精密涡轮零件的加工工艺分析

杨垚?沈洋

摘 要：涡轮是一种将流动工质的能量转换为机械功的旋转式动力机械。它是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机的主要部件之一，本文重点结合笔者的工作实际就精密涡轮零件的加工工艺做了分析和研讨。

关键词：涡轮;零部件;加工工艺

涡轮简称T，最早时候由瑞典的萨博（SAAB）汽车公司应用于汽车领域。在发动机排量一定的情况下，若想提高发动机的输出功率，最有效的方法就是多提供燃料燃烧。然而，向气缸内多提供燃料容易做到，但要提供足够量的空气以支持燃料完全燃烧，靠传统的发动机进气系统是很难完成的。因此，提高发动机吸入气体的能力，也就是提高发动机的充气效率就显得尤为重要。增压技术就是一种提高发动机进气能力的方法，采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，这样，在单位体积里，气体的质量就大大增加了，进气量即可满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。

1.涡轮优缺点分析

涡轮，即涡轮增压，主要应用于汽车领域。在不改变发动机排量的条件下，涡轮增压发动机能较大幅度地提高发动机的功率及扭矩，一般而言，加装涡轮增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%～30%。从另一方面讲涡轮增压能够提高汽车的燃油经济性。在不改变发动机排量的条件下，涡轮增压发动机能较大幅度地提高发动机的功率及扭矩，一般而言，加装涡轮增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%～30%。从另一方面讲涡轮增压能够提高汽车的燃油经济性。不过涡轮增压也有它的缺点，这就是涡轮迟滞效应，因为涡轮要等发动机达到一定转速时（大概2000rpm）才能启动工作，其次是涡轮增压带来的噪声增大和排气散热问题。因此，精密涡轮零件的加工工艺是确保汽车性能的关键保障，下面就涡轮加工工艺作一探讨。

2.涡轮工艺路线的制定

在制定部件工艺路线之前首先要确定工件的定位基准，定位基准是指零件在加工过程中，用于确定零件在机床或夹具上的位置基准。它是零件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。在进行外圆及孔加工时，其轴线就是定位基准，若有孔时，可采用外圆表面。工艺路线的拟定主要是选择各个表面的加工方法和加工方案、确定各个表面的加工顺序以及工序集中与分散的程度、合理选用机床和刀具、确定所用夹具的大致结构等，要根据生产实际灵活应用。加工阶段的划分应根据零件的加工质量要求，一般划分为粗加工、半精加工、精加工、超精密加工阶段。这样可保证加工质量，合理使用加工设备，及时发现缺陷，减少表面损害等。但加工阶段划分不是绝对的。加工工序安排一般多从精基准的加工开始，再以精基准定位加工其他表面。加工工序是遵循先粗后精、先主后次、先面后孔的原则。

3.涡轮零件的加工工艺

精密涡轮零件的加工工序复杂，所以一定要制定合理的加工工序，在制定时要综合考虑材质、技术要求、加工设备、热处理等，要合理确定加工余量，正确计算各工序尺寸及公差，充分利用好加工设备和工艺装备，正确选择切削用量及加工工时定额，保证加工质量及提高劳动生产率。

3.1铣削的加工

零件要求两件出，用方料线切割一次出两件，若用圆棒加工，工序较复杂。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钢等硬度较高的材料表面加工。磨削表面粗糙度为RaO.8～0.2μm后，两平面间的尺寸公差等级可达IT6！IT5，平面度可达0.01！0.03mm/m，精磨去除余量0.05mm，精磨后的尺寸为55mmx55mm×49.2mm。该零件除表面外，主要是孔系加工，采用立式三坐标数控铣削加工中心进行加工。由于该零件材质较硬，内孔表面加工较外圆表面困难得多，工序也多，此处采用钻一线切割的加工方法。一次装夹即可完成所有孔的加工，因此确定工序为1个，分3个工步，按照先小孔后大孔的加工原则，安排如下：按底孔要求尺寸Ф1.500mm，钻至直径Ф1.2mm，并钻Ф2.0mm孔;分别按2个底孔要求尺寸Ф2.500mm，钻至直径Ф2.2mm，并钻Ф3.0mm、深35mm孔;按底孔要求尺寸Ф5.600mm，钻至直径Ф5.0mm，并倒角C0.5mm。

3.2线切割加工

由于零件内孔技术要求较高，而本身材质又硬，结构相对较复杂，采用电火花线切割加工，省掉了形状复杂的成型电极，大大降低了工艺装备的制造成本，缩短了生产准备时间，可以加工很微细的窄缝、异形孔和复杂的型腔;由于蚀除量很小，所以加工效率很高。电火花半精加工粗糙度为RalOμm，精加工粗糙度为Ra2.5～1.25μm。具体如下：将底孔Ф1.2mm电火花线切割至Ф1.500mm;分别将2个底孔Ф2.2mm电火花线切割至Ф2.500mm;将底孔Ф5.0mm尺寸电火花线切割至Ф5.600mm;电火花线切割Ф24.400mm外圆形状，同时切割开口槽，一次成功。电火花线切割机床可分为快走丝和慢走丝两大类，此处采用慢走丝电火花线切割。慢走丝粗加工，火花间隙0.02～0.03mm，精加工时间隙在5～6μm，采用慢走丝电火花线切割可以循环加工。加工控制量为：C001，1～2刀，间隙0.03mm;C002，1～2刀，间隙0.02mm;C003，l～2刀，间隙0.0lmm;C004，1～2刀，间隙5～6mm。

3.3内外圆磨床加工

由于工件是精密零件，在电火花线切割后安排磨床精密磨削，精密磨后工件精度可达IT6～IT5，表面粗糙度为RaO.63～0.16μm。加工时，内外圆最好在一次安装中同时磨出，以保证它们之间有较高的垂直度。具体如下磨直径Ф2400mm外圆;磨削直径Ф5.6mm内孔段;外圆磨削5μm，尺寸到40.27～0.3mm。铣削环形排气槽，利用转盘成型铣刀铣削;铣削宽2.0mm、深0.3mm排气槽。数控车削加工Ф23.16mm锥形外圆，将高度加工至48.46土0.01mm电火花放电加工直径Ф7.150mm、长约11mm圆孔、端部圆角。因孔小，难以在车削加工中用镗刀加工;若用加工中心铣削加工，刀直径较小，易出现让刀现象，形成加工锥度，同时圆孔圆度达不到要求。电火花放电加工顶部凹槽;若用加工中心铣削加工，因尺寸较小，深度约11mm，加工中易出现让刀现象，并且底部为直角，无法清角。

参考文献：

[1]王松乔，多工位机床的应用与国产化[J]，中国制造，2012

[2]徐汇音，精密涡轮零件的加工工艺分析[J]，机床与液压，2013endprint