保證同軸度）——銑（掛輪，借助工裝銑削等速螺旋葉片）—鉗（去除所有毛刺）—銑（銑槽，去夾頭）—葉輪做動平衡—表面氧化處理。

3 的工裝夾具

  在銑削葉片過程中，為了排除零件顫動，我們做了一套工裝夾具（如圖2）。

  工裝為兩塊夾板，工裝1右端呈凹心狀，左端車A2*孔，這樣可以保證夾板外端受力，有效的減少了振動，降低了表面粗糙度，而且也擺脫了原來加工必須要小切削量，每次切削量不到0.5mm，耗時（型號150的銑削需16h）的煩惱，現(xiàn)在加工此零件，效率提高了2～3倍，每次切削量可到1～1.5mm。

  在裝夾零件時，以往采用三爪夾盤夾緊，而三爪夾盤自身精度較低，這樣加工的零件在做動平衡后的數(shù)值偏差較大，增加做動平衡的難度，后來我們采取了在工裝上的改進(jìn)措施。

  把工裝2的基準(zhǔn)孔與零件配合，用M8頂絲頂住，這樣使加工精度提高到0.01～0.02mm，動平衡有了較大的改善。

4 其他的工藝措施

  為了減少工件在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的阻力，我們采用車床所用的活*，使轉(zhuǎn)動更加順利。

  在銑削過程中，由于銑刀在工件的右側(cè)，而螺旋線為右旋，在旋轉(zhuǎn)過程中，產(chǎn)生一向上的作用力。而普通銑刀底面有凹坑，不能切削，而使銑刀受到一向上的力，使銑削過程變得很困難，造成銑刀折斷。我們采用底齒過中心的銑刀，使底齒也產(chǎn)生切削，使旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的力轉(zhuǎn)化為切削力。

  采用上述工藝對工件加工后，經(jīng)多次檢測，達(dá)到了使用要求，降低了加工成本，同時也保證了螺旋葉片對傳感器精度的影響zui小，即檢測線性度值小于1.5%。

5 檢測的改進(jìn)

  在選擇加工葉輪的螺旋導(dǎo)程時，應(yīng)根據(jù)檢測情況加以改進(jìn)。葉輪的精度，直接影響流量計的精度。當(dāng)螺旋角過大時，造成螺旋葉片安裝角β增大，即葉片重疊度增大，從而增加了軸承的工作負(fù)荷，使軸承阻力矩增大，減少了使用壽命，同時也使葉輪本身受較大的作用力，使其變形而失去作用；當(dāng)螺旋角過小時，造成一部分氣流從葉片間的空隙中流失，不能產(chǎn)生使葉輪轉(zhuǎn)動的力量，從而使流量計的線性度升高。

氣體渦輪流量計的儀表常數(shù)K應(yīng)為

其中，

β為葉片安裝角；

g為氣體留量；

Z為葉片數(shù)；

θ為流體出口角，理想狀態(tài)下，無阻力矩存在，則θ為0；

A為進(jìn)口處的氣體流通面積。

加工的流量計在檢測精度過程中，發(fā)現(xiàn)如下問題：

（1）示值誤差（δm）i過大；

（2）重復(fù)性（Er）i不理想，正常值是小于0.5%；

（3）線性度超出正常值范圍（小于1.5%）。

  我們針對所產(chǎn)生的問題，對葉輪的螺旋角重新進(jìn)行計算，縮小了導(dǎo)程，使葉片重疊度增加，即葉輪所造成的氣體流通空間更加封閉。

6 結(jié)束語

  經(jīng)過這樣改進(jìn)后的葉輪，裝在原固定座上再進(jìn)行重新檢測。經(jīng)檢測后，全部達(dá)到精度要求，精度提高一級，經(jīng)用戶使用后，非常滿意。

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