1.磨料流技術
磨料流加工技術是在磨料流機床的壓力作用下，讓磨料介質流經(jīng)零件需提高粗糙度質量的表面，反復研磨，直至達到設計要求。磨料流技術是一種全新的機械加工方法，可以應用于復雜形狀的加工零件，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，得到預期的加工效果，除設備以外，還包括磨料的選擇、循環(huán)次數(shù)的設定、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流道的表面粗糙度質量，引進了該項技術。
2.磨料流設備
我集團引進的是美國制造的專門用于磨料流加工的機床，用于葉輪中氣體介質流道的加工，提高葉輪表面的粗糙度質量。該機床的作用是固定被加工工件和夾具，控制磨料的擠出壓力。通過在操作板上設置一些參數(shù)，控制磨料往復流道的次數(shù)及時間。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所示為從美國引進的磨料流專用設備及磨料。
圖 1
3.葉輪結構
我集團生產的離心壓縮機中的葉輪經(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）。葉輪結構分為兩件焊、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高速流動，并隨著葉輪進行高速旋轉。為保證離心壓縮機的整體性能，在葉輪加工制造過程中，尺寸精度、表面粗糙度質量要求極其嚴格。
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，保護其他不需要磨料加工的部位，并且能夠引導磨料在葉輪輪盤、輪蓋及葉片組成的流道內流動。由于離心壓縮機都是根據(jù)客戶的具體需求設計的，一般為單件、小批量生產制造，因此每臺壓縮機的每個葉輪都需要設計專用的工裝夾具。在工裝的實際設計過程需要注意的幾點是：①保護不需要磨料的部位。②可實現(xiàn)葉輪在加工前后自由出入腔體。③某些零件需要設計斜臺結構，有助于磨料的流動。④工裝質量盡可能小，以便增加該機床的加工范圍。⑤腔體內的夾具零件與腔體的配合間隙要合適，既能自由裝配，也要防止磨料進入縫隙內。如果磨料進入縫隙內，將會導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，一部分是與設備相連的密閉腔體，二是在腔體內固定葉輪與引導磨料往復運動的夾具。
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)
為擴大該臺機床的生產能力，底部定位環(huán)及內套筒、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晶性樹脂，密度1.15g/cm3。作為工程塑料的尼龍具有很高的機械強度，耐熱，磨擦系數(shù)低，耐磨損，具有自潤滑性，加工性能好。經(jīng)多次試驗證明，選用尼龍材料作為該類工裝夾具非常合適。
5.應用案例
我集團科研產品KY25中代號為KY25–2012–1的葉輪采用磨料流工藝進行流道內的加工，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，實際葉輪流道表面粗糙度值Ra=3.2μm左右。通過設計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備上，設置加工時間（循環(huán)次數(shù)）。葉輪加工后經(jīng)質檢部門檢查，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比如圖4所示。對葉輪流道表面的有關試驗驗證表明，葉輪多變效率提高了1%以上。為了保證高精度和表面質量，對于不同材料、不同結構的零件，在表面狀況不同的情況下，要達到某一個技術指標，設置一個最佳的加工時間（循環(huán)次數(shù)）和合理的工裝夾具是此工序能夠取得預期效果的關鍵。循環(huán)次數(shù)過少則達不到預期的效果；循環(huán)次數(shù)太大，加工的經(jīng)濟性則較差。
圖4 磨料流加工前后的葉輪對比
6.結語
到目前為止，我集團采用磨料流技術進行流道表面加工的葉輪已經(jīng)達到幾百個。應用該項技術后，提高葉輪流道表面粗糙度兩個等級以上。這項技術在用于提高葉輪流道表面質量方面已經(jīng)非常成熟。
作者：沈陽鼓風機集團白云、張艷梅、關欣。
本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2016年第7期第35頁，版權歸金屬加工雜志社所有。
